Рост числа колючих дендритных кристаллов на поверхности анода из литиевой металлической фольги (отрицательный электрод) во время зарядки литиевой батареи хорошо известен среди исследователей и инженеров батарей. Согласно новым исследованиям в Университете Вашингтона в Сент-Луисе, это, возможно, не так хорошо понято, как это считалось ранее, несмотря на то, что феномен хорошо известен. Оказывается, существует три различных типа дендритов. Тип, который образуется, зависит от того, сколько зарядного тока проходит через аккумуляторную батарею.
| Команда Бай определила три различных типа дендритов или режимов роста в металлических анодах лития в зависимости от уровня тока, используемого для зарядки. «Если вы используете очень высокий ток, он строит на кончике, чтобы создать древовидную структуру», — сказал Бай. Это классические дендриты с остроконечным видом, которые наиболее известны. В этом случае усы растут из стволов древовидных структур (давая дендритам их имя). Ниже определенного порогового уровня тока, однако, дендритные усы растут прямо на поверхности металла, а «стволы деревьев» больше не присутствуют. В этих двух пределах существует динамический переход от усов к дендритам, который Бай называет «поверхностным ростом». Здесь литиевые пластины различаются по форме на металлической поверхности лития. Было обнаружено, что рост связан с конкурирующими реакциями в области между жидким электролитом и металлическими отложениями . Один из способов, с помощью которых инженеры-батареи и исследователи надеются контролировать образование дендрита с использованием металлических батарей из лития, — это использование твердого электролита. В современных коммерческих литиево-ионных батареях используются жидкие органические растворители, и есть надежда, что так называемая «твердотельная» батарея предотвратит рост литиевого дендрита. Исследование, проведенное в Вашингтонском университете, показало, что нанопористый керамический сепаратор может блокировать рост дендритных нитевидных кристаллов до определенной плотности тока, после чего поверхностный рост медленно проникает в сепаратор. В исследовании отмечается: «При наличии достаточно сильного тока,« истинных дендритов », который может легко и очень быстро проникать в сепаратор, чтобы разрядить батарею». СОПУТСТВУЮЩИЕ СТАТЬИ
В ходе исследования, когда сепаратор был пронзен, батарея находилась под угрозой катастрофического отказа, хотя ее опасное состояние не обязательно было очевидно. Бай сказал: «Наша уникальная прозрачная ячейка показала, что напряжение батареи может выглядеть вполне нормально, хотя сепаратор был пронизан литиевой металлической нитью. Не видя, что происходит внутри, вас можно легко обмануть, казалось бы, разумным напряжением, но, действительно, ваша батарея уже потерпела неудачу ». Какой механизм дендритного роста зависит не только от уровня тока, но и от возраста и заряда батареи литиевой батареи. Пороги для типов дендритного роста снижаются по мере возрастания батареи. Кроме того, происходит ускорение зарядки, особенно для EV, а более высокие токи могут приводить к разным типам образования дендритов. Если твердотельные литиевые батареи станут жизнеспособными, результаты исследования должны будут рассматриваться для контроля различных типов образующихся дендритов. «Работа батареи очень динамична в очень широком диапазоне токов. Тем не менее его расположение резко меняется в течение жизненного цикла. Вот почему это становится необходимым », — сказал Бай. Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых наземных скоростных рекордов на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.
|
Загрузка...