Miten litiumparistojen käyttöiän pidentäminen ja niiden turvallisuuden parantamiseksi?
Digitaalisten älylaite- ja sähköautomarkkinoiden jatkuvan kasvun myötä litiummetalliakkujen voidaan sanoa olevan yksi lupaavista suuritiheyksisistä energianvarastointiteknologioista. LED-katulamppujen valmistajat ovat solid-state kylmä valonlähde, jolla on ympäristönsuojelun ominaisuudet, ei saasteita, alhainen virrankulutus, korkea valotehokkuus ja pitkä käyttöikä. Siksi LED-katulampuista tulee hyvä valinta tievalaistuksen energiaa säästävään muutokseen. LED-katuvalo on eräänlainen puolijohde-PN-risteyksen muodostama korkeatehoinen solid-state-valonlähde, joka voi säteillä valoa heikolla sähköenergialla. Tietyllä etuharhajännitteellä ja ruiskutusvirran alla P-alueelle ruiskutetut reiät ja N-alueelle ruiskutetut elektronit ovat aktiiviselle alueelle hajautetut fotonit säteilevät säteilyn rekombinoinnin kautta, joka muuntaa sähköenergian suoraan valoenergiaksi. Yksi litiummetalliakkuteknologian suurimmista esteistä on kuitenkin hallitsemattomien litiumdendriittien syntyminen, mikä johtaa huonoihin latausominaisuuksiin ja mahdollisiin turvallisuusvaaroihin. LED-katuvalo on eräänlainen puolijohde-PN-risteyksen muodostama korkeatehoinen solid-state-valonlähde, joka voi säteillä valoa heikolla sähköenergialla. Tietyllä etuharhajännitteellä ja ruiskutusvirran alla P-alueelle ruiskutetut reiät ja N-alueelle ruiskutetut elektronit ovat aktiiviselle alueelle hajautetut fotonit säteilevät säteilyn rekombinoinnin kautta, joka muuntaa sähköenergian suoraan valoenergiaksi.
Litiumdendriitit ovat neuloja, jotka kasvavat litiummetallin pinnalla, kun litiumia käytetään akun negatiivisena tai anodina. Se voi aiheuttaa haitallisia sivureaktioita, vähentää energiatiheyttä ja jopa aiheuttaa elektrodien oikosulun, mikä aiheuttaa tulipalon tai räjähdyksen.
Arizona State Universityn uudessa tutkimuksessa havaittiin, että kolmiulotteisen polydimetyylisiloksaanikerroksen (PDMS) käyttö akun litiummetallianodin matriisimateriaalina voi tehokkaasti estää litiumdendriittien muodostumista. Pidennä akun käyttöikää ja vähennä turvallisuusriskejä. Tutkimus julkaistiin uudessa huippulehdessä NatureEnergy 6. maaliskuuta.
Lehden johtava tutkija, professori Jiang Hanqing sanoi, että tällä löydöllä on merkittäviä vaikutuksia litiumioniakkuihin, litium-ilma-akkuihin ja muihin metallianodiakkuihin. Koska lähes kaikki akkuanodeina käytettävät metallit tuottavat dendriittiä, kuten sinkki-, natrium- ja alumiiniakkuja.
Jianghanqing sanoi, että hän ja hänen tiiminsä eivät yritä ratkaista ongelmaa materiaalien tai sähkökemian näkökulmasta, vaan mekaanisten insinöörien näkökulmasta. Hän sanoi: "Tunnettu tutkimus osoittaa, että pienet tin-neulat tai tin-viikset (samanlaisia kuin dendriitit) ulkonevat tin metalin pinnalta stressin alla. Siksi olemme tutkineet syitä litiumdendriittien kasvuun analogisesti. -Stressi. "Mahdollisuus"
Ensimmäisellä tutkimuskierroksella tutkijat lisäsivät akkuanodin pohjaan kerroksen joustavaa PDMS:ää ja havaitsivat litiumdendriittien kasvun vähentyneen merkittävästi. Tutkijan analyysi osoittaa, että PDMS-matriisi vapauttaa metallin litiumelektrodiin kertyneen stressin ryppyjen muodonmuutoksen muodossa, ja tämä dendriittien vähenemisen suuntaus liittyy suoraan stressin vapautumiseen.
"Tämä on ensimmäinen koe, joka todistaa, että jäännösstresilla on keskeinen rooli litiumdendriittien muodostumisessa", Jiang Hanqing sanoi.
Litiumdendriittien kasvumekanismin lisäksi Jiang Hanqingin tiimi tutki myös, miten tätä ilmiötä (stressin vapautuminen vähentää dendriittien kasvua) voidaan käyttää litiummetalliparistojen käyttöiän pidentämiseen säilyttäen samalla suurempi energiatiheys.
Tutkijoiden ehdottama menetelmä on tehdä pdms-matriisista kolmiulotteinen rakenne, jossa on useita kaarevia pintoja. "Käyttämällä sokerikuutiota, jossa on suuri määrä pieniä huokosia mallina, pdms tulee sokerikuution sisällä oleviin huokosiin muodostaakseen jatkuvan verkkopohjan ja sitten levyttää ohuen kuparikerroksen elektronien suorittamiseksi. Nämä huokoset ovat täynnä metallista litiumia. Jianghanqing selitti: "Huokoisena sienikerroksena pdms voi tehokkaasti vähentää painetta ja estää dendriittien kasvua."
