Tekuća otopina za rast dendrita u litij metalnim baterijama

Tim izvanrednog profesora Wan Jiandija s Odjela za kemijsko inženjerstvo na Kalifornijskom sveučilištu u Davisu objavio je novi rad u časopisu Scientific Progress, predlažući potencijalno rješenje za rast dendrita u punjivim litijevim metalnim baterijama. U ovom je radu Wanov tim pokazao da ioni koji teku u blizini katode mogu poboljšati sigurnost i vijek trajanja punjivih baterija sljedeće generacije.

Litij metalne baterije koriste metalni litij kao anodu. Ove baterije imaju visoku gustoću punjenja i potencijalnu energiju koja je dvostruko veća od tradicionalnih litij-ionskih baterija, ali sigurnost je glavna briga. Kad se napune, neki se ioni reduciraju u metalni litij na površini katode i tvore nepravilne dendritične mikrostrukture - dendrite, što na kraju može dovesti do kratkih spojeva ili čak eksplozija.

Teorija je da natjecanje između brzine prijenosa mase i stope redukcije litijevih iona u blizini površine katode dovodi do rasta dendrita. Kada je stopa redukcije iona puno brža od prijenosa mase, stvorit će se neutralni jaz koji se naziva prostorno nabijeni sloj u blizini katode, koji ne sadrži ione. Vjeruje se da nestabilnost ovog sloja dovodi do rasta dendrita, pa njegovo smanjenje ili eliminacija može smanjiti rast dendrita, čime se produljuje životni vijek baterije.

Wanova ideja je omogućiti ionima da povrate naboj i ponište ovaj jaz kroz mikrofluidni kanal kroz katodu. U radu je tim opisao svoje testiranje dokaza koncepta i otkrio da ovaj protok iona može smanjiti rast dendrita do 99%.

Za Wana je ova studija uzbudljiva jer pokazuje učinkovitost mikrofluidnih primjena u problemima vezanim uz baterije i utire put budućim istraživanjima u ovom području.

"Kroz ovo osnovno istraživanje i mikrofluidne metode, možemo kvantitativno razumjeti utjecaj protoka na rast dendrita", rekao je. "Još nije mnogo grupa provelo istraživanje o tome."

Iako je malo vjerojatno da će se mikrofluidika izravno integrirati u pravu bateriju, Wanov tim traži alternativne metode za primjenu osnovnih principa ove studije uvođenjem lokalnog protoka blizu površine katode kako bi se kompenzirali kationi i eliminirao sloj prostornog naboja.

Rekao je: "Zadovoljstvo nam je istražiti nove primjene ovog istraživanja." "Počeli smo dizajnirati katodne površine za uvođenje konvekcije."