Podaljšanje življenjske dobe baterije s toploto | 2020

Vsebina:

Anonim

Baterijska celica je sestavljena iz pozitivne in negativne elektrode, imenovane katoda in anoda. Ker baterija proizvaja električni tok, elektroni od anode tečejo skozi vezje zunaj baterije in nazaj v katodo. Po izgubi elektronov, ki ustvarjajo tok, nekateri atomi v anodi - električno prevodni metal, kot je litij - postanejo ioni, ki nato potujejo do katode, gibljejo skozi prevodni tekoči medij, imenovan elektrolit.

Polnjenje baterije obrne proces in ioni potujejo nazaj in se držijo anode. Toda, ko to storijo, ioni ne pripisujejo enakomerno. Namesto tega tvorijo mikroskopske izbokline, ki se po več ciklih polnjenja sčasoma prerastejo v dolge veje. Ko dendriti dosežejo in se dotaknejo katode, tvorijo kratek stik. Električni tok zdaj teče čez dendrite namesto zunanjega vezja, zaradi česar je baterija neuporabna in mrtva.

Tok se prav tako segreje dendriti, in ker je elektrolit vnetljiv, se dendriti lahko vnamejo. Tudi če dendriti ne napolnijo baterije, se lahko od anode popolnoma odlomijo in plavajo okoli elektrolita. Na ta način anoda izgubi material in baterija ne more shraniti toliko energije.

"Dendriti so nevarni in zmanjšujejo zmogljivost akumulatorjev," je dejal Asghar Aryanfar, znanstvenik iz Caltecha, ki je vodil novo študijo, ki je bila objavljena ta teden na naslovnici Revija za kemijsko fiziko , iz založništva AIP. Čeprav so raziskovalci gledali na litijeve baterije, ki so med najučinkovitejšimi, se njihovi rezultati lahko uporabljajo široko. "Problem dendrita je splošen za vse polnilne baterije," je dejal.

Raziskovalci so na testni bateriji litij dendriti narasli in jih nekaj dni segrevali. Ugotovili so, da so temperature do 55 stopinj Celzija dendriti skrajšali kar za 36 odstotkov. Da bi ugotovili, kaj točno je povzročilo to krčenje, so raziskovalci uporabili računalnik za simulacijo učinka toplote na posamezne litijeve atome, ki sestavljajo dendrit, ki je bil modeliran s preprosto idealizirano geometrijo piramide.

Simulacije so pokazale, da so povišane temperature sprožile atome na dva načina. Atom na konici piramide se lahko spusti na nižje nivoje. Ali pa se atom na nižji ravni lahko premika in pusti za sabo prazen prostor, ki ga nato napolni drug atom. Atomi se premešajo okrog in ustvarjajo dovolj gibanja, da zrušijo dendrit.

Z določitvijo količine energije, ki je potrebna za spremembo strukture dendrita, lahko raziskovalci bolje razumejo njene strukturne značilnosti. Čeprav številni dejavniki vplivajo na dolgo življenjsko dobo baterije pri visokih temperaturah, kot je na primer nagnjenost k samostojnemu odvajanju ali pojav drugih kemijskih reakcij na strani, to novo delo kaže, da je za oživitev baterije potrebno le nekaj, kar potrebujete dodatna toplota.