الباحثون “يشفي” نمو التشعبات المدمرة في بطاريات الليثيوم والمعادن

هؤلاء  photos show dendrites after pulses of different current يتم تطبيق الكثافة ، من أدنى كثافة في الأعلى إلى أعلى في  القاع.  تكبير / هذه الصور تظهر التشعبات بعد نبضات التيار المختلفة densities are applied, from lowest density at the top to highest atthe bottom.

التشعبات – هياكل متفرعة تشبه أطراف الأشجار – هي متعة لرسم وحسن الخلايا العصبية ، ولكن من الأفضل تجنبها بشكل عام بطاريات الليثيوم أيون. كما يتم تبادل الأيونات بين الأنود و الكاثود على العديد من دورات الشحن والتفريغ ، الليثيوم سوف تنمو الأقطاب الكهربائية في بعض الأحيان التشعبات التي يمكن أن تتوسع من خلال المنحل بالكهرباء الذي يفصل الأنود والكاثود. Theseالتشعبات يمكن أن تقلل من قدرة البطارية ، وتقصير عمر اﻟﺒﻄﺎرﻳﺔ ، أو ﺣﺘﻰ ﺗﺒﺪأ اﻟﺤﺮاﺋﻖ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﺗُﺴﺨﻦ (تم العثور على التشعبات في البطاريات المتعلقة بطائرة بوينج 787 حرائق البطارية التي حدثت في عام 2014 ، على سبيل المثال.)

لكن الباحثين من معهد رينسيلر للفنون التطبيقية في وقد اقترح تروي ، نيويورك طريقة لتحسين هذا التشتت نمو. لقد فعلوا هذا ليس من خلال القتال ضد التشعبات و محاولة احتوائها (كما حاول العديد من الباحثين) ولكن بواسطة باستخدام ميل التشعبات لتسخين استجابة ل كثافة عالية الحالية لجعل نمو القطب الكهربائي أصغر.

عن طريق تطبيق نبض عالية الحالية إلى أنود الليثيوم المعدني ، و تمكن الباحثون من إنتاج حرارة لم تكن كافية للذوبان معدن الليثيوم ولكن كان كافيا لتشجيع “سطح واسع الهجرة “من ذرات الليثيوم. وهذا أساسا” تلتئم ” أنود الليثيوم المعدني من التشعبات التي تنمو حديثا ، والتي سوتها سطح أنود الليثيوم مرة أخرى.

“نظهر أن الجرعات المتكررة من الشفاء عالية الكثافة الحالية المعالجة تمكن الدراجات آمنة من بطاريات ليثيوم الكبريت مع ارتفاع وأشار كولومبيون إلى “كفاءة كولوم” يصف الكفاءة التي يتم نقل الإلكترونات بها في النظام ، وهو مقياس مهم لمواد البطارية الجديدة. في هذه الاختبارات ، عاد كفاءة Coulombic إلى حوالي 100 في المئة بعد ساعات قليلة من تطبيق نبضات عالية الحالية.

يعترف الباحثون أن كثافة التيار المرتفع عادة ما تكون سبب التشعبات ، وليس حلا لهم. لكنهم يقولون أن أ الكثافة الحالية من 9 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع (مللي أمبير سم − 2) هو نوع من نقطة المعتدل: “التدفئة المحلية يعطي التدفق والتدفق إلى [الليثيوم] ، مما أدى إلى سطح واسع نشر ، مما يسهل التشعبات … التدفئة الذاتية في مستويات آمنة ، أقل من أي خطر انهيار بالكهرباء أو الحرارية الأضرار التي لحقت الفاصل “.

في اختبار بطارية Li-Li ، كان تأثير شفاء dendrite متساويًا أكثر وضوحا ، في 15 مللي أمبير سم − 2. عندما يكون هذا التيار تم تطبيق الكثافة ، والصمامات تنصهر “من خلال كامل سمك الطبقة شجيري … تتحول إلى نسبيا طبقة ناعمة ومدمجة ، “يكتب مؤلفو الورقة.

ثم اختبر الباحثون البطاريات لمعرفة ما إذا كان الشفاء توسعت التشعبات حياتهم. الخلايا التي تلقت أصغر نبضات كثافة التيار قللت في حوالي 500 ساعة “بسبب توقعات شجيري “التي نمت على أقطاب الليثيوم الخلايا التي كانت نابضة مع كثافات الحالية فوق 9 مللي أمبير سم − 2 “أظهر أي مؤشر على التقليل من الكهربائية حتى بعد 2000 ساعة. ”

قراءة متعمقة

بطارية ليثيوم – هواء جديدة تنجو من مئات الدورات مثيرة للاهتمام خاصة لأنها أجريت (التورية المقصود؟) مع معدن الليثيوم. لم يستخدم معدن الليثيوم كثيرًا في بطاريات خارج المختبر بسبب ميلها إلى نمو التشعبات ، على الرغم من أن هذه البطاريات كثيفة الطاقة. ولكن إذا كان ذلك ممكنا إلى “شفاء” التشعبات لأنها تشكل ، والتي يمكن أن تجعل من معدن الليثيوم الأنودات ، وبالتالي المزيد من البطاريات الكثيفة الطاقة ، احتمال.

على الرغم من أن هذا مجرد خطوة إضافية أسفل خط طويل البحث عن معدن الليثيوم ، الصورة الأكبر هي أن أكثر بطارية كثيفة الطاقة يمكن أن تؤدي إلى السيارات الكهربائية مع أطول يتراوح أو حتى الطائرات الكهربائية. في قمة عقدت مؤخرا من قبل وكالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة (ARPA-E) ، باحث في وقالت بوينج أن كثافة الطاقة تبلغ 500 وات في الساعة سيكون كيلوغرام (Wh / kg) هو الحد الأدنى اللازم للطيران صغير جدًا الطائرة على البطاريات. حاليا ، خلية بطارية ليثيوم أيون 18،650 لديها كثافة الطاقة من 250 واط / كجم. والخطوات الإضافية مثل هذا البحث تفتح الأبواب أمام المواد الجديدة التي يمكن أن تغير ذلك رقم للأفضل.

Science، 2018. DOI: 10.1126 / science.aap8787 (About DOIs).

صورة القائمة بواسطة ويكيميديا ​​كومنز

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: