محلول مایع برای رشد دندریت در باتری های لیتیوم فلزی

تیم دانشیار وان جیاندی از دپارتمان مهندسی شیمی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، مقاله جدیدی را در ژورنال Scientific Progress منتشر کرده است که راه حلی بالقوه برای رشد دندریتیک در باتری های فلزی لیتیومی قابل شارژ پیشنهاد می کند. در این مقاله، تیم Wan نشان داد که یون‌هایی که در نزدیکی کاتد جریان دارند ممکن است ایمنی و طول عمر باتری‌های قابل شارژ نسل بعدی را بهبود بخشند.

باتری های فلزی لیتیوم از فلز لیتیوم به عنوان آند استفاده می کنند. این باتری ها چگالی شارژ و انرژی پتانسیل بالایی دارند که دو برابر باتری های لیتیوم یون سنتی است، اما ایمنی یک نگرانی اصلی است. هنگامی که آنها شارژ می شوند، برخی از یون ها به لیتیوم فلزی در سطح کاتد کاهش می یابند و ریزساختارهای دندریتی نامنظمی را تشکیل می دهند - دندریت ها، که در نهایت ممکن است منجر به اتصال کوتاه یا حتی انفجار شود.

تئوری این است که رقابت بین سرعت انتقال جرم و سرعت کاهش یون‌های لیتیوم در نزدیکی سطح کاتد منجر به رشد دندریت‌ها می‌شود. هنگامی که سرعت کاهش یون ها بسیار سریعتر از انتقال جرم باشد، یک شکاف خنثی به نام لایه باردار فضایی نزدیک کاتد ایجاد می کند که حاوی یون نیست. اعتقاد بر این است که ناپایداری این لایه منجر به رشد دندریت ها می شود، بنابراین کاهش یا حذف آن ممکن است رشد دندریت ها را کاهش دهد و در نتیجه طول عمر باتری را افزایش دهد.

ایده وان این است که به یون ها اجازه می دهد تا بار را بازیابی کنند و این شکاف را از طریق یک کانال میکروسیال از طریق کاتد از بین ببرند. در این مقاله، این تیم اثبات آزمایش مفهومی خود را تشریح کردند و دریافتند که این جریان یونی می‌تواند رشد دندریت را تا ۹۹ درصد کاهش دهد.

برای وان، این مطالعه هیجان‌انگیز است زیرا اثربخشی کاربردهای میکروسیال را در مسائل مربوط به باتری نشان می‌دهد و راه را برای تحقیقات آینده در این زمینه هموار می‌کند.

او گفت: «از طریق این تحقیقات پایه و روش‌های میکروسیال، می‌توانیم تأثیر جریان بر رشد دندریتیک را به صورت کمی درک کنیم. هنوز گروه های زیادی در این مورد تحقیق نکرده اند.

اگرچه بعید است که میکروسیال ها را مستقیماً در یک باتری واقعی ادغام کند، تیم Wan به دنبال روش های جایگزینی برای اعمال اصول اولیه این مطالعه با معرفی جریان محلی در نزدیکی سطح کاتد برای جبران کاتیون ها و حذف لایه بار فضایی است.

وی گفت: ما خوشحالیم که کاربردهای جدید این تحقیق را بررسی می کنیم. ما طراحی سطوح کاتدی را برای معرفی همرفت آغاز کرده ایم.