Como prolongar a vida útil das baterias de lítio e melhorar sua segurança?
Com o crescimento contínuo do mercado de dispositivos digitais inteligentes e veículos elétricos, as baterias de metal de lítio podem ser consideradas uma das tecnologias promissoras de armazenamento de energia de alta densidade. Os fabricantes de lâmpadas de rua LED são uma fonte de luz fria de estado sólido, que tem as características de proteção ambiental, sem poluição, baixo consumo de energia, alta eficiência de luz e longa vida. Portanto, as lâmpadas LED de rua se tornarão uma boa escolha para a transformação da iluminação rodoviária com economia de energia. A lâmpada de rua LED é um tipo de fonte de luz de estado sólido de alta eficiência formada por junção PN semicondutora que pode emitir luz com energia elétrica fraca. Sob uma certa tensão de polarização direta e corrente de injeção, os buracos injetados na zona P e os elétrons injetados na zona N estão em. Depois de serem difundidos para a área ativa, os fótons são emitidos por recombinação de radiação, que converte diretamente a energia elétrica em energia luminosa . No entanto, um dos principais obstáculos para a tecnologia de bateria de metal de lítio é o surgimento de dendritos de lítio incontroláveis, resultando em capacidades de carregamento insuficientes e riscos potenciais à segurança. A lâmpada de rua LED é um tipo de fonte de luz de estado sólido de alta eficiência formada por junção PN semicondutora que pode emitir luz com energia elétrica fraca. Sob uma certa tensão de polarização direta e corrente de injeção, os buracos injetados na zona P e os elétrons injetados na zona N estão em. Depois de serem difundidos para a área ativa, os fótons são emitidos por recombinação de radiação, que converte diretamente a energia elétrica em energia luminosa .
Os dendritos de lítio são agulhas que crescem na superfície do metal de lítio quando o lítio é usado como negativo ou ânodo de uma bateria. Pode causar reações colaterais prejudiciais, reduzir a densidade de energia e até mesmo causar curto-circuito nos eletrodos, causando incêndio ou explosão.
Um novo estudo da Arizona State University descobriu que o uso de uma camada tridimensional de polidimetilsiloxano (PDMS) como material de matriz para o ânodo de metal de lítio na bateria pode inibir efetivamente a formação de dendritos de lítio. Prolongue a vida útil da bateria e reduza os riscos à segurança. A pesquisa foi publicada no novo jornal NatureEnergy em 6 de março.
O principal pesquisador do artigo, o professor Jiang Hanqing, disse que essa descoberta tem implicações importantes para as baterias de íon-lítio, baterias de lítio-ar e outras baterias de ânodo de metal. Porque quase todos os metais usados como ânodos de bateria produzem dendritos, como baterias de zinco, sódio e alumínio.
Jianghanqing disse que ele e sua equipe não estão tentando resolver o problema da perspectiva dos materiais ou da eletroquímica, mas da perspectiva dos engenheiros mecânicos. Ele disse:" Pesquisas conhecidas mostram que minúsculas agulhas de estanho ou bigodes de estanho (semelhantes aos dendritos) se projetam da superfície do metal estanho sob tensão. Portanto, estudamos as razões para o crescimento dos dendritos de lítio por analogia. -Estresse. &. Possibilidade &.
Na primeira rodada de pesquisa, os pesquisadores adicionaram uma camada de PDMS flexível à parte inferior do ânodo da bateria e descobriram que o crescimento de dendritos de lítio foi significativamente reduzido. A análise do pesquisador' s mostra que a tensão acumulada no eletrodo de metal lítio é liberada pela matriz PDMS na forma de deformação de rugas, e essa tendência de redução do dendrito está diretamente relacionada à liberação da tensão.
& quot; Esta é a primeira experiência para provar que a tensão residual desempenha um papel fundamental na formação de dendritos de lítio," disse Jiang Hanqing.
Além de estudar o mecanismo de crescimento dos dendritos de lítio, a equipe de Jiang Hanqing' s também estudou como usar esse fenômeno (liberação de estresse para reduzir o crescimento de dendritos) para estender a vida útil das baterias de metal de lítio, mantendo uma energia mais alta densidade.
O método proposto pelos pesquisadores é transformar a matriz pdms em uma estrutura tridimensional com múltiplas superfícies curvas." Usando um cubo de açúcar com um grande número de pequenos poros como modelo, pdms entra nos poros dentro do cubo de açúcar para formar uma base de rede contínua e, em seguida, aplica uma camada fina de cobre para conduzir elétrons. Esses poros são preenchidos com lítio metálico. Jianghanqing explicou:" Como camada de esponja porosa, pdms pode efetivamente reduzir a pressão e inibir o crescimento de dendritos."
