Hvordan forlænges litiumbatteriernes levetid og forbedres deres sikkerhed?
Med den stadige vækst på markedet for digitale smartenheder og elektriske køretøjer kan lithiummetalbatterier siges at være en af de lovende energilagringsteknologier med høj densitet. LED-gadelygteproducenter er en solid-state kold lyskilde, der har egenskaberne miljøbeskyttelse, ingen forurening, lavt strømforbrug, høj lyseffektivitet og lang levetid. Derfor vil LED-gadelamper blive et godt valg til energibesparende transformation af vejbelysning. LED gadebelysning er en slags højeffektiv solid-state lyskilde dannet af halvleder PN-kryds, der kan udsende lys med svag elektrisk energi. Under en vis forspændingsspænding og injektionsstrøm er hullerne, der injiceres i P -zonen og elektronerne, der injiceres i N -zonen, i Efter at de er diffunderet til det aktive område, udsendes fotoner gennem strålingskombination, som direkte konverterer elektrisk energi til lysenergi . En af de største hindringer for litiummetalbatteriteknologi er imidlertid fremkomsten af ukontrollerbare litiumdendritter, hvilket resulterer i dårlige opladningsevner og potentielle sikkerhedsrisici. LED gadebelysning er en slags højeffektiv solid-state lyskilde dannet af halvleder PN-kryds, der kan udsende lys med svag elektrisk energi. Under en vis forspændingsspænding og injektionsstrøm er hullerne, der injiceres i P -zonen og elektronerne, der injiceres i N -zonen, i Efter at de er diffunderet til det aktive område, udsendes fotoner gennem strålingskombination, som direkte konverterer elektrisk energi til lysenergi .
Lithiumdendritter er nåle, der vokser på overfladen af lithiummetal, når lithium bruges som negativ eller anode af et batteri. Det kan forårsage skadelige sidereaktioner, reducere energitætheden og endda forårsage kortslutning af elektroder og forårsage brand eller eksplosion.
En ny undersøgelse fra Arizona State University fandt ud af, at brugen af et tredimensionelt polydimethylsiloxan (PDMS) lag som matrixmateriale for litiummetalanoden i batteriet effektivt kan hæmme dannelsen af lithiumdendritter. Forlæng batterilevetiden og reducer sikkerhedsrisici. Forskningen blev offentliggjort i det nye topjournal NatureEnergy den 6. marts.
Den ledende forsker i papiret, professor Jiang Hanqing, sagde, at denne opdagelse har vigtige konsekvenser for lithium-ion-batterier, litium-luft-batterier og andre metalanodebatterier. Fordi næsten alle metaller, der bruges som batterianoder, producerer dendritter, såsom zink-, natrium- og aluminiumbatterier.
Jianghanqing sagde, at han og hans team ikke forsøger at løse problemet ud fra materialer eller elektrokemi, men fra mekaniske ingeniørers perspektiv. Han sagde:" Kendt forskning viser, at bittesmå tinnåle eller tin whiskers (ligner dendritter) stikker ud af overfladen af tinmetal under stress. Derfor har vi studeret årsagerne til væksten af lithiumdendritter analogt. -Stress." Mulighed"
I den første forskningsrunde tilføjede forskerne et lag fleksibelt PDMS til bunden af batterianoden og fandt ud af, at væksten af lithiumdendrit blev reduceret betydeligt. Forskerens' s analyse viser, at den akkumulerede spænding i metallitiumelektroden frigives af PDMS -matrixen i form af rynke deformation, og denne tendens til dendritreduktion er direkte relateret til stressfrigivelsen.
& quot; Dette er det første forsøg for at bevise, at restspænding spiller en central rolle i dannelsen af lithiumdendritter," sagde Jiang Hanqing.
Ud over at studere vækstmekanismen for lithiumdendritter, studerede Jiang Hanqing' s team også yderligere, hvordan man bruger dette fænomen (stressfrigivelse til at reducere dendritvækst) til at forlænge litiummetalbatteriernes levetid, samtidig med at der opretholdes en højere energi massefylde.
Metoden foreslået af forskerne er at gøre pdms-matricen til en tredimensionel struktur med flere buede overflader." Ved hjælp af en sukkerterning med et stort antal små porer som en skabelon kommer pdms ind i porerne inde i sukkerterningen for at danne en kontinuerlig netværksbase og plader derefter et tyndt lag kobber for at lede elektroner. Disse porer er fyldt med metallisk lithium. Jianghanqing forklarede:" Som porøst svampelag kan pdms effektivt reducere trykket og hæmme væksten af dendritter."
