¿Cómo extender la vida útil de las baterías de litio y mejorar su seguridad?
Con el crecimiento continuo del mercado de dispositivos inteligentes digitales y vehículos eléctricos, se puede decir que las baterías de metal de litio son una de las tecnologías prometedoras de almacenamiento de energía de alta densidad. Los fabricantes de farolas LED son una fuente de luz fría de estado sólido, que tiene las características de protección del medio ambiente, sin contaminación, bajo consumo de energía, alta eficiencia lumínica y larga vida útil. Por lo tanto, las farolas LED se convertirán en una buena opción para la transformación de ahorro de energía de la iluminación vial. La farola LED es un tipo de fuente de luz de estado sólido de alta eficiencia formada por una unión PN semiconductora que puede emitir luz con energía eléctrica débil. Bajo un cierto voltaje de polarización hacia adelante y corriente de inyección, los agujeros inyectados en la zona P y los electrones inyectados en la zona N están en Después de ser difundidos al área activa, los fotones se emiten a través de la recombinación de radiación, que convierte directamente la energía eléctrica en energía lumínica. Sin embargo, uno de los principales obstáculos para la tecnología de baterías de metal de litio es la aparición de dendritas de litio incontrolables, lo que resulta en capacidades de carga deficientes y posibles riesgos de seguridad. La farola LED es un tipo de fuente de luz de estado sólido de alta eficiencia formada por una unión PN semiconductora que puede emitir luz con energía eléctrica débil. Bajo un cierto voltaje de polarización hacia adelante y corriente de inyección, los agujeros inyectados en la zona P y los electrones inyectados en la zona N están en Después de ser difundidos al área activa, los fotones se emiten a través de la recombinación de radiación, que convierte directamente la energía eléctrica en energía lumínica.
Las dendritas de litio son agujas que crecen en la superficie del metal de litio cuando el litio se usa como negativo o ánodo de una batería. Puede causar reacciones secundarias dañinas, reducir la densidad de energía e incluso causar cortocircuitos de electrodos, causando incendio o explosión.
Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Arizona encontró que el uso de una capa tridimensional de polidimetilsiloxano (PDMS) como material de matriz para el ánodo de metal de litio en la batería puede inhibir efectivamente la formación de dendritas de litio. Amplíe la vida útil de la batería y reduzca los riesgos de seguridad. La investigación fue publicada en la nueva revista NatureEnergy el 6 de marzo.
El investigador principal del artículo, el profesor Jiang Hanqing, dijo que este descubrimiento tiene implicaciones importantes para las baterías de iones de litio, las baterías de litio-aire y otras baterías de ánodo de metal. Porque casi todos los metales utilizados como ánodos de batería producirán dendritas, como baterías de zinc, sodio y aluminio.
Jianghanqing dijo que él y su equipo no están tratando de resolver el problema desde la perspectiva de los materiales o la electroquímica, sino desde la perspectiva de los ingenieros mecánicos. Dijo: "Investigaciones conocidas muestran que pequeñas agujas de estaño o bigotes de estaño (similares a las dendritas) sobresalen de la superficie del metal de estaño bajo estrés. Por lo tanto, hemos estudiado las razones del crecimiento de las dendritas de litio por analogía. -Estrés. "Posibilidad"
En la primera ronda de investigación, los investigadores agregaron una capa de PDMS flexible a la parte inferior del ánodo de la batería y encontraron que el crecimiento de las dendritas de litio se redujo significativamente. El análisis del investigador muestra que la tensión acumulada en el electrodo de litio metálico es liberada por la matriz PDMS en forma de deformación de arrugas, y esta tendencia de reducción de dendritas está directamente relacionada con la liberación de tensión.
"Este es el primer experimento que demuestra que el estrés residual juega un papel clave en la formación de dendritas de litio", dijo Jiang Hanqing.
Además de estudiar el mecanismo de crecimiento de las dendritas de litio, el equipo de Jiang Hanqing también estudió cómo usar este fenómeno (liberación de estrés para reducir el crecimiento de dendritas) para extender la vida útil de las baterías de metal de litio mientras mantiene una mayor densidad de energía.
El método propuesto por los investigadores es convertir la matriz pdms en una estructura tridimensional con múltiples superficies curvas. "Usando un cubo de azúcar con una gran cantidad de poros pequeños como plantilla, los pdm ingresan a los poros dentro del cubo de azúcar para formar una base de red continua, y luego colocan una capa delgada de cobre para conducir electrones. Estos poros están llenos de litio metálico. Jianghanqing explicó: "Como capa de esponja porosa, los pdms pueden reducir efectivamente la presión e inhibir el crecimiento de dendritas".
