Comment prolonger la durée de vie des batteries au lithium et améliorer leur sécurité ?
Avec la croissance continue du marché des appareils intelligents numériques et des véhicules électriques, les batteries au lithium métal peuvent être considérées comme l’une des technologies prometteuses de stockage d’énergie à haute densité. Les fabricants de lampadaires LED sont une source de lumière froide à l’état solide, qui présente les caractéristiques de protection de l’environnement, d’absence de pollution, de faible consommation d’énergie, d’efficacité lumineuse élevée et de longue durée de vie. Par conséquent, les lampadaires à LED deviendront un bon choix pour la transformation économe en énergie de l’éclairage routier. Le lampadaire LED est une sorte de source lumineuse à semi-conducteurs à haut rendement formée par une jonction PN semi-conductrice qui peut émettre de la lumière avec une faible énergie électrique. Sous une certaine tension de polarisation vers l’avant et un certain courant d’injection, les trous injectés dans la zone P et les électrons injectés dans la zone N sont dans Après avoir été diffusés dans la zone active, les photons sont émis par recombinaison de rayonnement, ce qui convertit directement l’énergie électrique en énergie lumineuse. Cependant, l’un des principaux obstacles à la technologie des batteries au lithium métal est l’émergence de dendrites au lithium incontrôlables, entraînant de mauvaises capacités de charge et des risques potentiels pour la sécurité. Le lampadaire LED est une sorte de source lumineuse à semi-conducteurs à haut rendement formée par une jonction PN semi-conductrice qui peut émettre de la lumière avec une faible énergie électrique. Sous une certaine tension de polarisation vers l’avant et un certain courant d’injection, les trous injectés dans la zone P et les électrons injectés dans la zone N sont dans Après avoir été diffusés dans la zone active, les photons sont émis par recombinaison de rayonnement, ce qui convertit directement l’énergie électrique en énergie lumineuse.
Les dendrites de lithium sont des aiguilles qui se développent à la surface du lithium métal lorsque le lithium est utilisé comme négatif ou anode d’une batterie. Il peut provoquer des réactions secondaires nocives, réduire la densité d’énergie et même provoquer un court-circuit des électrodes, provoquant un incendie ou une explosion.
Une nouvelle étude de l’Arizona State University a révélé que l’utilisation d’une couche tridimensionnelle de polydiméthylsiloxane (PDMS) comme matériau de matrice pour l’anode au lithium métal dans la batterie peut inhiber efficacement la formation de dendrites de lithium. Prolongez la durée de vie de la batterie et réduisez les risques pour la sécurité. La recherche a été publiée dans la nouvelle revue NatureEnergy le 6 mars.
Le chercheur principal de l’article, le professeur Jiang Hanqing, a déclaré que cette découverte avait des implications importantes pour les batteries lithium-ion, les batteries lithium-air et d’autres batteries à anode métallique. Parce que presque tous les métaux utilisés comme anodes de batterie produiront des dendrites, telles que des batteries au zinc, au sodium et en aluminium.
Jianghanqing a déclaré que lui et son équipe n’essayaient pas de résoudre le problème du point de vue des matériaux ou de l’électrochimie, mais du point de vue des ingénieurs en mécanique. Il a déclaré: « Des recherches connues montrent que de minuscules aiguilles d’étain ou des moustaches d’étain (similaires aux dendrites) dépassent de la surface de l’étain métallique sous contrainte. Par conséquent, nous avons étudié les raisons de la croissance des dendrites de lithium par analogie. -Stress. « Possibilité »
Dans la première série de recherches, les chercheurs ont ajouté une couche de PDMS flexible au bas de l’anode de la batterie et ont constaté que la croissance des dendrites de lithium était considérablement réduite. L’analyse du chercheur montre que la contrainte accumulée dans l’électrode de lithium métallique est libérée par la matrice PDMS sous forme de déformation des rides, et cette tendance à la réduction de la dendrite est directement liée à la libération de contrainte.
« C’est la première expérience à prouver que le stress résiduel joue un rôle clé dans la formation de dendrites de lithium », a déclaré Jiang Hanqing.
En plus d’étudier le mécanisme de croissance des dendrites de lithium, l’équipe de Jiang Hanqing a également étudié comment utiliser ce phénomène (libération de stress pour réduire la croissance de la dendrite) pour prolonger la durée de vie des batteries au lithium métal tout en maintenant une densité d’énergie plus élevée.
La méthode proposée par les chercheurs consiste à transformer la matrice pdms en une structure tridimensionnelle avec plusieurs surfaces courbes. « En utilisant un morceau de sucre avec un grand nombre de petits pores comme modèle, les pdms pénètrent dans les pores à l’intérieur du morceau de sucre pour former une base de réseau continue, puis plaquent une fine couche de cuivre pour conduire les électrons. Ces pores sont remplis de lithium métallique. Jianghanqing a expliqué: « En tant que couche d’éponge poreuse, les pdms peuvent réduire efficacement la pression et inhiber la croissance des dendrites. »
