La clé pour éliminer l'accumulation de dendrites dans les anodes de batterie lithium-ion - en exploitant l'effet d'auto-échauffement à l'intérieur de la batterie
Les batteries rechargeables au lithium-ion sont les principales batteries utilisées dans l'électronique grand public et deviennent de plus en plus la batterie de choix pour les véhicules électriques et les applications de stockage d'énergie du réseau. L'électrode positive (cathode) est en oxyde de lithium métallique et l'électrode négative (anode) est en graphite. Mais les scientifiques n'ont pas abandonné les batteries au lithium métal avec une densité d'énergie plus élevée et essaient sans relâche de trouver une issue pour des batteries au lithium métal plus puissantes.
Researchers at the Rensselaer Polytechnic Institute have now found a way to use the thermal energy inside the battery to diffuse dendrites into a smooth layer, or as study leader Nikhil Koratkar, a professor in the Department of Materials Science and Engineering, says, dendrites can "Repair in place" through the self-heating effect of the battery, the paper was published in the journal "Science".
La batterie est essentiellement composée d'une cathode, d'une anode, d'un électrolyte et d'un séparateur. Le séparateur est situé entre les deux électrodes pour empêcher la batterie de court-circuit- en raison du contact l'une avec l'autre. De plus, les pores du séparateur remplis d'électrolyte font la navette des ions (atomes chargés) entre les électrodes. canal, plus il y a d'électrolyte absorbé par le séparateur, plus la conductivité ionique est élevée.
Lorsque la batterie est déchargée, les ions lithium chargés positivement sur l'anode sont transférés à la cathode pour générer de l'électricité ; lorsque la batterie est chargée, les ions lithium s'écoulent de la cathode vers l'anode, et la batterie avec du lithium métal comme anode est sujette au lithium métal comme anode pendant le processus répété de charge et de décharge. Déposées de manière inégale pour former des dendrites, ces accumulations délicates peuvent éventuellement pénétrer dans le séparateur et atteindre la cathode, court-circuitant la cellule et posant un risque d'explosion.
L'utilisation de graphite comme anode, qui évite le problème des dendrites de lithium, est la meilleure option de batterie pour le moment, mais bientôt, elles pourraient ne plus être en mesure de répondre aux besoins de capacité de stockage.
To make lithium metal batteries thrive, the researchers' proposed solution is to use the battery's internal resistive heating to eliminate dendrite buildup. Resistive heating (also known as Joule heating) is a process in which a metallic material resists an electric current and thus generates heat. This "self-heating" effect can occur through the process of charging and discharging.
Therefore, the researchers enhanced the self-heating effect by increasing the current density (charge-discharge rate) of the battery, and found that this process can allow the dendrites to diffuse evenly and smoothly to achieve a "healing" effect. The same results were also obtained in the lithium-sulfur battery experiment. Therefore, when the battery is not in use, the "self-healing" effect of the battery can be achieved by charging and discharging at a high rate for several cycles.
La recherche semble prometteuse. La charge suralimentée peut rajeunir la batterie, empêcher les courts-circuits causés par les dendrites et garantir que la batterie est plus sûre et a une densité d'énergie élevée, mais cela empêche-t-il la batterie de se décomposer rapidement ? Peut-être que d'autres recherches sont requises par l'équipe.
