Vergrößern / Diese Fotos zeigen Dendriten nach Impulsen unterschiedlicher Stromstärke densities are applied, from lowest density at the top to highest atthe bottom.
Dendriten – verzweigte Strukturen, die wie Äste aussehen – machen Spaß zu zeichnen und gut auf Neuronen, aber sie sind in der Regel am besten vermieden Lithium-Ionen-Batterien. B. Ionen zwischen der Anode und ausgetauscht werden Kathode über mehrere Lade- und Entladezyklen, Lithium Elektroden wachsen manchmal Dendriten, die sich durch ausdehnen können der Elektrolyt, der die Anode und die Kathode trennt. TheseDendriten können die Kapazität des Akkus verringern und dessen Lebensdauer verkürzen die Batterie oder sogar Brände, wenn sich die Dendriten erwärmen. (Im den Batterien der Boeing 787 wurden Dendriten gefunden Batteriebrände, die beispielsweise im Jahr 2014 aufgetreten sind.)
Aber Forscher vom Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, hat einen Weg vorgeschlagen, diesen Dendriten zu verbessern Wachstum. Sie haben dies nicht getan, indem sie gegen die Dendriten gekämpft haben und versuchen, sie einzudämmen (wie viele Forscher versucht haben), aber durch unter Verwendung der Tendenz von Dendriten, sich als Reaktion darauf zu erwärmen hohe Stromdichte, um diese Elektrodenwachstum kleiner zu machen.
Durch Anlegen eines Hochstromimpulses an eine Lithium-Metall-Anode wird die Forscher konnten Wärme erzeugen, die nicht zum Schmelzen ausreichte das lithiummetall reichte aber aus, um “flächendeckend” anzuregen Migration “der Lithiumatome. Das” heilte “die Lithium-Metall-Anode von neu wachsenden Dendriten, die sich geglättet haben die Oberfläche der Lithiumanode wieder.
“Wir zeigen, dass wiederholte Dosen von Heilung mit hoher Stromdichte Behandlung ermöglicht das sichere Radfahren von Li-Schwefel-Batterien mit hohem Coulomb-Effizienz “, stellten die Forscher fest. Coulomb-Effizienz beschreibt die Effizienz, mit der Elektronen in a übertragen werden System, und es ist eine wichtige Maßnahme für neue Batteriematerialien. InBei diesen Tests lag der Coulomb-Wirkungsgrad wieder bei rund 100 Prozent wenige Stunden nach dem Anlegen der Hochstromimpulse.
Die Forscher geben zu, dass eine hohe Stromdichte in der Regel a ist Ursache von Dendriten, keine Lösung für sie. Aber sie sagen, dass a Stromdichte von 9 Milliampere pro Quadratzentimeter (mA cm − 2) ist eine Art Goldlöckchenpunkt: “Die örtliche Heizung Lässt Li [Lithium] fließen und fließen, wodurch eine ausgedehnte Oberfläche ausgelöst wird Diffusion, die die Dendriten glättet … Die Selbsterhitzung liegt bei Sicherheitsniveaus, die unter der Gefahr eines Elektrolytausfalls oder einer thermischen Belastung liegen Beschädigung des Abscheiders. ”
Bei einer Test-Li-Li-Batterie war der Dendritenheilungseffekt gleichmäßig ausgeprägter bei 15 mA cm − 2. Wenn dieser Strom Dichte angewendet wurde, verschmolzen die Dendriten “durch die gesamte Dicke der dendritischen Schicht … Umwandlung in eine relativ glatte und kompakte (dichte) Schicht “, schreiben die Autoren des Papiers.
Die Forscher testeten dann die Batterien, um zu sehen, ob sie das heilen Dendriten erweiterten ihr Leben. Zellen, die kleiner erhalten hatten Stromdichteimpulse in ca. 500 Stunden kurzgeschlossen “wegen der dendritische Projektionen “, die auf den Lithiumelektroden wuchsen Zellen, die mit Stromdichten über 9 mA gepulst wurden cm − 2 “zeigte keinen Hinweis auf elektrischen Kurzschluss auch nach 2.000 Stunden. ”
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Neue Lithium-Luft-Batterie übersteht Hunderte von ZyklenDiese Forschung ist besonders interessant, weil es durchgeführt wurde (Wortspiel beabsichtigt?) mit Lithiummetall. Lithiummetall wurde nicht viel verwendet Batterien außerhalb eines Labors aufgrund seiner Tendenz, Dendriten zu wachsen, obwohl solche Batterien energiedicht sind. Aber wenn es geht Dendriten zu “heilen”, wie sie sich bilden, die Lithiummetall machen könnten Anoden und damit energiedichtere Batterien sind eine Möglichkeit.
Dies ist zwar nur ein weiterer inkrementeller Schritt in einer langen Reihe Bei der Erforschung von Lithiummetall ist das größere Bild das eines mehr Eine energiedichte Batterie könnte dazu führen, dass Elektroautos länger fahren Reichweiten oder sogar zu Elektroflugzeugen. Auf einem kürzlichen Gipfeltreffen der Fortgeschrittene Forschungsprojekte Agency-Energy (ARPA-E), ein Forscher für Boeing sagte, dass eine Energiedichte von 500 Wattstunden pro Kilogramm (Wh / kg) wäre das Minimum, um einen sehr kleinen zu fliegen Flugzeug auf Batterien. Derzeit ist eine 18.650 Lithium-Ionen-Batteriezelle hat eine Energiedichte von 250 Wh / kg. Und solche inkrementellen Schritte Forschung öffnet die Türen zu neuen Materialien, die dies ändern könnten Nummer zum Besseren.
Science, 2018. DOI: 10.1126 / science.aap8787 (About DOIs).
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