Vedel lahus dendriidi kasvatamiseks liitiumakudes

California Davise ülikooli keemiatehnika osakonna dotsent Wan Jiandi meeskond on avaldanud ajakirjas Scientific Progress uue artikli, pakkudes välja võimaliku lahenduse dendriitide kasvu jaoks laetavates liitiummetallist patareides. Selles artiklis näitas Wani meeskond, et katoodi lähedal voolavad ioonid võivad parandada järgmise põlvkonna laetavate akude ohutust ja eluiga.

Liitiummetalli patareid kasutavad anoodina liitiummetalli. Nendel akudel on kõrge laetuse tihedus ja potentsiaalne energia, mis on kaks korda suurem kui traditsioonilistel liitiumioonakudel, kuid ohutus on suur probleem. Laadimisel taanduvad mõned ioonid katoodi pinnal metalliliseks liitiumiks ja moodustavad ebakorrapäraseid dendriitilisi mikrostruktuure – dendriite, mis võivad lõpuks viia lühise või isegi plahvatuseni.

Teooria seisneb selles, et katoodipinna lähedal asuvate liitiumioonide massiülekandekiiruse ja redutseerimiskiiruse vaheline konkurents põhjustab dendriitide kasvu. Kui ioonide redutseerimiskiirus on palju kiirem kui massiülekanne, tekitab see katoodi lähedal neutraalse tühimiku, mida nimetatakse ruumilaenguga kihiks, mis ei sisalda ioone. Arvatakse, et selle kihi ebastabiilsus põhjustab dendriitide kasvu, nii et selle vähendamine või kõrvaldamine võib vähendada dendriitide kasvu, pikendades seeläbi aku eluiga.

Wani idee on võimaldada ioonidel laengut taastada ja see tühimik katoodi kaudu mikrofluidikanali kaudu kõrvaldada. Töörühm kirjeldas oma tõendeid kontseptsiooni testimise kohta ja leidis, et see ioonivoog võib vähendada dendriidi kasvu kuni 99%.

Wani jaoks on see uuring põnev, kuna see demonstreerib mikrofluidiliste rakenduste tõhusust akudega seotud küsimustes ja sillutab teed tulevastele uuringutele selles valdkonnas.

"Selle alusuuringute ja mikrofluidiliste meetodite abil saame kvantitatiivselt mõista voolu mõju dendriitide kasvule, " ütles ta. "Mitte paljud rühmad pole seda veel uurinud."

Kuigi on ebatõenäoline, et mikrofluidikat otse päris akusse integreerida, otsib Wani meeskond alternatiivseid meetodeid selle uuringu põhiprintsiipide rakendamiseks, juurutades katoodipinna lähedale lokaalse voolu, et kompenseerida katioone ja kõrvaldada ruumi laengukiht.

Ta ütles: "Meil on hea meel uurida selle uurimistöö uusi rakendusi." "Oleme alustanud katoodpindade projekteerimist konvektsiooni juurutamiseks."