Учёные увеличили срок службы аккумулятора путём применения высоких температур
| Со временем, внутри электродов аккумуляторной батареи образуются крошечные отраслевые клетки, похожие на нити, так называемые дендриты, в результате чего появляется короткое замыкание, которое приводит к гибели аккумулятора или даже может вызвать его возгорание. Но благодаря новым экспериментам и компьютерному моделированию, исследователи изучили в деталях, как более высокие температуры могут разрушить эти дендриты и, возможно, увеличить срок службы батареи. |
 |
Гальванический элемент состоит из положительного и отрицательного электрода, названного катодом и анодом. Поскольку батарея производит электрический ток, электроны вытекают из анода через схему батареи и назад в катод. Потеряв электроны, которые производят ток, некоторые атомы в аноде, через электрически проводящий металл такой как литий - становятся ионами, которые затем перемещаются в катод, через проводящую жидкую среду, названную электролитом.
Зарядка аккумулятора обратный процесс, ионы движутся назад и оседают в аноде. Но когда они это делают, ионы распределяются не равномерно. Вместо этого, они образуют микроскопические неровности, которые в конечном счете превращаются в длинные отделения после многократных циклов перезарядки. Когда эти дендриты достигают катода, они образуют короткое замыкание. Электрический ток теперь течет через дендритов, а не внешние цепи, делая аккумулятор бесполезным и неисправным
Ток также нагревает дендриты, так как электролит имеет тенденцию воспламеняться, дендриты могут загореться. Даже если дендриты не вызовут короткое замыкание аккумулятора, они могут оторваться от анода целиком и плавать вокруг в электролите. Таким образом, анод теряет материал, батарея не может аккумулировать столько же энергии.
"Дендриты опасны и уменьшают мощность аккумуляторов" сказал Асгар Арьянфэр, ученый из Калифорнийского технологического института, который провёл исследование, опубликованное на этой неделе на обложке журнала химической физики, от AIP Publishing. Хотя исследователи изучали литиевые батареи, которые являются одними из наиболее эффективных, их результаты могут быть применены в широком смысле. "Дендрит проблема, которая является общей для всех аккумуляторов," сказал он.
Исследователи выращивали литиевые дендриты на испытательной батарее и нагревали их в течение нескольких дней. Они обнаружили, что температура 55 градусов по Цельсию сократила дендриты на целых 36 процентов. Чтобы выяснить, что именно послужило причиной такого сокращения, исследователи использовали компьютер, чтобы имитировать эффект тепла на отдельных атомах лития, которые имеют дендриты был смоделирован с простой, идеализированной геометрией пирамиды.
Моделирование показало, что повышение температуры заставляет атомы перемещаться в двух направлениях. Атом в вершине пирамиды может упасть до низких уровней. Или, атом на более низком уровне может двигаться и оставлять свободное место, которое затем заполняется другим атомом. Атомы циркулируют, создавая достаточное движение, чтобы избавиться от дендрита.
Учёные увеличили срок службы аккумулятора путём применения высоких температур 