O soluție lichidă pentru creșterea dendritelor în bateriile cu litiu metalic

Echipa profesorului asociat Wan Jiandi de la Departamentul de Inginerie Chimică de la Universitatea din California, Davis a publicat o nouă lucrare în revista Scientific Progress, propunând o soluție potențială pentru creșterea dendritică în bateriile reîncărcabile cu litiu metalic. În această lucrare, echipa lui Wan a demonstrat că ionii care curg în apropierea catodului pot îmbunătăți siguranța și durata de viață a bateriilor reîncărcabile de ultimă generație.

Bateriile cu litiu metalic folosesc litiu metal ca anod. Aceste baterii au o densitate mare de încărcare și o energie potențială care este de două ori mai mare decât bateriile tradiționale cu litiu-ion, dar siguranța este o preocupare majoră. Când se încarcă, unii ioni se reduc la litiu metalic pe suprafața catodului și formează microstructuri dendritice neregulate - dendrite, care pot duce în cele din urmă la scurtcircuite sau chiar explozii.

Teoria este că competiția dintre rata de transfer de masă și rata de reducere a ionilor de litiu lângă suprafața catodului duce la creșterea dendritelor. Când rata de reducere a ionilor este mult mai rapidă decât transferul de masă, va genera un spațiu neutru numit strat încărcat cu spațiu lângă catod, care nu conține ioni. Se crede că instabilitatea acestui strat duce la creșterea dendritelor, astfel încât reducerea sau eliminarea acestuia poate reduce creșterea dendritelor, prelungind astfel durata de viață a bateriei.

Ideea lui Wan este de a permite ionilor să recupereze încărcarea și să anuleze acest decalaj printr-un canal microfluidic prin catod. În lucrare, echipa a subliniat dovada testării conceptului și a descoperit că acest flux de ioni poate reduce creșterea dendritelor cu până la 99%.

Pentru Wan, acest studiu este interesant, deoarece demonstrează eficacitatea aplicațiilor microfluidice în probleme legate de baterii și deschide calea pentru cercetările viitoare în acest domeniu.

„Prin această cercetare de bază și metode microfluidice, putem înțelege cantitativ impactul fluxului asupra creșterii dendritice”, a spus el. „Nu multe grupuri au efectuat încă cercetări în acest sens”.

Deși este puțin probabil să integreze microfluidica în mod direct într-o baterie reală, echipa lui Wan caută metode alternative de aplicare a principiilor de bază ale acestui studiu prin introducerea unui flux local lângă suprafața catodului pentru a compensa cationii și a elimina stratul de încărcare spațială.

El a spus: „Suntem încântați să explorăm noi aplicații ale acestei cercetări”. „Am început să proiectăm suprafețe catodice pentru a introduce convecția.”