Làm thế nào để kéo dài tuổi thọ sử dụng của pin lithium và cải thiện độ an toàn của chúng?
Với sự phát triển không ngừng của thị trường thiết bị thông minh kỹ thuật số và xe điện, có thể nói pin lithium metal là một trong những công nghệ lưu trữ năng lượng mật độ cao đầy hứa hẹn. Các nhà sản xuất đèn đường LED là một nguồn ánh sáng lạnh thể rắn, có đặc tính bảo vệ môi trường, không gây ô nhiễm, tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất ánh sáng cao và tuổi thọ cao. Vì vậy, đèn đường LED sẽ trở thành một lựa chọn tốt cho việc chuyển đổi tiết kiệm năng lượng của chiếu sáng đường. Đèn đường LED là một loại nguồn sáng thể rắn hiệu suất cao được hình thành bởi điểm nối PN bán dẫn có thể phát ra ánh sáng với năng lượng điện yếu. Dưới một điện áp phân cực thuận nhất định và dòng điện phun, các lỗ trống được đưa vào vùng P và các điện tử được tiêm vào vùng N ở trong Sau khi được khuếch tán đến vùng hoạt động, các photon được phát ra thông qua sự tái kết hợp bức xạ, trực tiếp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng. . Tuy nhiên, một trong những trở ngại chính đối với công nghệ pin kim loại lithium là sự xuất hiện của các đuôi gai lithium không thể kiểm soát, dẫn đến khả năng sạc kém và tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn. Đèn đường LED là một loại nguồn sáng thể rắn hiệu suất cao được hình thành bởi điểm nối PN bán dẫn có thể phát ra ánh sáng với năng lượng điện yếu. Dưới một điện áp phân cực thuận nhất định và dòng điện phun, các lỗ trống được đưa vào vùng P và các điện tử được tiêm vào vùng N ở trong Sau khi được khuếch tán đến vùng hoạt động, các photon được phát ra thông qua sự tái kết hợp bức xạ, trực tiếp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng. .
Các đuôi gai liti là những kim mọc trên bề mặt của kim loại liti khi liti được sử dụng làm cực âm hoặc cực dương của pin. Nó có thể gây ra các phản ứng phụ có hại, làm giảm mật độ năng lượng, thậm chí gây đoản mạch các điện cực, gây cháy hoặc nổ.
Một nghiên cứu mới từ Đại học Bang Arizona cho thấy việc sử dụng lớp polydimethylsiloxan (PDMS) ba chiều làm vật liệu nền cho cực dương kim loại lithium trong pin có thể ức chế hiệu quả sự hình thành các đuôi gai lithium. Kéo dài tuổi thọ pin và giảm nguy cơ an toàn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí hàng đầu NatureEnergy vào ngày 6 tháng 3.
Trưởng nhóm nghiên cứu của bài báo, Giáo sư Jiang Hanqing, nói rằng phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với pin lithium-ion, pin lithium-air và các loại pin cực dương kim loại khác. Bởi vì hầu hết tất cả các kim loại được sử dụng làm cực dương của pin sẽ tạo ra đuôi gai, chẳng hạn như pin kẽm, natri và nhôm.
Jianghanqing nói rằng anh và nhóm của mình không cố gắng giải quyết vấn đề từ góc độ vật liệu hay điện hóa học, mà từ góc độ của các kỹ sư cơ khí. Ông nói:" Nghiên cứu đã biết cho thấy rằng những cây kim thiếc nhỏ hoặc râu thiếc (tương tự như đuôi gai) nhô ra khỏi bề mặt của kim loại thiếc khi chịu áp lực. Do đó, chúng tôi đã nghiên cứu lý do cho sự phát triển của các đuôi gai liti bằng cách tương tự. -Căng thẳng." Khả năng"
Trong vòng nghiên cứu đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã thêm một lớp PDMS linh hoạt vào đáy cực dương của pin và nhận thấy rằng sự phát triển của các đuôi gai lithium đã giảm đáng kể. Phân tích của nhà nghiên cứu' cho thấy rằng ứng suất tích lũy trong điện cực lithium kim loại được giải phóng bởi ma trận PDMS dưới dạng biến dạng nếp nhăn, và xu hướng giảm dendrite này liên quan trực tiếp đến sự giải phóng ứng suất.
& quot; Đây là thí nghiệm đầu tiên chứng minh rằng ứng suất dư đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các đuôi gai liti," Jiang Hanqing nói.
Ngoài việc nghiên cứu cơ chế phát triển của các đuôi gai lithium, nhóm của Jiang Hanqing&# 39 cũng đã nghiên cứu sâu hơn về cách sử dụng hiện tượng này (giải phóng căng thẳng để giảm sự phát triển của đuôi gai) để kéo dài tuổi thọ của pin kim loại lithium trong khi vẫn duy trì năng lượng cao hơn Tỉ trọng.
Phương pháp được các nhà nghiên cứu đề xuất là biến ma trận pdms thành một cấu trúc ba chiều với nhiều bề mặt cong." Sử dụng một khối đường có nhiều lỗ nhỏ làm khuôn mẫu, pdms đi vào các lỗ bên trong khối đường để tạo thành một cơ sở mạng liên tục, và sau đó tạo ra một lớp đồng mỏng để dẫn điện. Những lỗ rỗng này chứa đầy liti kim loại. Jianghanqing giải thích:" Là lớp xốp xốp, pdms có thể giảm áp lực và ức chế sự phát triển của đuôi gai một cách hiệu quả."
