Chìa khóa để loại bỏ sự tích tụ dendrite trong cực dương pin lithium-ion - khai thác hiệu ứng tự sưởi ấm bên trong pin
Pin lithium-ion có thể sạc lại là pin chính được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng và ngày càng trở thành loại pin được lựa chọn cho xe điện và các ứng dụng lưu trữ năng lượng lưới. Điện cực dương (cathode) là oxit kim loại lithium, và điện cực âm (cực dương) là than chì. Nhưng các nhà khoa học đã không từ bỏ pin kim loại lithium với mật độ năng lượng cao hơn và đang cố gắng không mệt mỏi để tìm ra lối thoát cho pin kim loại lithium mạnh hơn.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Bách khoa Rensselaer hiện đã tìm ra cách sử dụng năng lượng nhiệt bên trong pin để khuếch tán dendrite thành một lớp mịn, hoặc như trưởng nhóm nghiên cứu Nikhil Koratkar, giáo sư tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, cho biết, dendrites có thể "Sửa chữa tại chỗ" thông qua hiệu ứng tự sưởi ấm của pin, bài báo đã được công bố trên tạp chí "Khoa học".
Pin về cơ bản bao gồm một cực âm, cực dương, chất điện phân và bộ tách. Dải phân cách được đặt giữa hai điện cực để ngăn pin bị ngắn mạch do tiếp xúc với nhau. Ngoài ra, lỗ chân lông của bộ tách chứa đầy chất điện phân là các ion (nguyên tử tích điện) con thoi giữa các điện cực. kênh, chất điện phân càng được hấp thụ bởi bộ tách, độ dẫn ion càng cao.
Khi pin được xả, các ion lithium tích điện dương trên cực dương được chuyển đến cực âm để tạo ra điện; khi pin được sạc, các ion lithium chảy từ cực âm trở lại cực dương và pin có kim loại lithium làm cực dương dễ bị kim loại lithium làm cực dương làm cực dương trong quá trình sạc và xả lặp đi lặp lại. Lắng đọng không đồng đều để tạo thành dendrites, những sự tích tụ khó khăn này cuối cùng có thể xâm nhập vào dải phân cách và đến cực âm, làm ngắn tế bào và gây ra nguy cơ cháy nổ.
Sử dụng graphite làm cực dương, tránh vấn đề lithium dendrite, là lựa chọn pin tốt nhất ngay bây giờ, nhưng ngay sau đó, chúng có thể không còn có thể theo kịp nhu cầu dung lượng lưu trữ.
Để làm cho pin kim loại lithium phát triển mạnh, giải pháp được đề xuất của các nhà nghiên cứu là sử dụng hệ thống sưởi điện trở bên trong của pin để loại bỏ sự tích tụ dendrite. Sưởi điện trở (còn được gọi là sưởi ấm Joule) là một quá trình trong đó một vật liệu kim loại chống lại dòng điện và do đó tạo ra nhiệt. Hiệu ứng "tự sưởi ấm" này có thể xảy ra thông qua quá trình sạc và xả.
Do đó, các nhà nghiên cứu đã tăng cường hiệu ứng tự sưởi ấm bằng cách tăng mật độ hiện tại (tốc độ xả sạc) của pin và thấy rằng quá trình này có thể cho phép các dendrite khuếch tán đều và trơn tru để đạt được hiệu quả "chữa bệnh". Kết quả tương tự cũng thu được trong thí nghiệm pin lithium-sulfur. Do đó, khi pin không được sử dụng, hiệu quả "tự phục hồi" của pin có thể đạt được bằng cách sạc và xả với tốc độ cao trong nhiều chu kỳ.
Nghiên cứu nghe có vẻ đầy hứa hẹn. Sạc siêu nạp có thể trẻ hóa pin, ngăn ngừa ngắn mạch do dendrites gây ra và đảm bảo rằng pin an toàn hơn và có mật độ năng lượng cao, nhưng điều này có ngăn pin nhanh chóng bị phân rã không? Có lẽ nghiên cứu sâu hơn được yêu cầu bởi nhóm.
