Hoe verleng je de levensduur van lithiumbatterijen en verbeter je de veiligheid ervan?
Met de voortdurende groei van de markt voor digitale slimme apparaten en elektrische voertuigen, kunnen lithiummetaalbatterijen worden beschouwd als een van de veelbelovende energieopslagtechnologieën met hoge dichtheid. LED-straatlantaarnfabrikanten zijn een solid-state koude lichtbron, die de kenmerken van milieubescherming, geen vervuiling, laag stroomverbruik, hoge lichtefficiëntie en lange levensduur heeft. Daarom zullen LED-straatlantaarns een goede keuze worden voor energiebesparende transformatie van wegverlichting. LED-straatlantaarn is een soort hoogrenderende solid-state lichtbron gevormd door halfgeleider PN-verbinding die licht kan uitzenden met zwakke elektrische energie. Onder een bepaalde voorwaartse biasspanning en injectiestroom bevinden de gaten die in de P-zone worden geïnjecteerd en de elektronen die in de N-zone worden geïnjecteerd zich binnen Nadat ze naar het actieve gebied zijn verspreid, worden fotonen uitgezonden door stralingsrecombinatie, die elektrische energie rechtstreeks omzet in lichtenergie. Een van de belangrijkste obstakels voor lithiummetaalbatterijtechnologie is echter de opkomst van oncontroleerbare lithiumdendrieten, wat resulteert in slechte laadmogelijkheden en potentiële veiligheidsrisico's. LED-straatlantaarn is een soort hoogrenderende solid-state lichtbron gevormd door halfgeleider PN-verbinding die licht kan uitzenden met zwakke elektrische energie. Onder een bepaalde voorwaartse biasspanning en injectiestroom bevinden de gaten die in de P-zone worden geïnjecteerd en de elektronen die in de N-zone worden geïnjecteerd zich binnen Nadat ze naar het actieve gebied zijn verspreid, worden fotonen uitgezonden door stralingsrecombinatie, die elektrische energie rechtstreeks omzet in lichtenergie.
Lithiumdendrieten zijn naalden die groeien op het oppervlak van lithiummetaal wanneer lithium wordt gebruikt als negatief of anode van een batterij. Het kan schadelijke nevenreacties veroorzaken, de energiedichtheid verminderen en zelfs kortsluiting van elektroden veroorzaken, waardoor brand of explosie ontstaat.
Een nieuwe studie van de Arizona State University ontdekte dat het gebruik van een driedimensionale polydimethylsiloxaan (PDMS) laag als matrixmateriaal voor de lithiummetaalanode in de batterij de vorming van lithiumdendrieten effectief kan remmen. Verleng de levensduur van de batterij en verminder veiligheidsrisico's. Het onderzoek is op 6 maart gepubliceerd in het nieuwe toptijdschrift NatureEnergy.
De hoofdonderzoeker van het artikel, professor Jiang Hanqing, zei dat deze ontdekking belangrijke implicaties heeft voor lithium-ionbatterijen, lithium-luchtbatterijen en andere metalen anodebatterijen. Omdat bijna alle metalen die als batterijanode worden gebruikt, dendrieten produceren, zoals zink-, natrium- en aluminiumbatterijen.
Jianghanqing zei dat hij en zijn team het probleem niet proberen op te lossen vanuit het perspectief van materialen of elektrochemie, maar vanuit het perspectief van werktuigbouwkundigen. Hij zei: "Bekend onderzoek toont aan dat kleine tinnaalden of tin snorharen (vergelijkbaar met dendrieten) onder stress uit het oppervlak van tinmetaal steken. Daarom hebben we de redenen voor de groei van lithiumdendrieten naar analogie bestudeerd. -Stress. "Mogelijkheid"
In de eerste onderzoeksronde voegden de onderzoekers een laag flexibel PDMS toe aan de onderkant van de batterijanode en ontdekten dat de groei van lithiumdendrieten aanzienlijk was verminderd. De analyse van de onderzoeker toont aan dat de geaccumuleerde spanning in de metalen lithiumelektrode wordt vrijgegeven door de PDMS-matrix in de vorm van rimpelvervorming, en deze trend van dendrietreductie is direct gerelateerd aan de stressafgifte.
"Dit is het eerste experiment dat bewijst dat restspanning een sleutelrol speelt bij de vorming van lithiumdendrieten", aldus Jiang Hanqing.
Naast het bestuderen van het groeimechanisme van lithiumdendrieten, bestudeerde het team van Jiang Hanqing ook verder hoe dit fenomeen te gebruiken (stress release om de dendrietgroei te verminderen) om de levensduur van lithiummetaalbatterijen te verlengen met behoud van een hogere energiedichtheid.
De door de onderzoekers voorgestelde methode is om van de pdms matrix een driedimensionale structuur te maken met meerdere gebogen oppervlakken. "Met behulp van een suikerklontje met een groot aantal kleine poriën als sjabloon, komen pdms de poriën in het suikerklontje binnen om een continue netwerkbasis te vormen en vervolgens een dunne laag koper te borderen om elektronen te geleiden. Deze poriën zijn gevuld met metaal lithium. Jianghanqing legde uit: "Als poreuze sponslaag kunnen pdms de druk effectief verminderen en de groei van dendrieten remmen. "
