كسر مشكلة التغصنات لبطارية الليثيوم القابلة لإعادة الشحن يفتح الباب أمام تصميم بطارية الحالة الصلبة الجديدة
شرح باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تشكيل التشعبات في بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن وكيفية منعها من المرور عبر الإلكتروليت. قد يفتح هذا الاكتشاف الباب في النهاية أمام تصميم بطارية ليثيوم جديدة قابلة لإعادة الشحن ، وهي أخف وزنًا وأكثر إحكاما وأكثر أمانًا من الإصدار الحالي.
حتى الآن ، الاستخدام التجاري لبطاريات الليثيوم المعدنية القابلة لإعادة الشحن محدود ، وإحدى هذه البطاريات هي dendrite. يمكن أن تتراكم التشعبات على سطح الليثيوم ، وتخترق الإلكتروليت الصلب ، ثم تعبر أخيرًا من قطب كهربائي إلى آخر ، مما يجعل البطارية قصيرة الدائرة.
وجدت الأبحاث المبكرة التي أجراها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن مواد الإلكتروليت الصلبة لأيون الليثيوم تنتقل ذهابًا وإيابًا أثناء شحن البطارية وتفريغها ، مما سيؤدي إلى تغيير حجم القطب. سيؤدي هذا حتماً إلى إجهاد في المنحل بالكهرباء الصلب ، والذي يجب أن يحافظ على الاتصال الكامل مع القطبين الموجودين في المنتصف."من أجل إيداع هذا المعدن ، من الضروري توسيع الحجم ، لأن الكتلة الجديدة تتزايد. لذلك ، زاد حجم جانب بطارية الليثيوم. إذا كانت هناك عيوب صغيرة ، فإنها ستسبب ضغطًا على هذه العيوب ، مما يؤدي إلى حدوث تصدع."
وجد فريق البحث الآن أن هذه الضغوط يمكن أن تؤدي إلى تشققات تشكل التشعبات. لقد أثبتت الحقائق أن حل المشكلة هو ممارسة الضغط في الاتجاه الصحيح وبالقوة المناسبة.
في السابق ، اعتقد بعض الباحثين أن التشعبات تكونت من خلال عمليات كهروكيميائية نقية بدلاً من العمليات الميكانيكية ، لكن تجارب الفريق أظهرت أن المشكلة ناتجة عن الإجهاد الميكانيكي.
عادة ما تحدث عملية تكوين التشعبات الخلوية في عمق المواد المعتمة ، والتي لا يمكن ملاحظتها مباشرة. لذلك ، طور الباحثون طريقة لصنع خلايا رقيقة باستخدام إلكتروليت شفاف ، والذي يمكنه رؤية العملية بأكملها وتسجيلها مباشرة.
أثبت الفريق أنه يمكنهم التحكم بشكل مباشر في نمو التشعبات من خلال تطبيق الضغط وإطلاقه ، بحيث يكون اتجاه التشعبات والقوة ثابتًا تمامًا. لا يمكن للضغط الميكانيكي على المنحل بالكهرباء الصلبة القضاء على تكوين التشعبات ، ولكنه يمكن أن يتحكم في اتجاه نموها. هذا يعني أنه يمكن توجيهها بالتوازي مع القطبين ومنعها من المرور عبر الجانب الآخر ، وبالتالي تصبح غير ضارة.
طريقة أخرى هي"منشط"وتضمين الذرات في المادة لجعلها مشوهة وفي حالة إجهاد دائمة. تظهر التجارب أن الضغط من 150 إلى 200 ميجا باسكال يكفي لمنع التشعبات من المرور عبر المنحل بالكهرباء.
في السابق ، كان يعتقد أن الهياكل متعددة الطبقات مثل السندويتش يمكن أن تمنع تكوين الهياكل التغصنية. ومع ذلك ، فقد أثبتت التجارب الجديدة أن قذف المواد بشكل عمودي على اتجاه لوحة البطارية سيؤدي في الواقع إلى تفاقم تكوين الهيكل التغصني. بدلاً من ذلك ، يجب أن يكون هناك ضغط على طول الطائرة ، كما لو كانت تنضغط من جانب الشطيرة.
