จะยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมและปรับปรุงความปลอดภัยได้อย่างไร?
ด้วยการเติบโตอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์อัจฉริยะดิจิทัลและตลาดรถยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลถือได้ว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่มีความหนาแน่นสูง ผู้ผลิตโคมไฟถนน LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงเย็นแบบโซลิดสเตท ซึ่งมีลักษณะของการปกป้องสิ่งแวดล้อม ไม่มีมลพิษ ใช้พลังงานต่ำ ประสิทธิภาพแสงสูง และอายุยืน ดังนั้นโคมไฟถนน LED จะเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการเปลี่ยนแปลงการประหยัดพลังงานของไฟถนน ไฟถนน LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงโซลิดสเตตที่มีประสิทธิภาพสูงที่เกิดจากทางแยก PN ของเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถเปล่งแสงด้วยพลังงานไฟฟ้าที่อ่อนแอ ภายใต้แรงดันไบอัสไปข้างหน้าและกระแสฉีด รูที่ฉีดเข้าไปในโซน P และอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไปในโซน N จะอยู่ หลังจากที่กระจายไปยังพื้นที่แอคทีฟ โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาผ่านการรวมตัวกันของรังสี ซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงโดยตรง . อย่างไรก็ตาม อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลคือการเกิดขึ้นของลิเธียมเดนไดรต์ที่ควบคุมไม่ได้ ส่งผลให้ความสามารถในการชาร์จไม่ดีและอันตรายต่อความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น ไฟถนน LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงโซลิดสเตตที่มีประสิทธิภาพสูงที่เกิดจากทางแยก PN ของเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถเปล่งแสงด้วยพลังงานไฟฟ้าที่อ่อนแอ ภายใต้แรงดันไบอัสไปข้างหน้าและกระแสฉีด รูที่ฉีดเข้าไปในโซน P และอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไปในโซน N จะอยู่ หลังจากที่กระจายไปยังพื้นที่แอคทีฟ โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาผ่านการรวมตัวกันของรังสี ซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงโดยตรง .
ลิเธียมเดนไดรต์เป็นเข็มที่งอกขึ้นบนพื้นผิวของโลหะลิเธียมเมื่อใช้ลิเธียมเป็นขั้วลบหรือขั้วบวกของแบตเตอรี่ มันสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่เป็นอันตราย ลดความหนาแน่นของพลังงาน และแม้กระทั่งทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ทำให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิด
การศึกษาใหม่จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาพบว่าการใช้ชั้น polydimethylsiloxane (PDMS) สามมิติเป็นวัสดุเมทริกซ์สำหรับขั้วบวกโลหะลิเธียมในแบตเตอรี่สามารถยับยั้งการก่อตัวของลิเธียมเดนไดรต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยืดอายุแบตเตอรี่และลดอันตรายด้านความปลอดภัย งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร NatureEnergy ฉบับใหม่ เมื่อวันที่ 6 มีนาคม
ศาสตราจารย์ Jiang Hanqing หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่าการค้นพบนี้มีนัยสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมอากาศ และแบตเตอรี่ขั้วบวกโลหะอื่นๆ เนื่องจากโลหะเกือบทั้งหมดที่ใช้เป็นแอโนดของแบตเตอรี่จะผลิตเดนไดรต์ เช่น แบตเตอรี่สังกะสี โซเดียม และอะลูมิเนียม
Jianghanqing กล่าวว่าเขาและทีมของเขาไม่ได้พยายามแก้ปัญหาจากมุมมองของวัสดุหรือไฟฟ้าเคมี แต่จากมุมมองของวิศวกรเครื่องกล เขากล่าวว่า"การวิจัยที่เป็นที่รู้จักแสดงให้เห็นว่าเข็มดีบุกขนาดเล็กหรือหนวดเคราดีบุก (คล้ายกับเดนไดรต์) ยื่นออกมาจากพื้นผิวของโลหะดีบุกภายใต้ความเครียด ดังนั้นเราจึงได้ศึกษาสาเหตุของการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์โดยการเปรียบเทียบ -ความเครียด."ความเป็นไปได้"
ในการวิจัยรอบแรก นักวิจัยได้เพิ่มชั้นของ PDMS ที่ยืดหยุ่นได้ที่ด้านล่างของขั้วบวกของแบตเตอรี่ และพบว่าการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ลดลงอย่างมาก การวิเคราะห์โดยนักวิจัย' แสดงให้เห็นว่าความเครียดสะสมในอิเล็กโทรดลิเธียมโลหะถูกปลดปล่อยโดยเมทริกซ์ PDMS ในรูปแบบของการเสียรูปของรอยย่น และแนวโน้มของการลดเดนไดรต์นี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการปลดปล่อยความเครียด
& quot;นี่เป็นการทดลองครั้งแรกเพื่อพิสูจน์ว่าความเค้นตกค้างมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของลิเธียมเดนไดรต์" เจียงฮั่นชิงกล่าว
นอกจากการศึกษากลไกการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์แล้ว ทีมงานของ Jiang Hanqing' ยังศึกษาเพิ่มเติมถึงวิธีการใช้ปรากฏการณ์นี้ (การปลดปล่อยความเครียดเพื่อลดการเติบโตของเดนไดรต์) เพื่อยืดอายุแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลในขณะที่รักษาพลังงานให้สูงขึ้น ความหนาแน่น.
วิธีการที่เสนอโดยนักวิจัยคือการทำให้เมทริกซ์ pdms เป็นโครงสร้างสามมิติที่มีพื้นผิวโค้งหลายแบบ"การใช้ก้อนน้ำตาลที่มีรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมากเป็นแม่แบบ pdms จะเข้าไปในรูพรุนภายในก้อนน้ำตาลเพื่อสร้างฐานเครือข่ายต่อเนื่อง จากนั้นจึงชุบทองแดงบางๆ เพื่อนำอิเล็กตรอน รูขุมขนเหล่านี้เต็มไปด้วยลิเธียมโลหะ Jianghanqing อธิบายว่า:"ในฐานะที่เป็นชั้นฟองน้ำที่มีรูพรุน pdms สามารถลดแรงกดทับและยับยั้งการเจริญเติบโตของเดนไดรต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ"
