リチウム電池の寿命を延ばし、その安全性を向上させる方法は?
デジタルスマートデバイスや電気自動車市場の継続的な成長に伴い、リチウム金属電池は有望な高密度エネルギー貯蔵技術の一つと言えます。LED街灯メーカーは、環境保護、汚染なし、低消費電力、高い光効率、長寿命の特性を持つ固体冷たい光源です。したがって、LED街灯は、道路照明の省エネ変換のための良い選択になります。LED街灯は、半導体PN接合部で形成された高効率な固体光源で、弱い電気エネルギーで発光することができます。あるフォワードバイアス電圧と注入電流の下で、Pゾーンに注入された正孔とNゾーンに注入された電子は、活性領域に拡散した後、光子が放射再結合を通して放出され、電気エネルギーを直接光エネルギーに変換します。しかし、リチウム金属電池技術の主な障害の1つは、制御不能なリチウムデンドライトの出現であり、充電能力が低下し、潜在的な安全上の危険をもたらす。LED街灯は、半導体PN接合部で形成された高効率な固体光源で、弱い電気エネルギーで発光することができます。あるフォワードバイアス電圧と注入電流の下で、Pゾーンに注入された正孔とNゾーンに注入された電子は、活性領域に拡散した後、光子が放射再結合を通して放出され、電気エネルギーを直接光エネルギーに変換します。
リチウムデンドライトは、リチウムを電池の負または負のノードとして使用する場合、リチウム金属の表面に成長する針です。有害な副反応を引き起こし、エネルギー密度を低下させ、電極の短絡を引き起こし、火災や爆発を引き起こす可能性があります。
アリゾナ州立大学の新しい研究では、電池中のリチウム金属陽極のマトリックス材料として3次元ポリジメチルシロキサン(PDMS)層を使用すると、リチウムデンドライトの形成を効果的に阻害できることを発見しました。バッテリ寿命を延ばし、安全上の危険を低減します。研究は3月6日に新しいトップジャーナルネイチャーエナジーに掲載されました。
論文の主任研究者である江漢清教授は、この発見はリチウムイオン電池、リチウム空気電池、その他の金属陽極電池にとって重要な意味を持つと述べた。電池陽極として使用されるほぼすべての金属は、亜鉛、ナトリウム、アルミニウム電池などの樹状突起を生成するからです。
江漢清氏は、彼と彼のチームは材料や電気化学の観点から問題を解決しようとしているのではなく、機械エンジニアの観点から問題を解決しようとしていると述べた。彼は言いました:「既知の研究は、小さなスズ針やスズウィスカー(デンドライトに似ています)がストレス下でスズメタルの表面から突き出ることを示しています。そこで、我々は、アナロジーによるリチウムデンドライトの成長の理由を研究してきた。-ストレス。「可能性」
研究の最初のラウンドでは、研究者は、電池陽極の底に柔軟なPDMSの層を追加し、デンドライトリチウムの成長が大幅に減少したことを発見しました。研究者の分析は、金属リチウム電極の蓄積された応力が、PDMSマトリックスによってシワ変形の形で放出され、デンドライト還元のこの傾向が応力放出に直接関連していることを示している。
「これは、残留応力がリチウムデンドライトの形成に重要な役割を果たしていることを証明する最初の実験です」と、江漢清は言いました。
江漢寧のチームは、デンドライトリチウムの成長メカニズムを研究するほか、この現象(デンドライトの成長を減らすためのストレス放出)を使用して、より高いエネルギー密度を維持しながらリチウム金属電池の寿命を延ばす方法をさらに研究しました。
研究者が提案した方法は、pdms行列を複数の曲面を持つ3次元構造にすることです。「小さな孔が多い糖キューブをテンプレートとして使用して、pdmsは糖キューブの中の細孔に入り、連続的なネットワークベースを形成し、銅の薄い層をプレートして電子を伝導させます。これらの細孔は金属リチウムで満たされています。江漢慶氏は、「多孔質スポンジ層として、pdmsは効果的に圧力を下げ、樹状突起の成長を阻害することができる」と説明した。
