Исследователи научились управлять ростом дендритов в твердотельных электролитах, предотвращая замыкания.
Related video
Американские ученые совершили открытие, которое позволит сделать более компактные и надежные литиевые аккумуляторы. Исседование опубликовано в журнале Joule, передает SciTechDaily.
Многие физики считают, что батареи можно значительно улучшить, заменив жидкий электролит твердотельным и установив один электрод из металлического лития. Согласно расчетам, такая технология уменьшит вес и габариты по сравнению с существующими моделями, а также предотвратят опасность случайного возгорания. Однако на поверхности лития образовываются отростки под названием дендриты, которые пробивают электролит и вызывают короткое замыкания, соединяя оба электрода.
Сотрудники Массачусетского технологического института и Университета Брауна нашли потенциальное решение проблемы, которая мешает создать долговечные твердотельные аккумуляторы. Во время экспериментов они обнаружили еще один фактор образование дендритов. Эксперименты показали, что при зарядке и разрядке батареи перемещение ионов лития увеличивает объем электродов, создавая механическое давление на электролит. При наличии малейших дефектов на его gоверхности образуются трещины, открывающие дорогу литиевым отросткам.
Процесс формирования дендритов обычно происходит глубоко внутри и не виден снаружи, однако аспирант Коул Финчер создал аккумулятор с прозрачным электролитом, позволяющим наблюдать весь процесс. Ученые научились самостоятельно управлять ростом дендритов с помощью давления, заставляя их двигаться зигзагами в нужном направлении. Таким образом отростки можно выстроить параллельно электродам, не давая касаться их.
Во время экспериментов физики меняли давление, изгибая материал в виде балки с грузом на конце. Они уверяют, что могут придумать множество способов взаимодействия с электролитом, вызывая необходимые деформации.
Еще одно решение заключается в том, чтобы «легировать» материал атомами, которые проникают в него, искажают форму и держат в постоянно напряженном состоянии. Это тот же метод, который используется для производства сверхтвердого стекла для экранов смартфонов и планшетов. Достаточно небольшого давления, чтобы дендриты не могли пробить электролит насквозь, поэтому его несложно воспроизвести на практике.
Сформулировав основные принципы явления, команда попытается использовать их для создания рабочего прототипа батареи. Ученые намерены определить, какие производственные процессы потребуются для производства таких батарей в больших количествах.
Недавно ученые научились делать из бумаги батареи в два раза лучше, чем у современных смартфонов. Команда из Сингапура предложила метод обработки бытовых отходов, позволяющий создавать чистый углерод, используемый для производства электродов.
