กุมภาพันธ์ 17, 2020
เทคนิคยอดนิยม

วิธีใหม่ในการศึกษาลิเธียมเดนไดรต์อาจทำให้แบตเตอรี่ดีขึ้นและปลอดภัยขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักจะเติบโตโครงสร้างคล้ายเข็มระหว่างขั้วไฟฟ้าที่สามารถทำให้แบตเตอรี่สั้นลงและบางครั้งก็ทำให้เกิดไฟไหม้ ขณะนี้ทีมนักวิจัยระดับนานาชาติได้ค้นพบวิธีที่จะเติบโตและสังเกตโครงสร้างเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจวิธีที่จะหยุดหรือป้องกันไม่ให้ปรากฏ

“ มันเป็นเรื่องยากที่จะตรวจจับนิวเคลียสของมัสสุนั้นและสังเกตการเติบโตของมันเพราะมันมีขนาดเล็ก” ซู่หวางจางศาสตราจารย์วิศวกรรมเครื่องกลแห่งรัฐเพนน์กล่าว “ ปฏิกิริยาที่สูงมากของลิเธียมทำให้ยากต่อการตรวจสอบการมีอยู่ของมันและทำการวัดคุณสมบัติของมัน”

เคราลิเธียมและ dendrites เป็นโครงสร้างคล้ายเข็มเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตรในความหนาที่สามารถเติบโตจากอิเล็กโทรดลิเธียมผ่านอิเล็กโทรไลต์ของเหลวหรือของแข็งไปยังขั้วบวกบวกขั้วบวกแบตเตอรี่และบางครั้งทำให้เกิดไฟไหม้

ทีมความร่วมมือจากประเทศจีน, จอร์เจียเทคและรัฐเพนน์ประสบความสำเร็จในการสร้างหนวดลิเธียมภายในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านสิ่งแวดล้อม (ETEM) โดยใช้บรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ ปฏิกิริยาของคาร์บอนไดออกไซด์กับลิเธียมจะสร้างชั้นออกไซด์ที่ช่วยให้หนวดมีความเสถียร

พวกเขารายงานผลการออนไลน์ในสัปดาห์นี้ในนาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ กระดาษคือ “เปิดเผยการเติบโตและการสร้างความเครียดของลิเธียมมัสสุโดยในแหล่งกำเนิด ETEM-AFM”

ทีมวิจัยได้ใช้กล้องจุลทรรศน์ปลายอะตอม (AFM) เป็นหัวอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์และเทคนิค ETEM-AFM แบบบูรณาการช่วยให้สามารถถ่ายภาพการเจริญเติบโตของเคราและการวัดความเครียดที่เพิ่มขึ้นพร้อมกัน ถ้าความเครียดการเติบโตสูงเกินไปมันจะทะลุผ่านและทำให้อิเล็กโตรไลต์ที่เป็นของแข็งแตกหักและอนุญาตให้หนวดขยายตัวต่อไปและในที่สุดก็ทำให้เซลล์ลัดวงจร

“ตอนนี้เรารู้ถึงขีด จำกัด ของความเครียดการเจริญเติบโตแล้วเราสามารถสร้างอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งตามนั้นเพื่อป้องกันมัน” จางกล่าว แบตเตอรี่แบบ solid-state ทั้งหมดที่ใช้โลหะลิเธียมเป็นที่ต้องการเนื่องจากมีความปลอดภัยมากขึ้นและมีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น

เทคนิคใหม่นี้จะได้รับการต้อนรับจากชุมชนช่างเครื่องและเคมีไฟฟ้าและมีประโยชน์ในการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมายจางกล่าว

ถัดไปสำหรับทีมคือดู dendrite ในรูปแบบเทียบกับอิเล็กโทรไลต์สถานะของแข็งภายใต้ TEM เพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้น