Создана формула стабильного и безопасного электрода для аккумуляторов

Прочитано: 367 раз(а)


Создана формула совершенно стабильного и безопасного электрода для батарей.

Исследования, проведенные в лаборатории Пэн Бая, доцента кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии в Инженерной школе МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе, недавно выявили формулу создания идеально стабильного натриевого электрода.

Теперь команда обнаружила формулу совершенно стабильного и безопасного электрода.

Исследование было опубликовано в прошлом месяце в журнале Advanced Energy Materials .

Стабильность электрода является ключом к хорошей работе аккумулятора. Нестабильность вызвана неравномерным распределением ионов металлов по мере их движения от катода к аноду. Чем равномернее движутся ионы, тем плавнее нарастание металлических отложений. Это приводит к увеличению срока службы батареи и, что важно, к уменьшению вероятности короткого замыкания батареи и создания опасной ситуации.

«Гарантирует ли абсолютная стабильность абсолютную безопасность?» — спросил Бай. Это не так, особенно во время быстрой зарядки. Бай и Бингюань Ма, научный сотрудник последипломного образования, определили почему.

Краткий ответ: критический компонент, который не учитывался в лабораторных экспериментах, важнее, чем считалось ранее. Совершенно безопасная батарея, которая может подвергаться быстрой перезарядке, требует взаимодействия с сепаратором.

Когда исследователи наблюдают за изменениями металлических анодов в режиме реального времени во время быстрой зарядки батареи, они делают это в лабораторной установке, в которой отсутствует сепаратор, который является важной частью батареи. Этот пористый разделитель отделяет анодную часть батареи от катодной. Оказывается, сепаратор играет огромную роль в том, насколько безопасна батарея, независимо от стабильности ее электрода.

«Мы обнаружили, что безопасность зависит от размера пор сепаратора», — сказал Бай. Сепараторы аккумуляторов пористые, чтобы удерживать жидкие электролиты для движения ионов металлов, но некоторые из них имеют более крупные поры, чем другие. «Чем меньше размер пор , тем меньше вероятность локализованного отбора пор растущими отложениями металла».

Это означает, что по мере продвижения электрода к сепаратору, если размеры пор малы, ионы металла могут проникнуть в меньшее количество мест. Вместо того, чтобы равномерно распределяться, большая часть тока попадает в некоторые естественно выбранные места, что может привести к короткому замыканию батареи.

Бай и Ма разработали математическую модель , называемую перенапряжением Юнга-Лапласа, которая отражает динамику физики внутри реальной батареи , которая теперь помогает лаборатории Бай разрабатывать более стабильные и безопасные металлические батареи без анодов.

«Мы уже нашли физический порог для идеальных случаев», — сказал Бай. «Но практический порог намного ниже. И это зависит от микроструктуры сепаратора, точно соответствующей разработанной нами математической модели».

Снимок натрия (Na), проникающего через слой сепаратора в металлическом натриевом аноде


Новости партнеров