充電式リチウムイオン電池のデンドライド成長に対する潜在的な解決策を解明

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カリフォルニア州デービス大学の副教授の研究チームは、「サイエンス・プログレス」誌に新たな論文を発表し、リチウム二次電池のデンドライトの問題を解決する可能性のある解決策を提案した。 WAN チームは、カソード付近を流れるイオンが次世代の充電式バッテリーの安全性と耐用年数を延長できることを証明しました。 リチウム金属電池はリチウム金属を陽極として使用します。

これらのバッテリーは充電密度が高く、2 倍にすることも可能ですが、セキュリティが大きな問題となります。 充電すると、一部のイオンがカソード表面でリチウム金属に還元され、樹枝状結晶と呼ばれる不規則な樹状の微細構造を形成し、最終的には短絡や爆発につながる可能性があります。 理論的には、樹枝状結晶の成長は、カソード表面付近での質の高い供給とリチウムイオンの競合によって引き起こされます。

イオンの還元速度が物質移動速度よりも速い場合、陰極付近にイオンを含まない電子中性ギャップ（空間電荷層）が生成されます。 この層の不安定性が樹状突起の成長を引き起こす可能性があると考えられているため、この層を減らすか除去すると樹状突起の成長が抑えられ、バッテリーの寿命が延びます。 リチウム金属電池は金属デンドライトを容易に生成し、電池の短絡や爆発を引き起こす可能性があります。

カリフォルニア大学デービス校のエンジニアたちは、陰極付近のイオン欠陥がこの問題を防ぐことができることを示しています。 この図では、電極の流量を増やすことで表面の樹枝状結晶の成長を抑えることができます。 WAN の脱酸素を 99% 削減するというアイデアは、マイクロ流体チャネル内のカソードにイオンを流して電荷を回復し、このギャップを埋めることです。

研究チームは論文の中で概念検証テストの概要を説明しており、このイオン流によって樹状突起の成長を99%削減できることを発見した。 WAN にとって、この研究は、バッテリー関連の問題にマイクロ流体技術を使用することの有効性を示し、この分野における将来の研究への道を開いたため、非常に興味深いものです。 同氏は次のように語った。「この基礎研究とマイクロ流体法を通じて、流れが樹状突起に与える影響を定量化することができます。」

「これを研究する研究チームは多くありません。 ". 「マイクロ流体を実際のバッテリーに統合することは不可能ですが、WANチームはこの研究の基本原理を適用し、陽イオンを補正して空間電荷層を排除するためにカソードの表面近くに局所的な流れを導入する他の方法を模索しています。

彼はこう語った。「私たちは新しいアプリケーションを検討できることをとても嬉しく思っています。 「私たちは対流を導入するためにカソード表面の設計に取り組んできました。 ".