رفع مشکل دندریت‌ها در باتری

دندریت‌های لیتیومی یکی از عوامل تخریب باتری‌های حالت جامد هستند. هم‌اکنون محققان علل تشکیل و اصلاح آن‌ها را شرح می‌دهند.
کشف جدید محققان MIT می‌تواند راه را برای طراحی باتری‌هایی سبک‌تر، با ایمنی و چگالی انرژی بیشتر فراهم کند. راه حل اصلی برای جلوگیری از اتصال کوتاه و رشد دندریت‌ها در سمت قطب منفی باتری (آند)، استفاده از الکترولیت‌های جامد بجای الکترولیت مایع مرسوم در باتری است. محققان مجموعه MIT و دانشگاه Brown به روشی برای شرح علت تشکیل دندریت‌های لیتیوم دست یافته‌اند و به همین دلیل راه حل‌هایی برای جلوگیری از رشد آن را پیشنهاد داده اند.
ورود و خروج لیتیوم در ساختار الکترودها، باعث تغییر حجم در آن‌ها می‌شود. در باتری‌های حالت جامد، لایه‌های الکترود و الکترولیت در تماس مستقیم با یکدیگر هستند. لذا تغییرات حجمی الکترود، منجر به افزایش تنش در الکترولیت و ترک خوردن آن می‌شود. دندریت‌های لیتیوم می‌تواند در لابلای این ترک‌ها رشد کرده و خود را به سمت الکترود مثبت برساند. تا پیش از این، محققان باور داشتند که تشکیل دندریت لیتیوم، تنها طی یک فرآیند الکتروشیمیایی تشکیل می‌شود در حالی که تحقیق اخیر نشان‌دهنده‌ی تاثیر عوامل مکانیکی بر تشکیل آن‌ها را نیز تایید می‌کند.
اعمال مقطّع و غیر پیوسته‌ی نیرو بر سلول الکتروشیمیایی، منجر به رشد زیگ‌زاگ دندریت‌های لیتیوم می‌شود. گرچه اعمال فشار مانع از تشکیل آن‌ها نمی‌شود، اما باعث کنترل جهت حرکت آن می‌شود. یعنی می‌توان با اعمال تنش باعث رشد دندریت در جهت موازی با الکترودها و جلوگیری از حرکت به سمت الکترود مخالف کرد.
اعمال فشار به دو روش اعمال می‌شود. در روش اول، نیروی خمشی بر سلول باتری وارد می‌شود اما در نوع دوم، با آلایش و ورود اتم‌های خارجی به ساختار الکترولیت جامد، فشار داخلی در ساختار افزایش می‌یابد. آلایش، با مکانیزمی مشابه که در شیشه‌های فوق سخت بکار رفته در صفحات گوشی‌های تلفن همراه است، عمل می‌کند. مقاله‌ی حال حاضر، نشان می‌دهد که فشاری معادل 150 تا 200 مگاپاسکال برای جلوگیری از حرکت دندریت‌ها به سمت الکترود مخالف کافی است.
برای جلوگیری از جدایش سطح الکترولیت و الکترود، فشار بصورت عمودی بر سطوح لایه‌های باتری وارد می‌شود. اما هم‌اکنون مشخص شده است که این فشار، به شدت تشکیل دندریت را تسریع می‌کند.

برای مشاهده متن اصلی خبر روی اینجا کلیک کنید.