תמיסה נוזלית לגידול דנדריטים בסוללות מתכת ליתיום

הצוות של פרופסור-משנה וואן ג'ינדי מהמחלקה להנדסה כימית באוניברסיטת קליפורניה, דייוויס פרסם מאמר חדש בכתב העת Scientific Progress, המציע פתרון פוטנציאלי לצמיחה דנדרטית בסוללות מתכת ליתיום נטענות. במאמר זה, הצוות של וואן הדגים שיונים הזורמים ליד הקתודה עשויים לשפר את הבטיחות ואת תוחלת החיים של הסוללות הנטענות מהדור הבא.

סוללות מתכת ליתיום משתמשות במתכת ליתיום בתור האנודה. לסוללות אלו יש צפיפות טעינה גבוהה ואנרגיה פוטנציאלית פי שניים מזו של סוללות ליתיום-יון מסורתיות, אך הבטיחות היא דאגה גדולה. כאשר הם נטענים, חלק מהיונים מופחתים לליתיום מתכתי על פני הקתודה ויוצרים מבנים דנדריטים לא סדירים - דנדריטים, שעלולים להוביל בסופו של דבר לקצרים או אפילו לפיצוצים.

התיאוריה היא שהתחרות בין קצב העברת המסה וקצב ההפחתה של יוני ליתיום ליד פני הקתודה מובילה לצמיחה של דנדריטים. כאשר קצב ההפחתה של יונים מהיר בהרבה מהעברת מסה, הוא יפיק פער ניטרלי הנקרא שכבת הטעינה בחלל ליד הקתודה, שאינה מכילה יונים. מאמינים שחוסר היציבות של שכבה זו מוביל לצמיחת דנדריטים, ולכן צמצום או ביטולה עשוי להפחית את צמיחת הדנדריטים, ובכך להאריך את אורך חיי הסוללה.

הרעיון של וואן הוא לאפשר ליונים לשחזר מטען ולבטל את הפער הזה דרך ערוץ מיקרו-נוזל דרך הקתודה. במאמר, הצוות תיאר את בדיקת ההוכחה לרעיון ומצא שזרימת יונים זו יכולה להפחית את צמיחת הדנדריטים בעד 99%.

עבור Wan, מחקר זה מרגש שכן הוא מדגים את היעילות של יישומי מיקרו-נוזלים בסוגיות הקשורות לסוללה וסולל את הדרך למחקר עתידי בתחום זה.

"באמצעות מחקר בסיסי זה ושיטות מיקרו-נוזליות, אנו יכולים להבין כמותית את השפעת הזרימה על הצמיחה הדנדרטית", אמר. "עדיין לא הרבה קבוצות ערכו מחקר על זה".

למרות שלא סביר לשלב ישירות מיקרו-נוזלים לתוך סוללה אמיתית, הצוות של וואן מחפש שיטות חלופיות ליישם את העקרונות הבסיסיים של מחקר זה על ידי החדרת זרימה מקומית ליד משטח הקתודה כדי לפצות על קטיונים ולחסל את שכבת מטען החלל.

הוא אמר, "אנו שמחים לחקור יישומים חדשים של מחקר זה." "התחלנו לתכנן משטחי קתודה להכנסת הסעה".