Una solució líquida per al creixement de dendrites en bateries de liti metàl·lic

L'equip del professor associat Wan Jiandi del Departament d'Enginyeria Química de la Universitat de Califòrnia, Davis, ha publicat un nou article a la revista Scientific Progress, que proposa una solució potencial per al creixement dendrític en bateries recarregables de metall de liti. En aquest article, l'equip de Wan va demostrar que els ions que flueixen a prop del càtode poden millorar la seguretat i la vida útil de les bateries recarregables de nova generació.

Les bateries de metall de liti utilitzen metall de liti com a ànode. Aquestes bateries tenen una alta densitat de càrrega i una energia potencial que és el doble que les bateries tradicionals d'ions de liti, però la seguretat és una preocupació important. Quan es carreguen, alguns ions es redueixen a liti metàl·lic a la superfície del càtode i formen microestructures dendrítiques irregulars: dendrites, que poden provocar curtcircuits o fins i tot explosions.

La teoria és que la competència entre la velocitat de transferència de massa i la taxa de reducció dels ions de liti prop de la superfície del càtode condueix al creixement de dendrites. Quan la taxa de reducció dels ions és molt més ràpida que la transferència de massa, generarà un buit neutre anomenat capa carregada d'espai a prop del càtode, que no conté ions. Es creu que la inestabilitat d'aquesta capa condueix al creixement de dendrites, de manera que reduir-la o eliminar-la pot reduir el creixement de les dendrites, allargant així la vida útil de la bateria.

La idea de Wan és permetre que els ions recuperin la càrrega i cancel·lin aquest buit a través d'un canal microfluídic a través del càtode. En el document, l'equip va descriure la seva prova de prova de concepte i va trobar que aquest flux d'ions pot reduir el creixement de les dendrites fins a un 99%.

Per a Wan, aquest estudi és emocionant, ja que demostra l'eficàcia de les aplicacions microfluídiques en problemes relacionats amb les bateries i obre el camí per a futures investigacions en aquest camp.

"A través d'aquesta investigació bàsica i mètodes microfluídics, podem entendre quantitativament l'impacte del flux en el creixement dendrític", va dir. "Encara no hi ha molts grups que han fet investigacions sobre això".

Tot i que és poc probable que integri directament la microfluídica en una bateria real, l'equip de Wan està buscant mètodes alternatius per aplicar els principis bàsics d'aquest estudi introduint un flux local a prop de la superfície del càtode per compensar els cations i eliminar la capa de càrrega espacial.

Va dir: "Ens complau explorar noves aplicacions d'aquesta investigació". "Hem començat a dissenyar superfícies càtodes per introduir la convecció".