Гальванический элемент состоит из положительного и отрицательного электрода, названного катодом и анодом. Поскольку батарея производит электрический ток, электроны вытекают из анода через схему вне батареи и назад в катод. Потеряв электроны, которые производят ток, некоторые атомы в аноде – электрически проводящий металл как литий – становится ионами, которые тогда едут в катод, перемещающийся через проводящую жидкую среду, названную электролитом.
Перезарядка батареи полностью изменяет процесс, и ионы перемещаются назад и палка на анод. Но когда они делают, ионы не свойственны равномерно. Вместо этого они формируют микроскопические удары, которые в конечном счете превращаются в длинные отделения после многократных циклов перезарядки. Когда эти дендриты достигают и связываются с катодом, они формируют короткое замыкание.
Электрический ток теперь течет через дендриты вместо внешней схемы, отдавая батарею, бесполезную и неисправную.Ток также подогревает дендриты, и потому что электролит имеет тенденцию быть огнеопасным, дендриты могут загореться. Даже если дендриты не срывают батарею, они могут прерваться от анода полностью и плавать вокруг в электролите. Таким образом анод теряет материал, и батарея не может аккумулировать столько же энергии.
«Дендриты опасны и уменьшают мощность аккумуляторов», сказал Асгар Арьянфэр, ученый из Калифорнийского технологического института, который привел новое исследование, которое это опубликовало на этой неделе о покрытии Журнала Химической Физики от AIP Publishing. Хотя исследователи посмотрели на литиевые батареи, которые являются среди самого эффективного вида, их результаты могут быть применены широко. «Древовидная проблема общая ко всем аккумуляторам», сказал он.Исследователи вырастили литиевые дендриты на испытательной батарее и нагрели их более чем пара дней.
Они нашли, что температуры до 55 градусов Цельсия сократили дендриты на целых 36 процентов. Чтобы выяснить, что точно вызвало это сжатие, исследователи использовали компьютер, чтобы моделировать воздействие тепла на отдельные литиевые атомы, которые включают дендрит, который был смоделирован с простой, идеализированной геометрией пирамиды.
Моделирования показали, что увеличенные температуры вызвали атомы, чтобы переместиться двумя способами. Атом в наконечнике пирамиды может понизиться к более низким уровням. Или, атом на более низком уровне может переместить и оставить позади свободное место, которое тогда заполнено другим атомом. Атомы перетасовывают вокруг, производя достаточно движения свалить дендрит.
Определяя количество, сколько энергии необходимо, чтобы изменить структуру дендрита, Арьянфэр сказал, исследователи могут лучше понять его структурные особенности. И в то время как много факторов затрагивают долговечность батареи при высоких температурах – таких как ее тенденция освободиться от обязательств самостоятельно или возникновение других химических реакций на стороне – эта новая работа показывает, что, чтобы оживить батарею, все, в чем Вы, возможно, нуждались бы, является некоторым дополнительным теплом.