Home » Știință » De ce cresc stalactite și stalagmite în baterii și cum le afectează asta performanța?

De ce cresc stalactite și stalagmite în baterii și cum le afectează asta performanța?

Publicat: 19.03.2023

Bateriile cu stare solidă sunt considerate „Sfântul Graal” al cercetării bateriilor. Acestea sunt mai sigure și pot fi miniaturizate, însă apariția de stalactite și stalagmite în baterii le afectează performanța.

Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Polimerilor (Germania) și-au îndreptat atenția asupra ciclului de viață al unor astfel de baterii și asupra proceselor care îl reduc. Datorită descoperirilor făcute de oamenii de știință, în viitor ar putea fi realizate baterii cu stare solidă mai durabile.

Fie că sunt într-o mașină electrică sau un telefon mobil, bateriile reîncărcabile se găsesc în multe dispozitive utilizate zilnic. Însă acest lucru are și dezavantaje. De exemplu, anumite telefoane mobile au fost interzise în avioane, iar unele mașini electrice au luat foc. Bateriile comerciale litiu-ion moderne sunt sensibile la stresul mecanic.

De ce se formează stalactite și stalagmite în baterii?

Așa-numitele „baterii cu stare solidă” ar putea oferi o rezolvare. Acestea nu au un interior lichid, așa-numitul electrolit, ci constau în întregime din material solid, de exemplu, un conductor ionic ceramic. Drept urmare, aceste baterii sunt robuste din punct de vedere mecanic, neinflamabile, ușor de miniaturizat și insensibile la fluctuațiile de temperatură.

Dar bateriile cu stare solidă își arată și ele problemele după mai multe cicluri de încărcare și descărcare: în timp ce polii pozitivi și negativi ai bateriei sunt încă separați electric unul de celălalt la început, ei sunt în cele din urmă conectați electric între ei prin procesele interne ale bateriei: apar stalactite și stalagmite în baterii, numite „dendrite de litiu”.

Aceste dendrite de litiu cresc pas cu pas în timpul fiecărui proces de încărcare până când cei doi poli sunt conectați între ei. Rezultatul: bateria este scurtcircuitată și „moare”. Până acum însă, procesele fizice exacte care au loc în acest proces nu au fost bine înțelese.

O echipă condusă de Rüdiger Berger, de la departamentul lui Hans-Jürgen Butt, a abordat acum problema și a folosit o metodă specială de microscopie pentru a investiga procesele în detaliu. Ei s-au întrebat de unde încep să crească dendritele de litiu. Cercetătorii le-au comparat cu peșterile calcaroase, în care stalactite cresc din tavan și stalagmite din podea până când se unesc la mijloc.

Ce au descoperit cercetătorii folosind un microscop?

Nu există sus și jos într-o baterie, dar dendritele cresc de la polul negativ către polul pozitiv sau de la polul pozitiv spre cel negativ? Sau cresc în mod egal de la ambii poli? Sau există locuri speciale în baterie care duc la nucleare și apoi la creșterea dendritică începând de acolo?

Echipa lui Rüdiger Berger a analizat în special așa-numitele „limite ale granulelor” din electrolitul solid ceramic. Aceste limite se formează în timpul producerii stratului solid: atomii din cristalele ceramicii sunt în principiu aranjați foarte regulat. Cu toate acestea, datorită fluctuațiilor mici și aleatorii ale creșterii cristalelor, se formează structuri asemănătoare liniilor unde atomii sunt aranjați neregulat, așa-numita „limită a granulelor”, explică Tech Xplore.

Aceste granițe sunt vizibile cu metoda lor de microscopie, „Kelvin Probe Force Microscopy”, în care suprafața este scanată cu un vârf ascuțit. „Dacă bateria cu stare solidă este încărcată, Kelvin Probe Force Microscopy vede că electronii se acumulează de-a lungul granițelor granulelor, în special în apropierea polului negativ”, spune doctorandul Chao Zhu, care lucrează cu Rüdiger Berger.

Acesta din urmă indică faptul că granița nu numai că modifică aranjarea atomilor ceramicii, ci și structura lor electronică.

Dendritele de litiu scurtcircuitează bateriile cu stare solidă

Din cauza acumulării de electroni (adică particule încărcate negativ), ionii de litiu încărcați pozitiv care călătoresc în electrolitul solid pot fi reduși în litiu metalic. Rezultatul: se formează depozite și dendrite de litiu.

Dacă procesul de încărcare este repetat, dendrita va continua să crească până când în cele din urmă polii bateriei sunt conectați între ei. Formarea unor astfel de stadii inițiale pentru creșterea dendritei a fost observată doar la polul negativ. Nu s-a observat nicio creștere la polul opus, pozitiv.

Oamenii de știință speră că, cu o înțelegere precisă a proceselor de creștere, vor putea să dezvolte modalități eficiente de a preveni sau cel puțin de a limita creșterea la polul negativ, astfel încât în viitor să poată fi utilizate și bateriile cu litiu cu stare solidă, mai sigure, în aplicații la scară largă.

Lucrarea este publicată în revista Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

O unitate de la NASA vrea să imite condițiile care au dus la formarea vieții

Azotul lichid ar putea rezolva o mare problemă pentru astronauții trimiși pe Lună

Cele mai bune filme SF din punct de vedere științific

O nouă metodă poate detecta rapid mâncarea „falsificată”

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Prețurile la biletele de avion ajung la cote maxime
Prețurile la biletele de avion ajung la cote maxime
Cum votăm la alegerile din 9 iunie? Cinci ștampile, cinci buletine de vot
Cum votăm la alegerile din 9 iunie? Cinci ștampile, cinci buletine de vot
Irlanda a recunoscut oficial Palestina ca stat suveran și independent
Irlanda a recunoscut oficial Palestina ca stat suveran și independent
300 de milioane de copii sunt victime ale abuzului sexual în fiecare an pe Internet
300 de milioane de copii sunt victime ale abuzului sexual în fiecare an pe Internet
Roxelana, sclava prizonieră care a devenit soția lui Suleiman I. Kösem Sultan, femeia cu cel mai înalt rang din istoria Otomană
Roxelana, sclava prizonieră care a devenit soția lui Suleiman I. Kösem Sultan, femeia cu cel mai înalt rang din istoria ...
Shuntaro Hida, ochii care au văzut bomba atomică lovind Hiroshima. Ziua în care Soarele a dispărut de pe cer
Shuntaro Hida, ochii care au văzut bomba atomică lovind Hiroshima. Ziua în care Soarele a dispărut de pe cer
Demi Moore, actrița care a primit o Propunere Indecentă. „Oamenii nu pot fi decât atât de buni pe cât sunt, indiferent cât de mult te iubesc”
Demi Moore, actrița care a primit o Propunere Indecentă. „Oamenii nu pot fi decât atât de buni pe cât sunt, indiferent ...
Un studiu unic la nivel mondial arată că poluarea aerului crește riscul de demență
Un studiu unic la nivel mondial arată că poluarea aerului crește riscul de demență
Munca în grădină, mai ales la oraș, are mari beneficii pentru sănătate, arată un studiu
Munca în grădină, mai ales la oraș, are mari beneficii pentru sănătate, arată un studiu
Test de cultură generală. Care țară produce cel mai mult petrol?
Test de cultură generală. Care țară produce cel mai mult petrol?
Cercurile radio ciudate din Univers, un fenomen care nedumerește astronomii
Cercurile radio ciudate din Univers, un fenomen care nedumerește astronomii
Meteorologii au anunțat când începe vară autentică
Meteorologii au anunțat când începe vară autentică
De ce nu vrea Rafael Nadal ceremonie de adio la Roland Garros 2024?
De ce nu vrea Rafael Nadal ceremonie de adio la Roland Garros 2024?
Ce comandă românii la restaurant și care este desertul preferat?
Ce comandă românii la restaurant și care este desertul preferat?
Au avut nevoie de 22 de ani pentru a-l restaura. Semnificaţiile incredibile ascunse de Da Vinci în acest tablou
Au avut nevoie de 22 de ani pentru a-l restaura. Semnificaţiile incredibile ascunse de Da Vinci în acest tablou
Care este „cel mai stresant aeroport” european? A pierdut 34.000 de bagaje într-un singur an
Care este „cel mai stresant aeroport” european? A pierdut 34.000 de bagaje într-un singur an
Oboseala mintală, boala societății moderne
Oboseala mintală, boala societății moderne
Cercetătorii au găsit microplastice în cheagurile de sânge din inimă, creier și picioare
Cercetătorii au găsit microplastice în cheagurile de sânge din inimă, creier și picioare