Дахин цэнэглэгддэг лити-ионы батарейг бидний хэрэглэж буй ухаалаг
төхөөрөмж, цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд өргөн ашиглагдаж байна. Өнөөдөр дэлхийн
зах зээлд арилжаалж буй лити-ион батарейн катодоор литийн металлын исэл,
анодоор графитын материалыг хэрэглэдэг. Гэхдээ судлаачид графитын оронд литийн
металл хэрэглэснээр батарейн энергийн нягт (нөгөө талаар багтаамж)-ыг огцом
нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг тогтоогоод байгаа ч өөр нэг асуудал урган гарч
ирсэн нь дендрит (dendrite) юм.
Дендрит гэдэг нь батарейн электродод ашиглагдаж байгаа литийн металлын гадаргуу дээр цэнэглэх, цэнэгээ алдах гэсэн давтагдах циклийн үед үүсдэг зүү шиг шовх хэлбэртэй металлууд юм. Энэ нь уг батарейн энергийн нягтыг багасгах, гал түймэр, тэсрэх аюулд хүргэж болох электродуудын богино холболтыг үүсгэх зэрэг сөрөг нөлөөг үзүүлдэг байна.
Зураг: "Цэнэглэх, цэнэг алдах процессын үед электродын гадарга дээр үүсэж байгаа дендритүүд нь батарейн “аяндаа халах” процессын улмаас алга болж гадаргуу нэгэн жигд болох үзэгдэл"
АНУ-ын Rensselaer политехникийн
институтийн Профессор Кораткар (Koratkar)
ахлагчтай эрдэмтдийн баг батарейн “эсэргүүцлийн дулаан” нь дендритүүдийг
арилгахад нөлөөлж байгааг лити-хүхрийн (Li-S) батарейн дээр анх ажигласан. Эсэргүүцлийн
дулаан буюу Джоулийн дулаан ялгаралт нь хэлхээгээр гүйж буй цахилгаан гүйдлийн
урсгалыг металл дамжуулагч эсэргүүцэж, улмаар дулаан ялгаруулдаг процесс юм. Ялгарч
байгаа дулаан нь гүйдлийн квадратад шууд пропорциональ хамааралтай учир өндөр
хурдаар батарейг цэнэглэх, цэнэгээ алдах процессын хурдыг ихэсгэснээр дулаан
ялгаралтыг нэмэгдүүлж байсан.
Мөн энэ судалгааны үр дүнг хэрэглээнд хэрхэн нэвтрүүлэх арга замыг
боловсруулсан. Ингэхдээ батарейн системийн програм хангамжийг ашиглан электрон
төхөөрөмжийг ашиглаагүй үед хэд, хэдэн удаа цэнэглэх, цэнэгээ алдах процессыг
өндөр хурдаар ажиллуулснаар энэхүү сөрөг нөлөөллийг арилгаад, дараа нь батарейн
хэвийн үйл ажиллагааг сэргээнэ.
Профессор Кораткарын багийн
гарган авсан энэхүү үр дүн нь нано хэмжээст материалын суурь ойлголт нь зөвхөн
батарейн чадлыг нэмэгдүүлээд зогсохгүй, мөн ажиллах хугацааг уртасгаж, илүү аюулгүй
ажиллагаатай болгох нөхцөлийг хангаж болохыг харуулсан гайхамшигтай ажил юм.
Эх сурвалж: Lu Li et al. Self-heating–induced healing of lithium dendrites, Science (2018). DOI: 10.1126/science.aap8787
Мэдээ бэлтгэсэн: Материал судлалын салбар