Kini Ipilẹṣẹ Dendrite?

Ìdásílẹ̀ Dendrite ṣe àpèjúwe ìdàgbàsókè igi{0}bíi àwọn ẹ̀yà kristali tí ó hùmọ̀ lákòókò àwọn ètò kẹ́míkà nínú àwọn bátìrì àti àwọn ètò míràn. Awọn abẹrẹ wọnyi - tabi awọn ohun idogo irin ti n ṣe ẹka n dagba nigbati awọn ions kojọpọ ni aidọgba lori awọn aaye elekiturodu lakoko gbigba agbara ati awọn iyipo gbigbe.

Iṣẹlẹ naa waye kọja awọn kemistri batiri oriṣiriṣi ṣugbọn o jẹ awọn italaya pataki ni pataki ninuawọn batiri litiumu, nibiti dendrites le gun nipasẹ awọn oluyapa ati ki o fa awọn iyika kukuru ti inu. Loye idi ati bii awọn ẹya wọnyi ṣe dagbasoke ti di pataki bi awọn ọna ipamọ agbara titari si awọn agbara giga ati awọn oṣuwọn gbigba agbara yiyara.

Dendrites dagba nipasẹ ohun elekitirodeposition ilana akoso nipa mejeeji thermodynamic ati kainetik ifosiwewe. Nigbati batiri ba gba agbara, awọn ions irin gbe nipasẹ elekitiroti si anode. Labẹ awọn ipo to peye, awọn ions wọnyi yoo fi silẹ ni iṣọkan kọja dada elekiturodu. Bibẹẹkọ, awọn ifosiwewe pupọ ṣe idalọwọduro ifisilẹ aṣọ-ọṣọ yii.

Awọn aiṣedeede oju dada ṣẹda awọn ifọkansi aaye ina agbegbe. Awọn aaye imudara wọnyi ṣe ifamọra awọn ions diẹ sii si awọn aaye kan pato ju ki o tan wọn ni deede. Ni kete ti itusilẹ diẹ ba farahan, o di ara{2}} nfikun-ipin igbekalẹ ti ndagba ni iriri awọn aaye ina mọnamọna ti o lagbara ju awọn ilẹ alapin lọ, ti o nmu idagbasoke siwaju si itọsọna yẹn.

Ilana naa n pọ si ni awọn iwuwo lọwọlọwọ giga. Iwadi lati Ile-ẹkọ giga ti Maryland nipa lilo awọn sẹẹli opiti ti o han gbangba fihan pe ni awọn iwuwo lọwọlọwọ ti o ju 87 mA/cm², dendrite morphology yipada lati awọn ẹya mossy alapin si abẹrẹ didasilẹ-bii awọn agbekalẹ. Akoko si iyika kukuru inu ti dinku ni iwọn pẹlu jijẹ iwuwo lọwọlọwọ, sisọ silẹ lati awọn wakati pupọ ni 10 mA/cm² si isunmọ awọn iṣẹju 30 ni 110 mA/cm².

Awọn iwọn otutu ṣe ipa meji ni dida dendrite. Awọn iwọn otutu kekere fa fifalẹ ion, ṣiṣẹda awọn gradients ifọkansi nitosi dada elekiturodu. Eyi jẹ ki o rọrun fun awọn ions lati ṣafipamọ ni awọn ilọsiwaju ti o wa tẹlẹ ju wiwa awọn aaye iparun tuntun. Lọna miiran, awọn ri to electrolyte interphase (SEI) Layer akoso ni kekere awọn iwọn otutu duro lati wa ni diẹ kosemi ati ki o kere idurosinsin, idasi si aidọgba awọn ilana ifisilẹ.

Dendrite Formation

Awọn batiri litiumu koju awọn italaya dendrite alailẹgbẹ nitori iṣiṣẹ giga litiumu ati agbara elekitirokemi kekere. Nigbati awọn ions litiumu sori anode nigba gbigba agbara, wọn yẹ ki o ṣe apere intercalate sinu eto lẹẹdi. Dipo, awọn ions ti o pọju ti ko le gba ni kiakia to kojọpọ lori oke bi lithium ti fadaka.

Layer SEI ṣe pataki ni ipa lori ilana yii. Fiimu aabo yii jẹ nipa ti ara nigbati elekitiroti ba ṣe pẹlu anode litiumu. Aṣọ aṣọ, ipon awọn itọsọna SEI paapaa ifisilẹ litiumu. Sibẹsibẹ, SEI nigbagbogbo n fa fifọ ati awọn atunṣe lakoko idiyele - awọn iyipo idasile nitori awọn iyipada iwọn didun ninu elekiturodu. Aaye fifọ kọọkan di aaye iparun dendrite ti o pọju.

Iwadi ti a gbejade ni Awọn ohun elo Iseda ni ọdun 2024 ṣe idanimọ awọn ọna ṣiṣe ọtọtọ meji fun dida dendrite ninu awọn batiri lithium ti o lagbara{1} ipinlẹ nipa lilo Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) elekitiroti. Ilana akọkọ ko pẹlu - didasilẹ lithium aṣọ ni elekiturodu{4}}awọn atọkun elekitiroti. Ekeji waye nipasẹ idinku Li⁺ agbegbe ni awọn aala ọkà laarin elekitiroli to lagbara funrararẹ. Laarin awọn ipele meji wọnyi, awọn oniwadi ṣe akiyesi akoko idawọle nibiti idagbasoke dendrite duro ṣaaju ki o to bẹrẹ.

Ilana ibẹrẹ yatọ si itankale. Awọn ẹkọ-ẹkọ lati Ile-ẹkọ giga ti Oxford ṣe afihan pe ipilẹṣẹ dendrite ni awọn batiri ipinle ti o lagbara- bẹrẹ nigbati awọn ifipamọ lithium sinu awọn ihò abẹlẹ nipasẹ sisopọ awọn microcracks. Bi awọn pores wọnyi ti kun, gbigba agbara tẹsiwaju n kọ titẹ nitori fifalẹ lithium extrusion pada si dada. Yi titẹ bajẹ fa wo inu. Ni kete ti awọn dojuijako ba dagba, itunjade yoo waye nipasẹ ṣiṣi idọti - pẹlu lithium ti n wa kiraki lati ẹhin dipo lati ori.

Awọn iloro iwuwo lọwọlọwọ yatọ nipasẹ iru elekitiroti. Standard olomi elekitiroti ojo melo fihan dendrite Ibiyi loke 0.2-2.0 mA/cm², nigba ti ri to electrolytes le duro ti o ga lọwọlọwọ iwuwo ṣaaju ki ikuna. Iwadi ni Ile-ẹkọ giga ti Oxford rii pe densifying argyrodite (Li₆PS₅Cl) electrolyte to lagbara lati 83% si 99% iwuwo ibatan pọ si iwuwo lọwọlọwọ pataki lati isalẹ 2 mA/cm² si 9 mA/cm² laisi ipilẹṣẹ dendrite.

Dendrites ba awọn batiri jẹ nipasẹ awọn ipo ikuna pupọ. Ibanujẹ pupọ julọ waye nigbati dendrite kan dagba patapata nipasẹ oluyapa, ṣiṣẹda afara idari laarin anode ati cathode. Yiyi kukuru ti inu yii n ṣe agbejade alapapo agbegbe, o le ma nfa ijakadi gbigbona -ara-ẹni kan{3}} imuyara ti o le ja si ina tabi awọn bugbamu.

Ṣaaju ki o to de ikuna ajalu, dendrites dinku iṣẹ ṣiṣe ni afikun. Dendrite kọọkan ṣe afihan dada litiumu ifaseyin tuntun si elekitiroti. Eyi n ṣe agbekalẹ idasile SEI ti nlọsiwaju, n gba litiumu ti nṣiṣe lọwọ mejeeji ati elekitiroti. Lori awọn iyipo ti o tẹle, iṣesi parasitic yii dinku agbara ti o wa ati mu resistance inu inu pọ si.

Dendrites tun ṣẹda "lithium ti o ku"- awọn ohun idogo fadaka ti o ya sọtọ ti itanna ti ko ṣe alabapin ninu awọn aati eletiriki mọ. Nigbati awọn dendrites ba ya kuro nitori aapọn ẹrọ tabi ipata elekitiroti, wọn fi sile awọn ajẹkù aláìṣiṣẹmọ wọnyi. Lithium ti o ku duro fun pipadanu agbara ayeraye, nitori ko ṣe gba pada nipasẹ gigun kẹkẹ deede.

Awọn iyipada iwọn didun ti o ni nkan ṣe pẹlu litiumu plating ati yiyọ kuro mu awọn iṣoro wọnyi buru si. Litiumu irin faragba pataki 100% iwọn didun iyipada laarin awọn oniwe-ti fadaka ati ionic ipinle. Imugboroosi ati ihamọ yii n tẹnuba Layer SEI ati pe o le ba oluyapa jẹ nipa ti ara, ṣiṣẹda awọn ipa ọna afikun fun laluja dendrite.

Awọn oṣuwọn agbara iparẹ ninu awọn sẹẹli irin lithium ti ko ni aabo le de 1{2}}2% fun iyipo kan nigbati dendrites n dagba ni agbara. Eyi ṣe iyatọ pupọ si daradara pẹlu awọn sẹẹli lithium-ion ti a ṣe adaṣe ni lilo awọn anodes graphite, eyiti o padanu nikan 0.1% agbara fun iyipo tabi kere si.

Iwọn iwuwo lọwọlọwọ farahan bi ipin akọkọ ti n ṣakoso awọn oṣuwọn idasile dendrite. Awọn ṣiṣan gbigba agbara ti o ga julọ fi agbara mu awọn ions diẹ sii lati fi sii ni akoko ti o dinku, ti o lagbara agbara elekiturodu lati gba wọn ni iṣọkan. Ibasepo naa kii ṣe laini - o dabi ẹni pe o wa ala to ṣe pataki ni isalẹ eyiti idagbasoke dendrite wa kere, ṣugbọn loke eyiti o yara ni iwọn.

Iṣakojọpọ elekitiroti ṣe pataki ni ifaragba dendrite. Ifojusi iyọ ni ipa lori awọn oṣuwọn gbigbe ion ati isokan ti aaye ina nitosi elekiturodu. Awọn ifọkansi iyọ kekere ṣẹda awọn agbegbe idinku nibiti ipese ion ko le pade ibeere ifisilẹ, igbega idagbasoke dendritic. Awọn ifọkansi giga le mu iṣọkan pọ si ṣugbọn o le dinku ionic conductivity tabi pọ si iki.

Awọn afikun elekitiroti nfunni ni ọna kan si idinku. Fluoroethylene carbonate (FEC), fun apẹẹrẹ, ni pataki yoo dinku ni oju lithium lati ṣe agbekalẹ LiF{1}} awọn ipele SEI ọlọrọ. Awọn fẹlẹfẹlẹ wọnyi ṣe afihan agbara ẹrọ ti o ga julọ ati adaṣe itanna kekere ni akawe si awọn paati SEI boṣewa, ṣe iranlọwọ lati ṣetọju awọn ilana fifisilẹ aṣọ.

Dada abawọn ati roughness pilẹṣẹ ọpọlọpọ awọn dendrites. Paapaa awọn aiṣedeede nanoscale dojukọ awọn aaye ina mọnamọna to lati ṣe okunfa ifisilẹ yiyan. Awọn ilana iṣelọpọ ti o ṣe agbejade awọn ipele elekiturodu didan ni ibamu ni ibamu pẹlu awọn aaye iparun dendrite. Bakanna, awọn aimọ tabi awọn patikulu ti a fi sinu dada elekiturodu le ṣiṣẹ bi awọn aaye iparun oniruuru.

Awọn gradients iwọn otutu laarin sẹẹli kan ṣẹda awọn kainetiki esi ti o yatọ ni aye. Awọn aaye gbigbona ni iriri gbigbe ion yiyara ati fifisilẹ, ti o ni agbara ṣiṣẹda dendrite agbegbe{1}} awọn agbegbe ti o ni itara paapaa nigba ti iwuwo lọwọlọwọ lapapọ jẹ iwọntunwọnsi. Awọn ọna ṣiṣe iṣakoso batiri ti o rii daju pinpin iwọn otutu iṣọkan ṣe iranlọwọ lati dinku ipa yii.

Ipo idiyele nigbati batiri ba sinmi tun ni ipa lori idagbasoke dendrite. Dimu awọn sẹẹli duro ni awọn foliteji giga fun awọn akoko ti o gbooro ṣe igbega dida dendrite, pataki ni awọn sẹẹli litiumu iron fosifeti (LiFePO₄). Eyi ṣe alaye idi ti awọn ilana gbigba agbara lilefoofo ti wa si awọn ipilẹ foliteji kekere ni akawe si awọn iṣe lati ọdun mẹwa sẹhin.

Ṣiṣawari dendrite ti aṣa gbarale ifiweranṣẹ-itupalẹ ikuuku{1}}ṣiṣi awọn sẹẹli ti o kuna ati ṣiṣayẹwo awọn aaye elekiturodu pẹlu ohun airi elekitironi. Lakoko ti o jẹ alaye, ọna yii ko le ṣe idiwọ awọn ikuna tabi tọpa itankalẹ dendrite ni akoko gidi.

Awọn ilana isọdi ti ilọsiwaju ni bayi jẹ ki akiyesi operando ṣiṣẹ. Awọn oniwadi ni awọn ile-iṣẹ lọpọlọpọ ti ni idagbasoke awọn ọna nipa lilo awọn elekitiroti ti o han tabi awọn apẹrẹ sẹẹli pataki. Yunifasiti ti Maryland ṣẹda awọn sẹẹli opiti nibiti awọn amọna mejeeji ni irin litiumu, gbigba iworan taara ti idagbasoke dendrite nipasẹ window ti o han gbangba lakoko gbigba agbara.

X{0}ray computed tomography (XCT) n pese aworan onisẹpo mẹta{1} ti awọn ẹya dendrite ninu awọn sẹẹli ti ko mọ. Awọn ohun elo Synchrotron X- awọn ohun elo ray nfunni ni ipinnu ti o to lati tọpa idasile dendrite ni microscale lakoko iṣẹ batiri gangan. Awọn iṣẹ aipẹ ti a tẹjade ni Iseda lo operando XCT lati ṣe akiyesi bii litiumu ṣe nwọle awọn elekitiroti seramiki, ti n ṣafihan idasile kiraki ati litiumu ntan ọkọọkan.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) nfunni ni aiṣe-taara ṣugbọn kii ṣe -ọna wiwa iparun. Bi awọn dendrites ti dagba, wọn yi agbegbe agbegbe ti o munadoko ati resistance ti elekiturodu pada. Awọn ayipada wọnyi farahan bi awọn iṣipopada ninu irisi ikọlu. Awọn oniwadi ti ni ibamu pẹlu awọn imọ-ẹrọ sẹẹli droplet ọlọjẹ lati ṣe atokọ itankalẹ aibikita dada nipasẹ awọn wiwọn EIS, pese ikilọ kutukutu ti dida dendrite laisi ṣiṣi sẹẹli naa.

Iwoye oofa iparun (NMR) spectroscopy ati aworan pese pato kemikali. Tracer -paṣipaarọ NMR le ṣe iyatọ laarin litiumu plating ni awọn atọkun dipo idinku ninu olopobobo elekitiroti. Aworan iwoyi oofa (MRI) ṣe atẹle dendrite pinpin aye ati awọn oṣuwọn idagbasoke, ṣe iranlọwọ fun awọn oniwadi ni oye bii awọn agbegbe oriṣiriṣi ti sẹẹli ṣe dagbasoke dendrites ni awọn akoko oriṣiriṣi.

Awọn sensọ okun opiki jẹ aṣoju ọna ti n yọ jade. Tilted fiber Bragg grating (TFBG) awọn sensosi ti a fi sii nitosi awọn aaye elekiturodu ṣe awari awọn ayipada gbigbe gbigbe lọpọlọpọ ati idagbasoke dendrite ni awọn atọkun nanoscale laisi wahala iṣẹ batiri. Awọn irapada opiti ultrasensitive jẹ ki ibojuwo akoko gidi- ti kinetiki gbigbe lithium ati itankalẹ dendrite.

Dendrite Formation

Awọn ọna pupọ ti o fojusi idinku dendrite, nigbagbogbo n ṣiṣẹ ni imuṣiṣẹpọ nigba idapo. Ko si ọna kan ṣoṣo ti o ti yọ dendrites kuro patapata labẹ gbogbo awọn ipo iṣẹ, ṣugbọn awọn ilana pupọ ṣe pataki ni pataki ni pataki ilodi iwuwo lọwọlọwọ.

Awọn elekitiroli to lagbara lakoko dabi ẹnipe o ni ileri bi awọn idena ti ara lodi si awọn dendrites. Sibẹsibẹ, iwadi ṣe afihan pe awọn dendrites tun wọ inu awọn ohun elo ti o lagbara, dagba nipasẹ awọn aala ọkà tabi awọn dojuijako. Anfani ti awọn elekitiroti to lagbara ko wa ni idena pipe ṣugbọn ni wiwa awọn aapọn ẹrọ ti o ga julọ ṣaaju ilaluja dendrite. Ṣiṣapeye iwuwo elekitiroli ti o lagbara ati igbekalẹ ọkà le ṣe alekun ilodi si resistance rẹ si ilaluja.

Awọn ọna ayaworan elekiturodu mẹta- ṣe iyipada pinpin iwuwo lọwọlọwọ agbegbe. Dipo fifipamọ sori dada alapin, litiumu kun ilana la kọja ti ohun elo ogun 3D kan. Eyi mu ki agbegbe dada ti o munadoko pọ si lati aijọju 5.2 × 10⁻³ m²/g fun bankanje lithium si ju 2.6 m²/g fun awọn asẹ igi carbonized. Agbegbe ti o pọ si dinku iwuwo lọwọlọwọ agbegbe ni iwọn, ti o tọju ni isalẹ iloro fun iparun dendrite. Ṣafikun awọn ohun elo lithiophilic bii tin si awọn ẹya wọnyi ṣẹda awọn aaye iparun ti o wuyi ti o ṣe agbega aṣọ ile, kii ṣe - ifisilẹ dendritic.

Awọn ipele SEI atọwọda ti a lo ṣaaju gigun kẹkẹ akọkọ le ṣaju - sofo didasilẹ ti kii ṣe - aṣọ SEI adayeba. Orisirisi awọn ohun elo ti ṣe afihan ileri, pẹlu LiF{3}} awọn ibora ọlọrọ, awọn fẹlẹfẹlẹ polima, ati awọn fiimu alaiṣedeede{4}. SEI atọwọda ti o dara julọ daapọ adaṣe ionic giga, adaṣe itanna kekere, ati agbara ẹrọ ti o to lati dinku ilaluja dendrite lakoko ti o rọ lakoko awọn iyipada iwọn didun.

Electrolyte ina- adirẹsi dendrite Ibiyi lati awọn ojutu ẹgbẹ. Electrolytes ti o ga julọ - (nigbakugba ti a npe ni "solvent{2}}ninu{3}}iyọ" awọn ọna ṣiṣe) dinku wiwa ti awọn moleku olominira, yiyipada eto ojutu ni ayika ions lithium. Iyipada yii le ṣe igbelaruge ifisilẹ aṣọ diẹ sii. Awọn elekitiroli olomi Ionic funni ni aiṣe - ina lẹgbẹẹ oriṣiriṣi awọn ohun-ini agbedemeji ti o le dinku dendrites, botilẹjẹpe iki giga wọn nigbagbogbo jẹ awọn italaya.

Awọn ilana gbigba agbara pulsed jade laipẹ bi idasi iyalẹnu ti o munadoko. Dipo lilo lọwọlọwọ igbagbogbo, awọn ilana pulsed miiran laarin awọn akoko gbigba agbara ati awọn akoko isinmi. Lakoko isinmi, awọn gradients ifọkansi sinmi ati awọn imọran dendrite le paapaa tu apakan pada sinu ojutu. Iwadi ṣe afihan pe MHz - awọn iṣan-iṣan pulsed igbohunsafẹfẹ pọ si iwuwo lọwọlọwọ pataki nipasẹ iwọn mẹfa-lati isunmọ 1 mA/cm² si 6.5 mA/cm²-ninu awọn batiri ipinlẹ to lagbara-.

Ohun elo titẹ nfunni ni ọna ẹrọ miiran. Lilo agbara ipanilara ni afiwe si ọkọ ofurufu elekiturodu ṣe idiwọ itọsọna idagbasoke dendrite. Awọn oniwadi MIT fihan pe wọn le ṣe afọwọyi idagbasoke dendrite nipa lilo ati itusilẹ titẹ, nfa dendrites si zigzag ni ibamu pẹlu itọsọna agbara. Lakoko ti titẹ ko ṣe imukuro dida dendrite, o ṣe idiwọ fun wọn lati kọja laarin awọn amọna.

Iyipada si awọn batiri ipinle to lagbara jẹ idasi apakan nipasẹ awọn ireti lati yanju iṣoro dendrite. Awọn ireti ni kutukutu ti ro pe awọn elekitiroti seramiki lile yoo dina ilaluja dendrite nipa ti ara. Otito safihan eka sii.

Awọn elekitiroli to lagbara kuna nipasẹ fifọ darí dipo gbigba awọn dendrites laaye lati titari lasan. Ilana naa bẹrẹ ni awọn abawọn - awọn pores, awọn aala ọkà, tabi awọn aiṣedeede oju. Litiumu ṣe ifipamọ sinu awọn abawọn wọnyi, ati bi litiumu diẹ sii ti n ṣajọpọ, aapọn ẹrọ kọ titi ti seramiki yoo dojuijako. Ni kete ti kiraki kan ba bẹrẹ, lithium ṣe tan kaakiri nipasẹ rẹ nipasẹ ọna itusilẹ - ti awọn oniwadi Oxford ṣe idanimọ.

Awọn ohun elo elekitiroti ti o lagbara ti o yatọ ṣe afihan ilodisi ti o yatọ si dendrite{0}} ṣẹ egungun ti o fa. Garnet{2}}iru elekitiroti bii LLZO ṣe afihan ileri nitori ionic conductivity giga wọn, ṣugbọn itanna eleto wọn ṣe alabapin si dida dendrite. Iwa elekitironi ngbanilaaye awọn elekitironi lati de awọn imọran dendrite, n ṣetọju ifisilẹ litiumu tẹsiwaju. Idinku iṣe elekitironi yii, paapaa lakoko mimu ionic conductivity giga, ṣe iranlọwọ lati dinku awọn dendrites.

Sulfide{0}} awọn elekitiroliti to lagbara ti o da lori bi Li₆PS₅Cl (argyrodite) ṣe afihan ihuwasi oriṣiriṣi. Wọn rọra ni imọ-ẹrọ ju awọn ohun elo amọ-oxide, ti o le jẹ ki awọn dendrites dagba nipasẹ abuku ṣiṣu dipo fifọ. Sibẹsibẹ, densification n mu iṣẹ ṣiṣe dara gaan{3}} jijẹ iwuwo argyrodite si 99% jẹ ki dendrite - iṣẹ ọfẹ ni awọn iwuwo lọwọlọwọ ti o dara fun gbigba agbara awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti o yara.

Imọ-ẹrọ ni wiwo laarin awọn anodes irin litiumu ati awọn elekitiroti to lagbara n ṣalaye ipo ikuna miiran. Olubasọrọ ti ko dara ṣẹda awọn ihamọ lọwọlọwọ nibiti iwuwo lọwọlọwọ agbegbe ti kọja aropin agbaye nipasẹ awọn aṣẹ titobi. Awọn aaye ihamọ wọnyi di awọn aaye ibẹrẹ dendrite. Lilo awọn interlayers - awọn fiimu tinrin ti polima, awọn ohun elo irin, tabi awọn ohun elo alapọpọ{4} le mu olubasọrọ dara si ati pinpin lọwọlọwọ diẹ sii ni iṣọkan.

Iwọn iwuwo lọwọlọwọ pataki (CCD) fun idasile dendrite ni ri to - awọn batiri ipinle gbọdọ kọja 5 mA/cm² fun awọn ohun elo ọkọ ayọkẹlẹ ina to wulo. Pupọ julọ awọn elekitiroti to lagbara ṣubu ni ibi-afẹde yii labẹ awọn ipo boṣewa, nitorinaa iwadii aladanla sinu awọn ọgbọn apapọ nipa lilo iwuwo, titẹ, gbigba agbara pulsed, ati iyipada wiwo.

Lakoko ti awọn batiri lithium jẹ gaba lori iwadii dendrite, awọn ọna ṣiṣe miiran dojukọ awọn italaya kanna. Awọn batiri irin Zinc ni iriri dida dendrite zinc, botilẹjẹpe pẹlu awọn abuda oriṣiriṣi. Awọn dendrites Zinc maa n farahan bi mossi{2}} dabi tabi awọn ẹya whisker dipo awọn abẹrẹ didan, ti n ṣe afihan awọn ohun-ini elekitirokimii oriṣiriṣi zinc.

Ninu awọn batiri sinkii olomi, dida dendrite dale lori pH elekitiroti ati ifọkansi zincate. Awọn ifọkansi zincate giga ti o ga ju 0.4 M ni 7 M KOH electrolytes dinku idagbasoke dendrite, ṣugbọn awọn elekitiroti kaakiri maa n mu idagbasoke idagbasoke hydrogen pọ si. Interphase elekitirolyte to lagbara lori zinc ni awọn agbo ogun oriṣiriṣi ju litiumu{4}} ni pataki zinc oxide ati zinc hydroxide{5} pẹlu awọn ohun-ini ẹrọ gbigbe to yatọ ati ionic.

Awọn anodes irin iṣuu soda ṣe afihan ihuwasi dendrite ti o jọra si litiumu, botilẹjẹpe awọn dendrites gbogbogbo dagba diẹ sii laiyara nitori isunmọ iṣuu soda. Irin magnẹsia, ni kete ti ro pe o tako si dida dendrite, ti han laipẹ lati ṣe awọn dendrites labẹ awọn ipo kan, pataki ni awọn iwuwo lọwọlọwọ loke 0.2-0.3 mA/cm² da lori elekitiroti.

Paapaa awọn anodes silikoni ninu awọn batiri lithium ti aṣa{0}} le ni iriri idasile lithium dendrite. Lakoko gbigba agbara, ohun alumọni gbooro nipasẹ isunmọ 300%, ti npa Layer SEI. Nipasẹ awọn dojuijako wọnyi, awọn ions litiumu le dinku lati dagba awọn dendrites lithium ti fadaka ju ki o ṣe alloy pẹlu ohun alumọni bi a ti pinnu. Ẹrọ yii ṣe aṣoju ipo ikuna arabara ti o n ṣajọpọ imugboroosi iwọn didun pẹlu ifisilẹ elekitiroki.

Ibaṣepọ laarin awọn ọna ṣiṣe wọnyi ni imọran awọn ipilẹ gbogbo agbaye ti n ṣakoso dida dendrite. Iwoye lọwọlọwọ, ilopọ dada, ati awọn ohun-ini ti awọn fẹlẹfẹlẹ interfacial farahan bi awọn ifosiwewe iṣakoso laibikita kemistri irin kan pato. Awọn ilana idena ti o dagbasoke fun eto kan nigbagbogbo gbigbe, pẹlu awọn iyipada, si awọn miiran.

Ọpọlọpọ awọn ilọsiwaju aipẹ ti ṣe atunṣe oye ti idasile dendrite. Idanimọ ti ipilẹṣẹ lọtọ ati awọn ilana isọdi ni awọn batiri ipinlẹ ti o lagbara{1} ṣe aṣoju iyipada apẹrẹ kan. Awọn awoṣe iṣaaju ti gba ilana kan lemọlemọfún kan, ṣugbọn mimọ iwọnyi gẹgẹbi awọn ipele ọtọtọ jẹ ki awọn ilowosi ifọkansi ṣiṣẹ ni ipele kọọkan.

Awọn ipa ti amorphous dipo crystalline dendrite be ti gba akiyesi. Awọn ijinlẹ NMR aipẹ ṣe afihan pe awọn dendrites ni ibẹrẹ ṣe agbekalẹ bi awọn ẹya amorphous ti o jẹ kristalize lẹhinna. Kemistri abawọn ti awọn elekitiroti to lagbara ati awọn ipo iṣẹ batiri pinnu iwọntunwọnsi laarin awọn ọna ṣiṣe meji wọnyi. Wiwa yii ṣii awọn aye fun sisọ awọn ipo ti o ṣe ojurere awọn ẹya amorphous iyipada lori awọn dendrites kristali ayeraye.

Awọn awoṣe ikẹkọ ẹrọ ni bayi ṣe asọtẹlẹ awọn ilana idagbasoke dendrite pẹlu iṣedede ti o pọ si. Nipa iṣakojọpọ ọpọ awọn paramita ti ara{1}}iwuwo lọwọlọwọ, iwọn otutu, ifọkansi elekitiroti, imọ-jinlẹ oju-aye{2}sinu awọn nẹtiwọọki alakan, awọn oniwadi ṣaṣeyọri awọn asọtẹlẹ to dara julọ ju fisiksi ibile lọ{{3}awọn awoṣe orisun nikan. Awọn irinṣẹ wọnyi mu yara idanimọ ti awọn ferese iṣẹ ti o dara julọ ati awọn akojọpọ ohun elo.

Awọn ohun elo amuaradagba farahan bi airotẹlẹ ṣugbọn aṣoju imunadoko dendrite. Awọn ọlọjẹ kan, nigba ti a ba ṣafikun si awọn elekitiroti, ni adarọ-ara laifọwọyi sori awọn oju irin litiumu, ni pataki ni awọn imọran dendrite. Nípasẹ̀ àwọn ìyípadà ìdàpọ̀ láti -helix sí - àwọn àgbékalẹ̀ dì, àwọn protein wọ̀nyí ṣàtúnṣe ìpínpín pápá iná mànàmáná abẹ́lẹ̀, tí ń gbé ìgbéga ìsokọ́ra aṣọ. Ọ̀nà ìmísí bio{5} yìí ti ṣàṣeyọrí ìgbésí-ayé yípo gigun ati iṣiṣẹ́ coulombic giga ninu awọn idanwo yàrá-yàrá.

Ilana thermodynamic fun agbọye idasile dendrite ti dagba. Awọn oniwadi ni bayi mọ pe mejeeji iwọn otutu ati awọn idena agbara thermodynamic ṣe awọn ipa pataki ni ṣiṣe ipinnu boya awọn idogo litiumu ni iṣọkan tabi ṣe awọn dendrites. Oye yii ṣe itọsọna awọn ilana fun ṣiṣatunṣe awọn paramita wọnyi nipasẹ apẹrẹ ohun elo ati awọn ipo iṣẹ.

Dendrite Formation

Pelu ilọsiwaju, iṣowo dendrite{0}awọn batiri sooro si wa nija. Aafo laarin awọn ifihan yàrá ati iṣelọpọ ibi-pupọ pẹlu awọn ilana igbelowọn lakoko mimu iṣakoso didara. Aṣiṣe ẹyọkan ninu elekitiroli to lagbara tabi dada elekiturodu le ṣe iparun awọn dendrites, ṣiṣe ṣiṣe deede to ṣe pataki.

Awọn ero idiyele ni ipa lori iru awọn ilana ti o de iṣelọpọ. Diẹ ninu awọn ọna imunadoko dendrite ti o munadoko julọ-gẹgẹbi pipe -awọn ẹya elekitirodu 3D ti a ṣe tabi giga{4}}awọn elekitiroti di mimọ- ṣe alekun awọn idiyele iṣelọpọ ni pataki. Iwontunwonsi awọn ilọsiwaju iṣẹ lodi si ṣiṣeeṣe eto-ọrọ nilo iṣapeye ti nlọ lọwọ.

Iduroṣinṣin gigun kẹkẹ gigun {{0} nilo ilọsiwaju siwaju sii. Ọpọlọpọ awọn ilana idena ni aṣeyọri lati dinku dendrites fun awọn ọgọọgọrun awọn iyipo, ṣugbọn awọn batiri ọkọ ina mọnamọna gbọdọ farada ẹgbẹẹgbẹrun awọn iyipo ni ọdun mẹwa ti lilo. Awọn oṣuwọn idagbasoke dendrite kekere ti o dabi aifiyesi lori awọn akoko 500 le di iṣoro lori awọn akoko 3,000. Oye ati idilọwọ awọn ọna ṣiṣe ibajẹ igba pipẹ {{7} nilo awọn ilana idanwo gigun.

Gbigba agbara yara si maa wa nija paapaa. Awọn ohun elo adaṣe pọ si ni ifọkansi iṣẹju 15 tabi paapaa awọn akoko gbigba agbara iṣẹju 5, to nilo awọn iwuwo lọwọlọwọ ti 10-20 mA/cm² tabi ga julọ. Diẹ ninu awọn ilana idena dendrite lọwọlọwọ n ṣetọju imunadoko ni awọn iwọn apọju wọnyi. Iṣeyọri gbigba agbara iyara mejeeji ati igbesi aye gigun gigun ni akoko kanna duro fun ibi-afẹde iwadii aala kan.

Ibarapọ pẹlu awọn ibeere batiri miiran ṣe idiju apẹrẹ. Awọn ilana ti o dinku awọn dendrites le dinku iwuwo agbara, pọ si ikọlu, tabi ba iṣẹ ṣiṣe iwọn otutu kekere- ba. Apẹrẹ batiri gbọdọ jẹ ki o pọ si ni ọpọlọpọ igba - awọn ibi-afẹde ti o tako, ṣiṣe idena dendrite ni ẹyọkan ti adojuru eka kan.

Iṣatunṣe idanwo ati ijabọ yoo mu ilọsiwaju pọ si. Awọn ẹgbẹ iwadii oriṣiriṣi lo awọn asọye oriṣiriṣi ti idasile dendrite, awọn atunto sẹẹli oriṣiriṣi, ati awọn iyasọtọ aṣeyọri oriṣiriṣi. Ṣiṣeto awọn ilana ti o wọpọ yoo jẹ ki afiwera taara diẹ sii ti awọn abajade ati idanimọ yiyara ti awọn isunmọ ileri.

Awọn akoko idasile Dendrite yatọ bosipo pẹlu awọn ipo iṣẹ. Ni awọn iwuwo lọwọlọwọ kekere ni ayika 0.5 mA/cm², iparun dendrite akọkọ le gba awọn ọgọọgọrun wakati. Ni awọn iwuwo lọwọlọwọ giga ti o kọja 10 mA/cm², dendrites le ṣẹda ati fa awọn iyika kukuru laarin awọn iṣẹju. Iwọn otutu, akopọ elekitiroti, ati ipo dada elekiturodu gbogbo ni ipa awọn iwọn akoko wọnyi. Pupọ julọ awọn batiri olumulo nṣiṣẹ ni awọn ipo nibiti idasile dendrite, ti o ba waye, ndagba diẹdiẹ lori awọn dosinni tabi awọn ọgọọgọrun ti awọn iyipo idiyele kuku ju ni ọna kan.

Iyipada apa kan ṣee ṣe labẹ awọn ipo kan. Lakoko itusilẹ tabi awọn akoko isinmi, awọn imọran dendrite le tu pada sinu elekitiroti, paapaa ti wọn ko ba ti sopọ mọ elekiturodu nipasẹ awọn ọna adaṣe. Iwa iwosan ti ara ẹni yii - ṣe alaye idi ti awọn ilana gbigba agbara pulsed jẹ imunadoko -awọn akoko isinmi gba laaye dendrites incipient lati tu. Bibẹẹkọ, ni kete ti awọn dendrites ṣe agbekalẹ awọn ẹya kristali lọpọlọpọ tabi di iyasọtọ ti itanna bi litiumu ti o ku, iyipada ko ṣee ṣe. Idena si maa wa siwaju sii munadoko ju atunse.

Ko dandan. Awọn batiri lithium ti aṣa{1} Awọn iṣoro Dendrite nipataki ni ipa lori awọn anodes irin lithium ti a lo ninu awọn batiri iran ti nbọ{{3}. Paapaa pẹlu awọn anodes irin lithium, apẹrẹ to peye ati iṣẹ ṣiṣe ni isalẹ awọn iloro iwuwo lọwọlọwọ le ṣetọju dendrite{5}}iṣẹ ọfẹ lainidii. Iṣakoso didara ati idena ilokulo ọrọ diẹ sii ju ailagbara atorunwa lọ.

Ipilẹṣẹ Dendrite duro fun elekitirokemika ti o nipọn ati lasan alaiṣe ti iṣakoso nipasẹ iwuwo lọwọlọwọ, iwọn otutu, awọn ohun-ini interfacial, ati awọn abawọn ohun elo. Lakoko ti o ti ronu ni ibẹrẹ idilọwọ nipasẹ awọn elekitiroti to lagbara, awọn dendrites ṣe agbekalẹ nipasẹ ipilẹṣẹ ọtọtọ ati awọn ọna ikede ti o nilo awọn ilowosi ifọkansi ni ipele kọọkan. Ọpọ ọgbọn -pẹlu awọn ọna ẹrọ elekiturodu 3D, awọn fẹlẹfẹlẹ SEI atọwọda, imọ-ẹrọ elekitiroti, ati awọn ilana gbigba agbara pulsed- ṣe afihan ileri fun igbega awọn iloro iwuwo lọwọlọwọ pataki. Ọna si iṣowo giga - awọn batiri agbara da lori iṣakojọpọ awọn isunmọ wọnyi lakoko mimu ṣiṣe iṣelọpọ ati idiyele - imunadoko. Awọn ilọsiwaju aipẹ ni awọn imọ-ẹrọ isọdi, ṣiṣapẹrẹ iṣiro, ati oye mechanistic tẹsiwaju lati ṣe itọsọna idagbasoke si ọna dendrite{9}} awọn ọna ṣiṣe batiri ti o lagbara lati pade awọn ohun elo ọkọ ayọkẹlẹ ti n beere ati awọn ohun elo ibi ipamọ grid.