Η ομάδα του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne που εργάζεται πάνω σε υλικά στερεοκρατικών μπαταριών έχει πάρει μια απρόσμενη εκτροπή για να ερευνήσει μικρούς βραχυκυκλώματα γνωστά ως απαλά βραχυκυκλώματα. Τα ευρήματά τους θα ωφελήσουν τους ερευνητές των μπαταριών παγκοσμίως.
Οι ερευνητές από το Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας ανακάλυψαν νέα στοιχεία για πρώιμα σημάδια ζημιάς σε μπαταρίες. Η μελέτη τους, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Joule, επικεντρώνεται σε μια κατάσταση που ονομάζεται απαλό βραχυκύκλωμα, παρέχοντας πολύτιμες γνώσεις και μεθόδους σχεδίασης για καλύτερες μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων (ΗΟ).
Η έρευνα της ομάδας του Argonne επικεντρώθηκε σε στερεοκρατικές μπαταρίες με ανόδους (αρνητικούς ηλεκτρόδιους) που αποτελούνται από λιθίου μέταλλο. Πολλοί θεωρούν αυτές τις συσκευές την “ιερή τροφή” της τεχνολογίας μπαταριών. Γιατί; Επειδή το λιθίο μέταλλο μπορεί να αποθηκεύσει μεγάλη ποσότητα ενέργειας σε ένα μικρό χώρο. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να παρέχει σημαντικά μεγαλύτερη αυτονομία οδήγησης για ηλεκτρικά οχήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές μπαταρίες λιθίου-ιόντων με γραφίτη ηλεκτρόδιο.
Ωστόσο, το λιθίο μέταλλο αντιμετωπίζει λειτουργικές προκλήσεις καθώς μπορεί να αντιδρά έντονα με υγρά ηλεκτρολύτες σε παραδοσιακές μπαταρίες. Οι ηλεκτρολύτες είναι υλικά που μεταφέρουν φορτισμένα σωματίδια, γνωστά ως ιόντα, μεταξύ δύο ηλεκτροδίων της μπαταρίας, μετατρέποντας την αποθηκευμένη ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Σε μια σωστά λειτουργούσα μπαταρία, τα ιόντα ρέουν από το ανόδιο, μέσω του ηλεκτρολύτη, προς το καθόδιο (θετικό ηλεκτρόδιο). Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια ρέουν από το ανόδιο σε έναν εξωτερικό συσκευής-όπως ένα τηλέφωνο ή τον ηλεκτροκινητήρα ενός ΗΟ-και στη συνέχεια επιστρέφουν στο καθόδιο. Την συσκευή τροφοδοτεί η ροή των ηλεκτρονίων. Κατά τη φόρτιση, αυτές οι ροές αντιστρέφονται.
Η χρήση του λιθίου μέταλλου μπορεί να διαταράξει αυτήν τη διαδικασία. Κατά τη φόρτιση, μπορούν να αναπτυχθούν ίνες λιθίου από το ανόδιο και να διεισδύσουν στον ηλεκτρολύτη. Εάν αυτές οι αναπτύξεις γίνουν αρκετά μεγάλες και φτάσουν στο καθόδιο, δημιουργούν ένα συνεχές “μονοπάτι” μεταξύ των ηλεκτροδίων. Τελικά, όλα τα ηλεκτρόνια στη μπαταρία θα ρέουν μέσω αυτού του μονοπατιού από ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο, χωρίς να εγκαταλείπουν την μπαταρία για να τροφοδοτήσουν τη συσκευή. Αυτή η διαδικασία επίσης αφήνει αναίμακτο το ροή των ιόντων μεταξύ των ηλεκτροδίων.
“Αυτό ονομάζεται εσωτερικό βραχυκύκλωμα,” είπε ο Michael Counihan, επιστήμονας στο Argonne και ο αρχηγός ερευνητής της ομάδας. “Η μπαταρία ζημιώνεται και τα ηλεκτρόνια δεν τροφοδοτούν πλέον τη συσκευή σας.”
Η ενσωμάτωση ανόδιων από λιθίο μέταλλο σε στερεοκρατικές μπαταρίες-που περιλαμβάνουν τόσο στερεά όσο και υγρά ηλεκτρολύτα-θα μπορούσε πιθανώς να μειώσει τα προβλήματα που σχετίζονται με τις ίνες ενώ διατηρεί τα οφέλη της χρήσης του λιθίου.
Συχνές Ερωτήσεις – Στερεοκρατικές Μπαταρίες και Απαλά Βραχυκυκλώματα
1. Τι είναι οι στερεοκρατικές μπαταρίες;
Οι στερεοκρατικές μπαταρίες είναι μια τεχνολογία μπαταρίας στην οποία τα ανόδια (αρνητικά ηλεκτρόδια) είναι κατασκευασμένα από λιθίο μέταλλο. Το λιθίο μέταλλο έχει υψηλή χωρητικότητα ενέργειας, επιτρέποντας μεγαλύτερη αυτονομία οδήγησης για ηλεκτρικά οχήματα.
2. Τι είναι ένα απαλό βραχυκύκλωμα;
Ένα απαλό βραχυκύκλωμα είναι μια κατάσταση όπου ίνες από λιθίο από το ανόδιο διεισδύουν στον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας. Εάν αυτές οι ίνες επεκταθούν και σχηματίσουν ένα συνεχές “μονοπάτι” μεταξύ των ηλεκτροδίων, διακόπτουν τη ροή ιόντων και ηλεκτρονίων, οδηγώντας σε ζημιά της μπαταρίας και απώλεια ισχύος της συσκευής.
3. Πώς η έρευνα της ομάδας του Argonne επηρεάζει την ανάπτυξη των μπαταριών;
Η έρευνα της ομάδας του Argonne παρέχει γνώσεις και μεθόδους σχεδίασης για βελτιωμένες στερεοκρατικές μπαταρίες που ελαχιστοποιούν τα προβλήματα με τα απαλά βραχυκυκλώματα. Αυτό μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη της τεχνολογίας των μπαταριών για τα ηλεκτρικά οχήματα.
4. Ποια είναι τα οφέλη και οι προκλήσεις χρήσης του λιθίου μέταλλου σε στερεοκρατικές μπαταρίες;
Το λιθίο μέταλλο έχει υψηλή χωρητικότητα ενέργειας, επιτρέποντας μεγαλύτερη αυτονομία οδήγησης για ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, αντιδρά έντονα με υγρούς ηλεκτρολύτες, που μπορεί να οδηγήσει σε απαλά βραχυκυκλώματα και ζημιά της μπαταρίας.
5. Τι είναι οι ηλεκτρολύτες στις μπαταρίες;
Οι ηλεκτρολύτες είναι υλικά που μεταφέρουν φορτισμένα σωματίδια, γνωστά ως ιόντα, μεταξύ δύο ηλεκτροδίων της μπαταρίας, μετατρέποντας την αποθηκευμένη ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Σχετικοί Σύνδεσμοι:
1. [Εθνικό Εργαστήριο Argonne](https://www.anl.gov/)
2. [Υπουργείο Ενέργειας](https://www.energy.gov/)
3. [Περιοδικό Joule](https://www.cell.com/joule/home)
The source of the article is from the blog reporterosdelsur.com.mx