Baterie litowo-jonowe są powszechnie stosowane w urządzeniach elektronicznych, a także w samochodach elektrycznych, i właśnie te będą nas interesowały. Mimo że są one wydajne i trwałe, jednym z problemów, którym muszą stawić czoła, są dendryty. Zjawisko znane naukowcom od dawna. Postaram się wytłumaczyć to najprościej jak się da, nie wdając się w zbyt zawiłe zagadnienia z fizyki czy chemii. W końcu nie robimy tu doktoratu z zagadnień takich jak zasada działania baterii trakcyjnych, jednak uważam, że dobrze jest wiedzieć jakie ograniczenia i zagrożenia czekają na to co wozimy pod podłogą w naszym EV, i jak z tym walczą producenci tychże baterii...
Choć dosłownie mikroskopijne, dendryty mogą nieźle namieszać w naszej baterii...
Dendryty to mikroskopijne struktury, które tworzą się na elektrodach baterii litowo-jonowych podczas ich pracy. Powstają, gdy jony litu osadzają się na powierzchni elektrody podczas ładowania baterii. Te małe, roślino podobne struktury mają tendencję do rośnięcia i łączenia się z elektrodami, co prowadzi do skracania życia baterii i zwiększenia ryzyka uszkodzenia baterii podczas zwarcia, do którego mogą doprowadzić właśnie dendryty.
Producenci baterii litowo-jonowych podejmują wiele działań, aby zmniejszyć ryzyko tworzenia się dendrytów. Jednym z najważniejszych sposobów na zapobieganie powstawaniu dendrytów jest stosowanie elektrolitów, które zmniejszają ryzyko tworzenia się tych struktur.
Oto niektóre elektrolity, które są znane z redukcji ryzyka powstania dendrytów w bateriach litowo-jonowych:
- Elektrolit polimerowy - jest jednym z elektrolitów o niskiej toksyczności, który zapobiega powstawaniu dendrytów na anodzie. Może on również zwiększyć stabilność termiczną baterii.
- Elektrolit węglanowy - jest elektrolitem na bazie soli litowej, który może również zmniejszyć ryzyko powstawania dendrytów na elektrodzie.
- Elektrolit o wysokim stopniu solwatacji - takie jak elektrolit siarczanowy, są znane z redukcji ryzyka powstania dendrytów na elektrodach baterii litowo-jonowych.
- Elektrolit na bazie eteru - takie jak elektrolit etylenowy, są znane z redukcji ryzyka powstania dendrytów na elektrodach baterii.
Warto jednak zauważyć, że wybór elektrolitu zależy od konkretnych wymagań dotyczących baterii litowo-jonowych. Ostatecznie, optymalny elektrolit powinien być dopasowany do specyfikacji baterii, aby zapewnić najlepszą wydajność i żywotność i tak właśnie zapewne postępują producenci baterii. Pamiętajmy, że baterie trakcyjne muszą działać w skrajnie różnych warunkach, od upałów Hiszpanii, czy Kalifornii, aż po siarczyste mrozy północnej Norwegii czy Szwecji. I właśnie ta mocno ujemne temperatura jest bardzo ciekawym zagadnieniem, o którym zaraz dowiecie się więcej.
Kolejnym sposobem stosowanym przez producentów jest zwiększenie odległości między elektrodami, co zmniejsza prawdopodobieństwo powstawania dendrytów i połączenia się ich. Innym rozwiązaniem jest stosowanie elektrody węglowej, która może pochłaniać jony litu i zapobiegać tworzeniu się dendrytów. Producenci baterii stosują również różne strategie projektowe, takie jak zmiana kształtu elektrody, aby zmniejszyć ryzyko powstawania niepożądanego zjawiska.
Jednym z najbardziej kontrowersyjnych rozwiązań w celu zwalczania dendrytów jest narażenie baterii na niskie temperatury. Teoretycznie, gdy bateria jest narażona na niską temperaturę, dendryty powinny się obkruszać i odpadać, co może przywrócić choć trochę stan baterii do pierwotnego stanu. Jednakże, takie rozwiązanie może skrócić żywotność baterii i powodować inne problemy związane z temperaturą, takie jak zamarznięcie elektrolitu. Jeśli jednak bateria będzie narażona na "rozsądną" niską temperaturę, tak jak podczas normalnej dość mroźnej zimy, niska temperatura wpływa na ogólny stan baterii dość dobrze. Oczywiście mówimy tu tylko o czasowym przemrożeniu pakietu, a nie trzymaniu go miesiącami na mrozie rzędu -30 stopni Celsjusza. Baterie nie lubią zimna ani zbytniego gorąca, tak więc mrozik? Tak, ale od czasu do czasu i na dość krótko. Wtedy nie zaszkodzi on naszemu pakietowi a poprzez obkruszenie się dendrytów wręcz mu pomoże.
Podsumowując, dendryty są jednym z problemów, którym muszą stawić czoła producenci baterii litowo-jonowych. Pomimo tego, że wiele rozwiązań zostało opracowanych w celu zmniejszenia ryzyka tworzenia się dendrytów, nie można się ich pozbyć permanentnie, na dziś. Jednak zapewne rozwój technologiczny, jeśli chodzi o zaawansowanie baterii, wkrótce sprawi, że nie będziemy się przejmować tym zjawiskiem.
Źródłoa: Jodirund.com, Electronic Products, che.engineering.ucdavis.edu
