Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dendrity představují pro technologie baterií velký problém. Jedná se o vlákna, která vznikají ve fázi vylučování látek na elektrodě. V důsledku toho se zhoršují parametry baterie, dochází k nežádoucím reakcím elektrolytu s lithiem. Dendrity navíc mohou prorůst mezi oběma elektrodami tak, že způsobí zkrat, přinášejí i riziko vzplanutí/výbuchu baterie.
Vědci z Pacific Northwest National Laboratory ve studii publikované v Nature Nanotechnology nyní podrobně zkoumali jak samotné dendrity, tak i tzv. vousy (whiskers – poznámka PH: z tiskové zprávy není jasné, jaký je mezi oběma těmito druhy kazů vlastně rozdíl; dendrity jsou snad větvící se vlákna, vousy jejich jednotlivé „jehlice“). Autoři výzkumu Chongmin Wang, Wu Xu a Yang He uvádějí, že se jim podařilo identifikovat konkrétní sloučeninu, která je hlavní příčinou celého jevu. Dendrity vyrůstají z mezifáze pevného elektrolytu na rozhraní lithiového povrchu anody a kapalného elektrolytu. Za jejich vznik může prý etylenkarbonát (sumární vzorec C3H4O3), rozpouštědlo přidávané do elektrolytu kvůli zvýšení výkonu baterie.
Vědci podrobně zachytili proces vzniku a růstu dendritu; jeho struktura se zvětšuje nejprve pomalu, prý podobně, jako se v krápníkových jeskyních utvářejí stalagmity, pak ale vous náhle vystřelí. Sledování se podařilo pomocí mikroskopie AFM (mikroskopie atomárních sil) a ETEM (environmentální transmisní elektronová mikroskopie; poznámka PH. Běžně se užívá TEM, jak se liší TEM a ETEM?). Hrot mikroskopu AFM umožnil i stanovit sílu, kterou vous při svém růstu působí.
Závěr má znít: Čím více etylenkarbonátu v elektrolytu, tím více dendritů/vousů. Naopak některé látky jejich růst potlačují nebo alespoň zpomalují, např. cyklohexanon.
Dendrity představují ještě větší problém u baterií lithium-kov. Tato varianta běžných Li-Ion baterií by umožňovala větší hustotu ukládané energie, ale kvůli dendritům se prakticky nepoužívá. Možná se to teď změní?
Origin of lithium whisker formation and growth under stress, Nature Nanotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41565-019-0558-z , https://nature.com/articles/s41565-019-0558-z
Zdroj: Pacific Northwest National Laboratory/Phys.org
Nemá to souvislost s problémem, kterým se čelilo v galvanovnách při pokovování? A to pochopitelnou skutečnost, že na nerovnost v pokovovaném místě se ukládá kov rychleji, patrně kvůli vyššímu napěťovému/proudovému gradientu v elektrolytu, tím se nerovnost zvyšuje, roste dendrit. V pokovování (vesměs tenou vrstvou) to samozřejmě nevede ke zkratu, ale vyloučený povlak je drsný a nelesklý. Proto se do lázně přidávaly „leskutvorné“ přísady, které tento jev potlačovaly (mechanismus neznám, pracoval jsem na galvanovně cca půl roku, a ač chemik, nepřipadlo mi to tehdy nějak zajímavé). Zajímavé, až i překvapující bylo, že se mimo jiné přidával sacharin. Ano, to umělé sladidlo. nevím, jak se na to přišlo, připomínalo mi to trochu alchymistické pokusy. Ale ke kvalitnějšímu pokovení to vedlo. Možná, že pro potlačení dendritů by se měl hledat podobný mechanismus.
Jelikoz autorovi clanku neni jasne, jak se lisi TEM a ETEM, pokusim se tento rozdil vysvetlit:
U TEM musi byt zkoumany vzorek umisten ve vakuu, coz cini tuto technologii v mnoha pripadech nepouzitelnou – treba biologicke vzorky nebo zde zkoumane baterie by vakuum jednoduse znicilo. U ETEM je vzorek v prirozenych podminkach zapeceten ve specialni schrance a tato schranka se pak umistni do vakua na spicku TEM, ktery vzorek uvnitr zkouma pres elektrony propoustejici okenka.
to milan stanko: dekuji!
re: sacharin – hezke by bylo, kdyby to byla cukrova baterie (kdysi predvadela sony), vedle sebe by se pak vyuzival cukr i sacharin. samozrejme, muselo by to byt dobijitelne, jinak by se s ochranou elektrod nikdo neobtezoval (dobijeni by bylo obdobu fotosyntezy. nebo by se to dobijelo svetlem. na zaver by se recyklovalo tak, ze by uzivatel snedl zbyly cukr, sacharin a asi i nejakou zivou hmotu, bakterie, rasy apod., ktera by byla potrebna pro to dobieni.)