Від чого вмирають багато разів використані акумулятори та чи можна їх повернути до життя звичайним нагріванням, з'ясували вчені з Каліфорнійського технологічного інституту.
Провівши натурні експерименти, вчені довели, що сіли батарейки в середньому відскакують вище, ніж невикористані.
Детальніше:
Тепер же американські матеріалознавці з Каліфорнійського технологічного інституту поставили собі за мету з'ясувати трохи інше - що відбувається в використовуваних в побуті акумуляторах і як запобігти їх вихід з ладу.
Акумулятор батареї складається з позитивного і негативного електрода - катода і анода. І під час роботи джерела електрони рухаються з анода через споживача енергії на катод.
Втрачаючи електрони, носії струму, деякі атоми на аноді (виконаному, наприклад, з літію), стають позитивно зарядженими іонами і рухаються до катода через провідну рідину, звану електролітом.
Кожен раз перезаряджаючи акумулятор, ми звертаємо цей процес і позитивно заряджені іони рухаються назад на анод, проте осідають на ньому нерівномірно.
Дослідження показало, що, осідаючи, вони утворюють мікроскопічні деревовидні нарости, названі дендритами.
Коли ці дендрити стають настільки довгими, що досягають і стосуються протилежної катода, відбувається коротке замикання. У цьому випадку електричний струм тече не по зовнішньому контуру, а за цими дендритам, що наближає смерть акумулятора.
Більш того, струм, поточний по дендритам, розігріває їх, і, оскільки електроліти бувають легкозаймистими, це може призвести до займання елемента. Але навіть якщо ці відростки невеликі і не викликають короткого замикання, вони можуть повністю відриватися від анода і плавати в електроліті. В цьому випадку анод просто втрачає свій матеріал, і батарея вже не може накопичувати достатньо енергії.
«Дендрити небезпечні, вони зменшують ємність батарей, що перезаряджаються», - впевнений Асгар Арьянфар, керівник дослідження з Калтеха. У дослідженні брав участь і виходець з Росії, фахівець з матеріалознавства Борис Меринів. Щоб спробувати позбутися від шкідливих наростів, вчені нагрівали елементи до 55 градусів Цельсія протягом двох днів.
Детальніше:
З'ясувалося, що такий нагрів привів до зменшення наростів на 36%.
А зрозуміти, як саме руйнуються ці освіти при дії високої температури, матеріалознавцям допомогло комп'ютерне моделювання. Для цього вони простежили за окремими атомами в моделі дендрита, що має форму звичайної піраміди.
Симуляції показали, що нагрівання призводить до того, що, по-перше, атоми на вершині піраміди сповзають вниз і, по-друге, атоми на нижніх рівнях можуть покинути наріст зовсім і на його місце падає інший атом металу. Таким чином атоми, з яких складається дендрит, перемішуються і тремтять, що в кінцевому підсумку призводить до його руйнування.
Зумівши визначити, скільки енергії потрібно, щоб повністю зруйнувати дендрит, вчені зможуть краще зрозуміти його структуру і характеристики. І хоча вчені визнають, що до кінця не вивчили феномен руйнування дендритів при нагріванні, вони впевнені, що для принаймні часткового відновлення акумуляторів досить небагато їх нагріти.