Ефект бочки в терморегулюванні батареї
У сучасних акумуляторних системах зберігання енергії (BESS) управління температурою виходить за рамки простого підтримання безпечної загальної робочої температури. Важливою, але часто забутою метою є мінімізація різниці температур окремих клітинок в одній системі. Коли коливання температури між осередками перевищують розумні межі, відмінності в поведінці окремих осередків неминуче викликають класичний «ефект бочки», коли продуктивність усієї системи визначається її найслабшою ланкою осередку.
Покриття літієм і механізм утворення дендритів
Під час циклу заряджання літій{0}}іонних акумуляторів іони літію мігрують від позитивного електрода до негативного графітового анода. В ідеалі ці іони повинні плавно проникати в шарувату структуру графіту. Однак за не-ідеальних робочих умов іони літію не впроваджуються належним чином. Натомість вони приймають електрони безпосередньо на поверхні анода, перетворюючись на металеве осадження літію, шкідливе явище, відоме як літієве покриття (Li Plating).
Оскільки цей металевий літій продовжує осідати, він нерівномірно зростає в чіткі кристалічні форми, схожі на гілки дерев, голки або вуса, які разом класифікуються як літієві дендрити. Це неконтрольоване накопичення становить серйозну небезпеку. Якщо дендрит росте достатньо, щоб пробити внутрішній полімерний сепаратор, він створює прямий електричний шлях до позитивного електрода, спричиняючи катастрофічне внутрішнє коротке замикання, яке може спровокувати термічний відтік.
Термодинамічна нестійкість і кінетичні обмеження
Зростання літієвих дендритів регулюється комбінацією термодинамічних і кінетичних факторів. З термодинамічної точки зору на процес сильно впливає «ефект верхівки». Мікроскопічні виступи на поверхні анода створюють локалізовані області з надзвичайно високою інтенсивністю електричного поля та щільністю струму. Цей локалізований сплеск енергії переважно приваблює вхідні іони літію, прискорюючи відновлення та відкладення на кінчиках, створюючи само-петлю позитивного зворотного зв’язку росту дендритів.
З кінетичної точки зору обмеження виникають через неузгоджені швидкості транспортування та структурні порушення. Коли зарядний струм надто високий або температура навколишнього середовища падає надто низько, швидкість дифузії іонів літію відстає від швидкості електрохімічної реакції, що призводить до сильного дефіциту літій-іонів на межі розділу. Крім того, механічна слабкість, нерівномірний хімічний склад і невідповідна товщина мембрани межфазного твердого електроліту (SEI) змушують іони літію переважно проникати через найслабші місця, проколюючи шар SEI і прискорюючи поширення дендритів.