Ефектът на барел в термичното управление на батерията
В съвременните системи за съхранение на енергия от батерии (BESS) управлението на топлината надхвърля простото поддържане на безопасна обща работна температура. Критична, но често пренебрегвана цел е минимизирането на температурните разлики на отделните клетки в рамките на един и същи системен пакет. Когато температурните вариации в клетките надхвърлят разумните граници, разликите в поведението на отделните клетки неизбежно задействат класическия "Ефект на цевта", където работата на цялата система се диктува от нейната най-слаба клетъчна връзка.
Литиево покритие и механизмът на образуване на дендрити
По време на цикъла на зареждане на литиево-йонните батерии литиевите йони мигрират от положителния електрод към отрицателния графитен анод. В идеалния случай тези йони трябва плавно да се интеркалират в слоестата структура на графита. При не-идеални работни условия обаче литиевите йони не успяват да се вградят правилно. Вместо това те приемат електрони директно на повърхността на анода, като се редуцират до отлагане на метален литий, вредно явление, известно като литиево покритие (Li Plating).
Докато този метален литий продължава да се отлага, той расте неравномерно в различни кристални форми, наподобяващи дървесни клони, игли или мустаци, които колективно се класифицират като литиеви дендрити. Това неконтролирано натрупване представлява сериозна опасност. Ако дендритът расте достатъчно дълго, за да пробие вътрешния полимерен сепаратор, той създава директен електрически път към положителния електрод, причинявайки катастрофално вътрешно късо съединение, което може да предизвика термично бягане.
Термодинамична нестабилност и кинетични ограничения
Растежът на литиевите дендрити се управлява от комбинация от термодинамични и кинетични фактори. От термодинамична гледна точка процесът е силно повлиян от "ефекта на върха". Микроскопичните издатини върху повърхността на анода създават локализирани области с изключително висок интензитет на електрическото поле и плътност на тока. Този локализиран енергиен прилив преференциално привлича входящите литиеви йони, ускорявайки намаляването и отлагането на върховете, създавайки само-подсилваща се верига за положителна обратна връзка за растеж на дендритите.
От кинетична гледна точка ограниченията произтичат от несъответстващи скорости на транспортиране и структурни нередности. Когато зарядният ток е твърде висок или температурата на околната среда падне твърде ниско, скоростта на дифузия на литиевите йони изостава от скоростта на електрохимичната реакция, което води до сериозен дефицит на литий-йони на интерфейса. Освен това механичната слабост, неравномерният химичен състав и непостоянната дебелина в мембраната на междинната фаза на твърдия електролит (SEI) принуждават литиевите йони да проникват преференциално през най-слабите точки, пробивайки слоя SEI и ускорявайки разпространението на дендритите.