Mucas efekts akumulatora siltuma pārvaldībā
Mūsdienu akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmās (BESS) siltuma pārvaldība pārsniedz tikai drošas kopējās darba temperatūras uzturēšanu. Kritisks, bet bieži aizmirsts mērķis ir samazināt atsevišķu šūnu temperatūras atšķirības vienā sistēmas pakotnē. Ja temperatūras svārstības šūnās pārsniedz saprātīgas robežas, atsevišķu šūnu uzvedības atšķirības neizbēgami izraisa klasisko "stobra efektu", kur visas sistēmas veiktspēju nosaka tās vājākā šūnas saite.
Litija pārklāšana un dendrīta veidošanās mehānisms
Litija{0}}jonu akumulatoru uzlādes cikla laikā litija joni migrē no pozitīvā elektroda uz negatīvo grafīta anodu. Ideālā gadījumā šiem joniem vienmērīgi jāiekļaujas grafīta slāņveida struktūrā. Tomēr ne-ideālos darbības apstākļos litija joni nespēj pareizi iekļauties. Tā vietā tie pieņem elektronus tieši pie anoda virsmas, kļūstot par metālisku litija nogulsnēšanos, kas ir kaitīga parādība, kas pazīstama kā litija pārklājums (Li pārklājums).
Tā kā šis metāliskais litijs turpina nogulsnēties, tas nevienmērīgi izaug atšķirīgās kristāliskās formās, kas atgādina koku zarus, skujas vai ūsas, kas kopā tiek klasificēti kā litija dendriti. Šī nekontrolētā uzkrāšanās rada nopietnus draudus. Ja dendrīts aug pietiekami garš, lai caurdurtu iekšējo polimēra separatoru, tas rada tiešu elektrisko ceļu uz pozitīvo elektrodu, izraisot katastrofālu iekšējo īssavienojumu, kas var izraisīt termisku aizbēgšanu.
Termodinamiskā nestabilitāte un kinētiskie ierobežojumi
Litija dendrītu augšanu regulē termodinamisko un kinētisko faktoru kombinācija. No termodinamiskā viedokļa procesu lielā mērā ietekmē "pagales efekts". Mikroskopiski izvirzījumi uz anoda virsmas rada lokalizētas zonas ar īpaši augstu elektriskā lauka intensitāti un strāvas blīvumu. Šis lokalizētais enerģijas pieaugums galvenokārt piesaista ienākošos litija jonus, paātrinot samazināšanos un nogulsnēšanos galos, radot pašpastiprinošu dendrīta augšanas atgriezeniskās saites cilpu.
No kinētiskā viedokļa ierobežojumi izriet no neatbilstošiem transporta tarifiem un strukturāliem pārkāpumiem. Ja uzlādes strāva ir pārāk augsta vai apkārtējā temperatūra pazeminās pārāk zemu, litija jonu difūzijas ātrums atpaliek no elektroķīmiskās reakcijas ātruma, kā rezultātā saskarnē rodas nopietns litija jonu deficīts. Turklāt mehāniskais vājums, nevienmērīgs ķīmiskais sastāvs un nekonsekvents biezums cietās elektrolītu starpfāzes (SEI) membrānā liek litija joniem labāk iekļūt vājākajās vietās, caurdurot SEI slāni un paātrinot dendrīta izplatīšanos.