A hordóhatás az akkumulátor hőkezelésében
A modern akkumulátoros energiatároló rendszerekben (BESS) a hőkezelés túlmutat a biztonságos általános üzemi hőmérséklet fenntartásán. Kritikus, de gyakran figyelmen kívül hagyott cél az egyes cellák hőmérsékleti különbségeinek minimalizálása ugyanazon a rendszercsomagon belül. Amikor a cellák közötti hőmérséklet-ingadozások meghaladják az ésszerű határokat, az egyes cellák viselkedésében mutatkozó különbségek elkerülhetetlenül kiváltják a klasszikus "hordóeffektust", ahol az egész rendszer teljesítményét a leggyengébb cellakapcsolat határozza meg.
A lítium bevonat és a dendritképződés mechanizmusa
A lítium{0}}ionos akkumulátorok töltési ciklusa során a lítium-ionok a pozitív elektródáról a negatív grafit anód felé vándorolnak. Ideális esetben ezek az ionok simán beépülnek a grafit réteges szerkezetébe. Nem-ideális működési körülmények között azonban a lítium-ionok nem épülnek be megfelelően. Ehelyett közvetlenül az anód felületén fogadják be az elektronokat, és fémes lítiumlerakódássá válnak, ami egy káros jelenség, amelyet lítium bevonatként (Li Plating) ismernek.
Ahogy ez a fémes lítium továbbra is lerakódik, egyenetlenül különálló kristályos formákká növekszik, amelyek faágakra, tűkre vagy bajuszra emlékeztetnek, amelyeket együttesen lítium-dendriteknek minősítenek. Ez az ellenőrizetlen felhalmozódás komoly veszélyt jelent. Ha egy dendrit elég hosszúra nő ahhoz, hogy áttörje a belső polimer szeparátort, akkor közvetlen elektromos utat hoz létre a pozitív elektródához, katasztrofális belső rövidzárlatot okozva, amely hőkitörést válthat ki.
Termodinamikai instabilitás és kinetikai korlátozások
A lítium-dendritek növekedését termodinamikai és kinetikai tényezők kombinációja szabályozza. Termodinamikai szempontból a folyamatot erősen befolyásolja a "csúcshatás". Az anód felületén található mikroszkopikus kiemelkedések lokális területeket hoznak létre, kivételesen nagy elektromos térerősséggel és áramsűrűséggel. Ez a lokalizált energialökés elsősorban vonzza a bejövő lítium-ionokat, felgyorsítja a redukciót és a lerakódást a csúcsoknál, létrehozva a dendrit növekedésének ön-megerősítő pozitív visszacsatolási hurkát.
Kinetikai szempontból a korlátok a nem megfelelő szállítási sebességekből és a szerkezeti szabálytalanságokból erednek. Ha a töltőáram túl magas, vagy a környezeti hőmérséklet túl alacsonyra esik, a lítium-ionok diffúziós sebessége elmarad az elektrokémiai reakciósebességtől, ami súlyos lítium{1}}hiányt eredményez a határfelületen. Ezenkívül a mechanikai gyengeség, az egyenetlen kémiai összetétel és a szilárd elektrolit-közfázisú (SEI) membránon belüli inkonzisztens vastagság arra kényszeríti a lítium-ionokat, hogy elsősorban a leggyengébb pontokon hatoljanak át, átlyukasztva a SEI-réteget és felgyorsítva a dendrit terjedését.