Заряддалуучу литий-иондук батарейкалар биздин күнүмдүк жашообузда ноутбуктар менен уюлдук телефондордон тартып электр унааларына чейин көптөгөн электроникаларды кубаттоо үчүн колдонулат.Бүгүн базардагы литий-иондук батарейкалар, адатта, клетканын борборундагы электролит деп аталган суюк эритмеге таянат.

Батарея аппаратты кубаттап жатканда, литий иондору терс заряддуу учунан же аноддон суюк электролит аркылуу оң заряддалган учу же катодго өтөт.Батарея кайра заряддалып жатканда, иондор катоддон башка тарапка, электролит аркылуу анодго агышат.

Суюк электролиттерге таянган литий-иондук батарейкалардын негизги коопсуздук маселеси бар: алар ашыкча заряддалганда же кыска туташканда күйүп кетиши мүмкүн.Суюк электролиттерге коопсуз альтернатива анод менен катоддун ортосунда литий иондорун өткөрүү үчүн катуу электролиттерди колдонгон батареяны куруу болуп саналат.

Бирок, мурунку изилдөөлөр көрсөткөндөй, катуу электролит батарейка кубатталып жатканда аноддо чогулуп турган дендрит деп аталган кичинекей металлдык өсүштөрдү пайда кылат.Бул дендриттер батарейкаларды аз агымда кыска туташтырып, аларды жараксыз кылат.

Дендриттин өсүшү электролит менен аноддун ортосундагы чек арадагы электролиттеги майда кемчиликтерден башталат.Индиянын окумуштуулары жакында дендриттин өсүшүн басаңдатуунун жолун табышты.Электролит менен аноддун ортосуна жука металл катмарын кошуу менен, алар дендриттердин анодго өсүшүн токтото алышат.

Окумуштуулар бул жука металл катмарын куруу үчүн мүмкүн болгон металлдар катары алюминий менен вольфрамды изилдөөнү тандашкан.Себеби алюминий да, вольфрам да литий менен аралашпайт.Окумуштуулар бул литийдеги кемчиликтердин пайда болуу ыктымалдыгын азайтат деп ишенишкен.Эгерде тандалган металл литий менен эритсе, анда аз өлчөмдө литий убакыттын өтүшү менен металл катмарына жылып кетиши мүмкүн.Бул литийде боштук деп аталган кемчиликтин түрүн калтырып, анда дендрит пайда болот.

Металл катмардын эффективдуулугун текшеруу учун аккумуляторлордун уч туру жыйналды: бири литий анод менен катуу электролиттин ортосунда жука алюминий катмары бар, биринде вольфрам жука катмары бар, экинчисинде металлдык катмары жок.

Батареяларды сыноодон мурун окумуштуулар анод менен электролиттин ортосундагы чек араны тыкыр кароо үчүн сканерлөөчү электрондук микроскоп деп аталган жогорку кубаттуу микроскопту колдонушкан.Алар үлгүдөгү металл катмары жок майда боштуктарды жана тешиктерди көрүп, бул кемчиликтер дендриттер өсө турган жерлер болушу мүмкүн экенин белгилешти.Алюминий жана вольфрам катмарлары бар эки батарея тең жылмакай жана үзгүлтүксүз көрүндү.

Биринчи экспериментте ар бир аккумулятордо 24 саат бою туруктуу электр тогу айланды.Металл катмары жок батареянын кыска туташуусу болуп, дендриттин өсүшүнөн улам биринчи 9 сааттын ичинде иштебей калды.Бул алгачкы экспериментте алюминий же вольфрам бар батарея да ишке ашкан жок.

Кайсы металл катмары дендриттин өсүшүн токтотууда жакшыраак экенин аныктоо үчүн алюминий жана вольфрам катмарларынын үлгүлөрү боюнча дагы бир эксперимент жүргүзүлдү.Бул экспериментте батарейкалар мурунку экспериментте колдонулган токтон баштап, ар бир кадамда бир аз өлчөмдө көбөйүп, токтун тыгыздыгын жогорулатуу аркылуу айлантылды.

Батареянын кыска туташылышынын учурдагы тыгыздыгы дендриттин өсүшү үчүн критикалык токтун тыгыздыгы деп эсептелген.Алюминий катмары бар аккумулятор башталгыч токтун үч эсе, ал эми вольфрам катмары бар аккумулятор башталгыч токтон беш эсе ашык иштебей калды.Бул эксперимент вольфрам алюминийден ашып кеткендигин көрсөтүп турат.

Дагы, окумуштуулар анод менен электролиттин ортосундагы чекти текшерүү үчүн сканерлөөчү электрондук микроскопту колдонушкан.Алар металл катмарында мурунку экспериментте өлчөнгөн критикалык ток тыгыздыктарынын үчтөн экисинде боштуктар пайда боло баштаганын көрүштү.Бирок критикалык токтун тыгыздыгынын үчтөн биринде боштуктар болгон эмес.Бул боштуктун пайда болушу дендриттин өсүшүн улантаарын тастыктады.

Андан кийин илимпоздор вольфрам менен алюминийдин энергияга жана температуранын өзгөрүшүнө кандай жооп берери жөнүндө билгендерибизди колдонуп, литийдин бул металлдар менен кандай байланышта экенин түшүнүү үчүн эсептөө эсептөөлөрүн жүргүзүштү.Алар алюминий катмарлары литий менен өз ара аракеттенгенде боштуктардын пайда болуу ыктымалдуулугу жогору экенин көрсөтүштү.Бул эсептөөлөрдү колдонуу келечекте сыноо үчүн металлдын башка түрүн тандоону жеңилдетет.

Бул изилдөө электролит менен аноддун ортосуна жука металлдык катмар кошулганда катуу электролиттик батарейкалар ишенимдүүлүгүн көрсөттү.Окумуштуулар ошондой эле алюминийдин ордуна бир металлды, бул учурда вольфрамды экинчи металлдын ордуна тандоо батарейкаларды ого бетер узакка туруштук бере аларын көрсөтүштү.Батареялардын бул түрлөрүнүн иштешин жакшыртуу аларды бүгүн рынокто өтө тез күйүүчү суюк электролиттик батареяларды алмаштырууга бир кадам жакындатат.