Кайра заряддалуучу литий-иондук батареялар күнүмдүк жашообузда ноутбуктардан жана уюлдук телефондордон тартып электр унааларына чейин көптөгөн электрониканы кубаттоо үчүн колдонулат. Бүгүнкү күндө рыноктогу литий-иондук батареялар, адатта, клетканын борборунда жайгашкан электролит деп аталган суюк эритмеге таянат.

Батарея түзмөктү кубаттап жатканда, литий иондору терс заряддалган учунан же аноддон суюк электролит аркылуу оң заряддалган учуна же катодго өтөт. Батарея кайра заряддалып жатканда, иондор катоддон электролит аркылуу анодго карама-каршы багытта агат.

Суюк электролиттерге негизделген литий-иондук батареялардын коопсуздук маселеси чоң: алар ашыкча заряддалганда же кыска туташканда күйүп кетиши мүмкүн. Суюк электролиттерге коопсуз альтернатива - анод менен катоддун ортосунда литий иондорун ташуу үчүн катуу электролитти колдонгон батареяны куруу.

Бирок, мурунку изилдөөлөр көрсөткөндөй, катуу электролит батарея заряддалып жатканда аноддо дендриттер деп аталган кичинекей металл өсүндүлөрүнүн пайда болушуна алып келет. Бул дендриттер батареяларды төмөнкү токтун учурунда кыска туташтырат, бул аларды колдонууга жараксыз кылат.

Дендриттин өсүшү электролит менен аноддун чек арасындагы электролиттеги кичинекей кемчиликтерден башталат. Индиядагы окумуштуулар жакында эле дендриттин өсүшүн жайлатуунун жолун табышты. Электролит менен аноддун ортосуна жука металл катмарын кошуу менен, алар дендриттердин анодго өсүшүнө жол бербейт.

Окумуштуулар бул жука металл катмарын куруу үчүн алюминий менен вольфрамды мүмкүн болгон металлдар катары изилдөөнү чечишкен. Себеби, алюминий да, вольфрам да литий менен эритме аралашпайт же эритме эмес. Окумуштуулар бул литийде кемчиликтердин пайда болуу ыктымалдыгын азайтат деп ишенишкен. Эгерде тандалган металл литий менен эритме болсо, убакыттын өтүшү менен аз өлчөмдөгү литий металл катмарына өтүп кетиши мүмкүн. Бул литийде боштук деп аталган кемчиликти калтырып, анда дендрит пайда болушу мүмкүн.

Металл катмарынын эффективдүүлүгүн текшерүү үчүн үч типтеги батареялар чогултулган: биринде литий аноду менен катуу электролиттин ортосунда жука алюминий катмары, экинчисинде вольфрамдын жука катмары жана экинчисинде металл катмары жок.

Батареяларды сынап көрүүдөн мурун, окумуштуулар анод менен электролиттин ортосундагы чек араны кылдаттык менен карап чыгуу үчүн сканерлөөчү электрондук микроскоп деп аталган жогорку кубаттуулуктагы микроскопту колдонушкан. Алар үлгүдө металл катмары жок кичинекей боштуктарды жана тешиктерди көрүшкөн жана бул кемчиликтер дендриттердин өсүшү үчүн орун болушу мүмкүн экенин белгилешкен. Алюминий жана вольфрам катмарлары бар эки батарея тең жылмакай жана үзгүлтүксүз көрүнгөн.

Биринчи экспериментте ар бир батарея аркылуу 24 саат бою туруктуу электр тогу өткөрүлгөн. Металл катмары жок батарея алгачкы 9 сааттын ичинде кыска туташуудан улам иштен чыгып калган, бул дендриттин өсүшүнө байланыштуу болушу мүмкүн. Бул алгачкы экспериментте алюминий же вольфрам кошулган эки батарея тең иштен чыккан эмес.

Дендриттин өсүшүн токтотууда кайсы металл катмары жакшыраак экенин аныктоо үчүн, алюминий жана вольфрам катмарынын үлгүлөрүндө гана дагы бир эксперимент жүргүзүлдү. Бул экспериментте батареялар мурунку экспериментте колдонулган ток күчүнөн баштап, ар бир кадамда бир аз көбөйтүлүп, ток тыгыздыгын жогорулатуу аркылуу циклдик түрдө иштетилди.

Батареянын кыска туташуусуна алып келген токтун тыгыздыгы дендриттин өсүшү үчүн маанилүү токтун тыгыздыгы деп эсептелген. Алюминий катмары бар батарея баштапкы токтун үч эсе көптүгүндө, ал эми вольфрам катмары бар батарея баштапкы токтун беш эсе көптүгүндө иштен чыккан. Бул эксперимент вольфрам алюминийден жакшыраак иштегенин көрсөтүп турат.

Окумуштуулар кайрадан анод менен электролиттин ортосундагы чек араны текшерүү үчүн сканерлөөчү электрондук микроскопту колдонушкан. Алар мурунку экспериментте өлчөнгөн критикалык ток тыгыздыгынын үчтөн эки бөлүгүндө металл катмарында боштуктар пайда боло баштаганын көрүшкөн. Бирок, критикалык ток тыгыздыгынын үчтөн бир бөлүгүндө боштуктар болгон эмес. Бул боштуктардын пайда болушу дендриттердин өсүшү менен улана берерин тастыктады.

Андан кийин окумуштуулар вольфрам менен алюминийдин энергиянын жана температуранын өзгөрүшүнө кандай жооп кайтарары жөнүндө билгендерибизди колдонуп, литийдин бул металлдар менен кандайча өз ара аракеттенишерин түшүнүү үчүн эсептөөлөрдү жүргүзүштү. Алар алюминий катмарларында литий менен өз ара аракеттенишкенде боштуктардын пайда болуу ыктымалдыгы жогору экенин көрсөтүштү. Бул эсептөөлөрдү колдонуу келечекте сыноо үчүн башка металл түрүн тандоону жеңилдетет.

Бул изилдөө электролит менен аноддун ортосуна жука металл катмары кошулганда катуу электролит батареялары ишенимдүүрөөк болорун көрсөттү. Окумуштуулар ошондой эле бир металлды экинчисинин ордуна тандоо, бул учурда алюминийдин ордуна вольфрамды колдонуу батареялардын иштөө мөөнөтүн ого бетер узарта аларын көрсөтүштү. Бул типтеги батареялардын иштешин жакшыртуу аларды бүгүнкү күндөгү рыноктогу тез күйүүчү суюк электролит батареяларын алмаштырууга бир кадам жакындатат.