Зарядландырыла торган литий ион батарейкалары көндәлек тормышыбызда ноутбуклардан, кәрәзле телефоннан электр машиналарына кадәр күп электрониканы эшләтеп җибәрү өчен кулланыла.Бүгенге көндә базардагы литий ион батарейкалары, гадәттә, күзәнәк үзәгендә электролит дип аталган сыек эремәгә таяналар.

Батарейка җайланма белән эшләгәндә, литий ионнары тискәре корылган очтан, яки анодтан, сыек электролит аша, уңай корылган очка яки катодка күчә.Батарейка зарядка ясалганда, ионнар катодтан, электролит аша, анодка бүтән юнәлешне агызалар.

Сыек электролитларга таянган литий ион батарейкаларында төп куркынычсызлык проблемасы бар: алар артык зарядланган яки кыска схемада утка тотынырга мөмкин.Сыек электролитларга куркынычсыз альтернатива - анод белән катод арасында литий ионнарын йөртү өчен каты электролит кулланган батарея төзү.

Ләкин, алдагы тикшеренүләр ачыклаганча, каты электролит кечкенә металл үсүгә китергән, дендрит дип аталган, бу батарея зарядланган вакытта анодта корылачак.Бу дендритлар батарейкаларны түбән агымнарда кыска схемага кертә, аларны кулланып булмый.

Дендрит үсеше электролитның кечкенә җитешсезлекләреннән башлана, электролит белән анод арасындагы чик.Күптән түгел Indiaиндстан галимнәре дендрит үсешен әкренләтү ысулын таптылар.Электролит һәм анод арасында нечкә металл катлам өстәп, алар дендритларның анодка үсүен туктата алалар.

Галимнәр бу нечкә металл катламны төзү өчен алюминий һәм вольфрамны мөмкин кадәр металл өйрәнергә булдылар.Чөнки алюминий да, вольфрам да, литий белән дә катнашмый.Галимнәр бу литийда кимчелекләр барлыкка килү ихтималын киметәчәк дип саныйлар.Әгәр сайланган металл литий белән эретелгән булса, аз күләмле литий вакыт узу белән металл катламга күчә ала.Бу литийда бушлык дип аталган кимчелекне калдырачак, анда дендрит барлыкка килергә мөмкин.

Металл катламның эффективлыгын сынап карау өчен, өч төрле батарея җыелды: берсе литий анод белән каты электролит арасында нечкә алюминий катламы, берсе вольфрамның нечкә катламы, берсе металл катламы булмаган.

Батарейкаларны сынап караганчы, галимнәр анод белән электролит арасындагы чикне игътибар белән карау өчен, сканерлау электрон микроскопы дип аталган югары көчле микроскоп кулландылар.Алар металл катлам булмаган үрнәктә кечкенә бушлыклар һәм тишекләр күрделәр, бу кимчелекләрнең дендритлар үсү урыны булуын искәрттеләр.Алюминий һәм вольфрам катламнары булган батарейкалар шома һәм өзлексез күренде.

Беренче экспериментта даими электр токы һәр батарея аша 24 сәгать велосипедта йөрде.Металл катлам булмаган батарея кыска әйләнештә һәм беренче 9 сәгать эчендә эшләмәде, мөгаен, дендрит үсеше аркасында.Бу башлангыч экспериментта алюминий яки вольфрам белән батарея да уңышсыз калды.

Дендрит үсешен туктатуда нинди металл катламның яхшырак икәнен ачыклау өчен, алюминий һәм вольфрам катламы үрнәкләрендә тагын бер эксперимент үткәрелде.Бу экспериментта батарейкалар ток тыгызлыгын арттыру аша велосипедта йөрделәр, алдагы экспериментта кулланылган токтан башлап, һәр адымда аз күләмдә арттылар.

Батарейка кыска әйләнештәге агым тыгызлыгы дендрит үсеше өчен критик ток тыгызлыгы дип санала.Алюминий катламы булган батарея башлангыч токның өч тапкыр, вольфрам катламы булган батарея башлангыч токның биш тапкырга артыграк эшләмәде.Бу эксперимент вольфрамның алюминийдан өстен булуын күрсәтә.

Яңадан, галимнәр сканерлау электрон микроскопын кулланып, анод һәм электролит арасындагы чикне тикшерделәр.Алдагы экспериментта үлчәнгән критик ток тыгызлыгының өчтән ике өлешендә металл катламда бушлыклар барлыкка килә башлаганнарын күрделәр.Ләкин, критик ток тыгызлыгының өчтән берендә бушлыклар юк иде.Бу буш формалашуның дендрит үсешен дәвам итүен раслады.

Аннары галимнәр литийның бу металллар белән үзара бәйләнешен аңлау өчен исәпләү исәпләүләре үткәрделәр, вольфрам һәм алюминийның энергия һәм температура үзгәрүләренә ничек җавап биргәнен белгәннәребезне кулланып.Алар алюминий катламнарының литий белән үзара бәйләнештә бушлыклар үсеше ихтималының зур булуын күрсәттеләр.Бу исәпләүләрне куллану киләчәктә сынау өчен металлның башка төрен сайлау җиңелрәк булыр.

Бу тикшеренү күрсәткәнчә, электролит белән анод арасында нечкә металл катлам кушылганда каты электролит батарейкалары ышанычлырак.Галимнәр шулай ук ​​күрсәттеләр: бер металлны икенчесенә сайлау, бу очракта вольфрам алюминий урынына, батарейкалар тагын да озаграк булырга мөмкин.Бу төр батарейкаларның эшләвен яхшырту аларга бүген базарда бик янып торган сыек электролит батарейкаларын алыштыруга бер адым якынрак китерәчәк.