Көндәлек тормышыбызда ноутбуклардан һәм кәрәзле телефоннардан алып электр машиналарына кадәр күп электроника җиһазларын эшләтеп җибәрү өчен кабат зарядланучы литий-ион батареялары кулланыла. Бүгенге көндә базардагы литий-ион батареялары, гадәттә, элемент үзәгендә электролит дип аталган сыек эремәгә таяна.

Батарея җайланманы эшләткәндә, литий ионнары тискәре зарядланган очтан яки анодтан сыек электролит аша уңай зарядланган очка яки катодка күчә. Батарея зарядланганда, ионнар катодтан кире юнәлештә, электролит аша анодка ага.

Сыек электролитларга нигезләнгән литий-ион батареяларының зур куркынычсызлык проблемасы бар: алар артык зарядланганда яки кыска ялганыш вакытында яна ала. Сыек электролитларга куркынычсызрак альтернатива - анод һәм катод арасында литий ионнарын йөртү өчен каты электролит кулланучы батарея төзү.

Шулай да, алдагы тикшеренүләр күрсәткәнчә, каты электролит батарея зарядланганда анодта дендритлар дип аталган кечкенә металл үсентеләр барлыкка китерә. Бу дендритлар батареяларны түбән токта кыска ялганышка китерә, шуның белән аларны куллануга яраксыз итә.

Дендрит үсеше электролит һәм анод чигендәге электролиттагы кечкенә җитешсезлекләрдән башлана. Һиндстан галимнәре күптән түгел дендрит үсешен әкренәйтү ысулын ачтылар. Электролит һәм анод арасына юка металл катлам өстәп, алар дендритларның анодка үсүен туктата ала.

Галимнәр бу юка металл катламны төзү өчен алюминий һәм вольфрамны мөмкин булган металлар буларак өйрәнергә булдылар. Чөнки алюминий да, вольфрам да литий белән кушылмый, яки корычма. Галимнәр моның литийда җитешсезлекләр барлыкка килү ихтималын киметәчәгенә ышанганнар. Әгәр сайланган металл литий белән кушылса, вакыт узу белән аз күләмдә литий металл катламына күчә ала. Бу литийда бушлык дип аталган җитешсезлек калдырыр иде, анда дендрит барлыкка килә алыр иде.

Металл катламның нәтиҗәлелеген тикшерү өчен өч төр батарея җыелган: берсе литий аноды һәм каты электролит арасында юка алюминий катламы белән, берсе юка вольфрам катламы белән, ә икенчесе металл катламсыз.

Батареяларны сынап караганчы, галимнәр анод һәм электролит арасындагы чикне җентекләп карау өчен сканерлаучы электрон микроскоп дип аталган югары куәтле микроскоп кулланганнар. Алар үрнәктә металл катламы булмаган кечкенә ярыклар һәм тишекләр күргәннәр, һәм бу җитешсезлекләрнең дендритлар үсү урыннары булуы ихтималлыгын билгеләп үткәннәр. Алюминий һәм вольфрам катламнары булган ике батарея да шома һәм өзлексез күренгән.

Беренче экспериментта һәр батарея аша 24 сәгать дәвамында даими электр тогы үткәрелде. Металл катламы булмаган батарея кыска ялганышка эләкте һәм беренче 9 сәгать эчендә ватылды, мөгаен, дендрит үсүе аркасында. Бу башлангыч экспериментта алюминий яки вольфрамлы батареяларның берсе дә ватылмады.

Дендрит үсешен туктатуда кайсы металл катламы яхшырак икәнен билгеләү өчен, алюминий һәм вольфрам катламы үрнәкләрендә генә тагын бер тәҗрибә үткәрелде. Бу тәҗрибәдә батареялар ток тыгызлыгын арттырып, алдагы тәҗрибәдә кулланылган токтан башлап һәм һәр адымда аз гына арттырып, цикллаштырылды.

Батареяның кыска ялганышы булган ток тыгызлыгы дендрит үсеше өчен критик ток тыгызлыгы дип саналды. Алюминий катламлы батарея башлангыч токтан өч тапкыр артык булганда ватылды, ә вольфрам катламлы батарея башлангыч токтан биш тапкыр артык булганда ватылды. Бу тәҗрибә вольфрамның алюминийдан яхшырак эшләвен күрсәтә.

Галимнәр тагын бер тапкыр сканерлаучы электрон микроскоп ярдәмендә анод һәм электролит арасындагы чикне тикшерделәр. Алар металл катламында бушлыкларның алдагы экспериментта үлчәнгән критик ток тыгызлыгының өчтән ике өлешендә барлыкка килә башлавын күрделәр. Ләкин критик ток тыгызлыгының өчтән бер өлешендә бушлыклар юк иде. Бу бушлыкларның барлыкка килүенең дендрит үсеше белән дәвам итүен раслады.

Аннары галимнәр литийның бу металлар белән ничек үзара бәйләнештә булуын аңлау өчен исәпләүләр үткәрделәр, вольфрам һәм алюминийның энергия һәм температура үзгәрешләренә ничек җавап бирүе турында белгәннәребезне кулланып. Алар алюминий катламнарында литий белән үзара бәйләнештә булганда бушлыклар барлыкка килү ихтималының чыннан да югарырак булуын күрсәттеләр. Бу исәпләүләрне куллану киләчәктә сынау өчен башка төр металлны сайлауны җиңеләйтер иде.

Бу тикшеренү күрсәткәнчә, каты электролит батареялары электролит һәм анод арасына юка металл катлам өстәлгәндә ышанычлырак була. Галимнәр шулай ук ​​бер металлны икенчесе урынына сайлау, бу очракта алюминий урынына вольфрам, батареяларның тагын да озаграк хезмәт итүен күрсәттеләр. Бу төр батареяларның эшчәнлеген яхшырту аларны бүгенге базардагы югары тиз янып китә торган сыек электролит батареяларын алыштыруга бер адым якынайтачак.