Batteriji tal-jone tal-litju rikarikabbli jintużaw biex iħaddmu ħafna elettronika fil-ħajja tagħna ta 'kuljum, minn laptops u mowbajls għal karozzi elettriċi.Il-batteriji tal-jone tal-litju fis-suq illum tipikament jiddependu fuq soluzzjoni likwida, imsejħa elettrolit, fiċ-ċentru taċ-ċellula.

Meta l-batterija tkun qed tħaddem apparat, joni tal-litju jimxu mit-tarf ikkargat negattivament, jew anodu, permezz tal-elettrolit likwidu, sat-tarf iċċarġjat b'mod pożittiv, jew katodu.Meta l-batterija tkun qed tiġi ċċarġjata mill-ġdid, il-jonji jiċċirkolaw id-direzzjoni l-oħra mill-katodu, permezz tal-elettrolit, lejn l-anodu.

Il-batteriji tal-jone tal-litju li jiddependu fuq elettroliti likwidi għandhom kwistjoni ewlenija ta 'sikurezza: jistgħu jaqbdu n-nar meta jkunu ċċarġjati żżejjed jew short circuited.Alternattiva aktar sigura għall-elettroliti likwidi hija li tinbena batterija li tuża elettrolit solidu biex iġorr joni tal-litju bejn l-anodu u l-katodu.

Madankollu, studji preċedenti sabu li elettrolit solidu wassal għal tkabbir metalliku żgħir, imsejħa dendriti, li jibnu fuq l-anodu waqt li l-batterija kienet qed tiċċarġja.Dawn dendrites short circuit il-batteriji f'kurrenti baxxi, li jagħmluhom inutilizzabbli.

It-tkabbir tad-dendrite jibda f'difetti żgħar fl-elettrolit fil-konfini bejn l-elettrolit u l-anodu.Ix-xjentisti fl-Indja reċentement skoprew mod biex inaqqsu t-tkabbir tad-dendriti.Billi żżid saff metalliku irqiq bejn l-elettrolit u l-anodu, jistgħu jwaqqfu lid-dendriti milli jikbru fl-anodu.

Ix-xjentisti għażlu li jistudjaw l-aluminju u t-tungstenu bħala metalli possibbli biex jibnu dan is-saff metalliku irqiq.Dan għaliex la l-aluminju u lanqas it-tungstenu ma jħalltu, jew liga, mal-litju.Ix-xjentisti emmnu li dan inaqqas il-probabbiltà ta 'difetti li jiffurmaw fil-litju.Jekk il-metall magħżul għamel liga bil-litju, ammonti żgħar ta 'litju jistgħu jimxu fis-saff tal-metall maż-żmien.Dan iħalli tip ta 'difett imsejjaħ vojt fil-litju fejn tista' mbagħad tifforma dendrite.

Sabiex tiġi ttestjata l-effettività tas-saff metalliku, ġew immuntati tliet tipi ta 'batteriji: waħda b'saff irqiq ta' aluminju bejn l-anodu tal-litju u l-elettrolit solidu, waħda b'saff irqiq ta 'tungstenu, u waħda mingħajr saff metalliku.

Qabel ma ttestjaw il-batteriji, ix-xjenzati użaw mikroskopju b'qawwa għolja, imsejjaħ mikroskopju elettroniku tal-iskannjar, biex iħarsu mill-qrib lejn il-konfini bejn l-anodu u l-elettrolit.Huma raw lakuni żgħar u toqob fil-kampjun mingħajr saff metalliku, u nnutaw li dawn id-difetti x'aktarx huma postijiet biex jikbru d-dendriti.Iż-żewġ batteriji b'saffi ta 'aluminju u tungstenu dehru lixxi u kontinwi.

Fl-ewwel esperiment, kurrent elettriku kostanti ġie ċiklat minn kull batterija għal 24 siegħa.Il-batterija mingħajr saff metalliku short circuited u falliet fl-ewwel 9 sigħat, x'aktarx minħabba t-tkabbir tad-dendriti.La batterija bl-aluminju jew tungstenu ma fallew f'dan l-esperiment inizjali.

Sabiex jiġi ddeterminat liema saff tal-metall kien aħjar biex iwaqqaf it-tkabbir tad-dendriti, sar esperiment ieħor biss fuq il-kampjuni tas-saff tal-aluminju u tat-tungstenu.F'dan l-esperiment, il-batteriji ġew ċiklati permezz ta 'densitajiet ta' kurrent dejjem jiżdiedu, li jibdew mill-kurrent użat fl-esperiment preċedenti u jiżdiedu b'ammont żgħir f'kull pass.

Id-densità tal-kurrent li fiha l-batterija short circuited kienet maħsuba li kienet id-densità tal-kurrent kritika għat-tkabbir tad-dendrite.Il-batterija b'saff ta 'l-aluminju falliet fi tliet darbiet il-kurrent tal-bidu, u l-batterija b'saff tat-tungstenu falliet f'aktar minn ħames darbiet il-kurrent tal-bidu.Dan l-esperiment juri li t-tungstenu qabeż l-aluminju.

Għal darb'oħra, ix-xjentisti użaw mikroskopju elettroniku tal-iskannjar biex jispezzjonaw il-konfini bejn l-anodu u l-elettrolit.Huma raw li bdew jiffurmaw vojt fis-saff tal-metall f'żewġ terzi tad-densitajiet kritiċi tal-kurrent imkejla fl-esperiment preċedenti.Madankollu, vojt ma kinux preżenti f'terz tad-densità kritika tal-kurrent.Dan ikkonferma li l-formazzjoni tal-vojt tipproċedi għat-tkabbir tad-dendriti.

Ix-xjentisti mbagħad wettqu kalkoli komputazzjonali biex jifhmu kif il-litju jinteraġixxi ma 'dawn il-metalli, billi użaw dak li nafu dwar kif it-tungstenu u l-aluminju jirrispondu għall-bidliet fl-enerġija u fit-temperatura.Huma wrew li saffi tal-aluminju tabilħaqq għandhom probabbiltà ogħla għall-iżvilupp ta 'vojt meta jinteraġixxu mal-litju.L-użu ta 'dawn il-kalkoli jagħmilha aktar faċli li tagħżel tip ieħor ta' metall biex jiġi ttestjat fil-futur.

Dan l-istudju wera li l-batteriji tal-elettroliti solidi huma aktar affidabbli meta jiżdied saff metalliku irqiq bejn l-elettrolit u l-anodu.Ix-xjentisti wrew ukoll li l-għażla ta 'metall fuq ieħor, f'dan il-każ it-tungstenu minflok l-aluminju, tista' tagħmel il-batteriji jdumu saħansitra aktar.It-titjib tal-prestazzjoni ta 'dawn it-tipi ta' batteriji se jġibhom pass eqreb lejn is-sostituzzjoni tal-batteriji tal-elettroliti likwidi li jaqbdu ħafna fis-suq illum.