Літый-іённыя акумулятарныя батарэі выкарыстоўваюцца для харчавання многіх электронных прыбораў у нашым паўсядзённым жыцці, ад ноўтбукаў і мабільных тэлефонаў да электрамабіляў.Літый-іённыя акумулятары, прадстаўленыя сёння на рынку, звычайна абапіраюцца на вадкі раствор, які называецца электраліт, у цэнтры элемента.

Калі акумулятар сілкуе прыладу, іёны літыя рухаюцца ад адмоўна зараджанага канца або анода праз вадкі электраліт да станоўча зараджанага канца або катода.Калі акумулятар зараджаецца, іёны цякуць у іншым кірунку ад катода, праз электраліт, да анода.

Літый-іённыя акумулятары, якія працуюць на вадкіх электралітах, маюць сур'ёзныя праблемы з бяспекай: яны могуць загарэцца пры перазарадцы або кароткім замыканні.Больш бяспечнай альтэрнатывай вадкім электралітам з'яўляецца стварэнне батарэі, якая выкарыстоўвае цвёрды электраліт для пераносу іёнаў літыя паміж анодам і катодам.

Аднак папярэднія даследаванні паказалі, што цвёрды электраліт прыводзіў да невялікіх металічных нарастаў, званых дендрытаў, якія назапашваліся на анодзе падчас зарадкі батарэі.Гэтыя дендрыты замыкаюць батарэі пры малых токах, робячы іх непрыдатнымі.

Рост дендрытаў пачынаецца з невялікіх дэфектаў у электраліце ​​на мяжы паміж электралітам і анодам.Індыйскія навукоўцы нядаўна знайшлі спосаб запаволіць рост дендрытаў.Дадаючы тонкі металічны пласт паміж электралітам і анодам, яны могуць спыніць рост дендрытаў у анодзе.

Навукоўцы вырашылі вывучыць алюміній і вальфрам як магчымыя металы для стварэння гэтага тонкага металічнага пласта.Гэта таму, што ні алюміній, ні вальфрам не змешваюцца з літыем.Навукоўцы лічылі, што гэта знізіць верагоднасць узнікнення дэфектаў у літыі.Калі б абраны метал сплаўляўся з літыем, невялікая колькасць літыя магла б з часам перайсці ў пласт металу.Гэта пакіне тып недахопу, які называецца пустэчай у літыі, дзе можа ўтварыцца дендрыт.

Каб праверыць эфектыўнасць металічнага пласта, былі сабраны тры тыпу батарэй: адна з тонкім пластом алюмінія паміж літыевым анодам і цвёрдым электралітам, адна з тонкім пластом вальфраму і адна без металічнага пласта.

Перад тэставаннем батарэй навукоўцы выкарысталі магутны мікраскоп, які называецца сканіруючы электронны мікраскоп, каб уважліва разгледзець мяжу паміж анодам і электралітам.Яны ўбачылі невялікія шчыліны і дзіркі ва ўзоры без металічнага пласта, адзначыўшы, што гэтыя недахопы, верагодна, з'яўляюцца месцамі росту дендрытаў.Абедзве батарэі з алюмініевым і вальфрамавым пластамі выглядалі гладкімі і суцэльнымі.

У першым эксперыменце праз кожную батарэю на працягу 24 гадзін прапускаўся пастаянны электрычны ток.У батарэі без металічнага пласта адбылося кароткае замыканне і выхад з ладу на працягу першых 9 гадзін, верагодна, з-за росту дендрытаў.Ніякая батарэя з алюмініем або вальфрамам не пацярпела няўдачу ў гэтым першапачатковым эксперыменце.

Для таго, каб вызначыць, які металічны пласт лепш спыняе рост дендрытаў, быў праведзены іншы эксперымент толькі на ўзорах пластоў алюмінія і вальфраму.У гэтым эксперыменце батарэі цыклічна падвяргаліся павышэнню шчыльнасці току, пачынаючы з току, які выкарыстоўваўся ў папярэднім эксперыменце, і павялічваўся на невялікую велічыню на кожным этапе.

Шчыльнасць току, пры якой адбылося кароткае замыканне батарэі, лічылася крытычнай шчыльнасцю току для росту дендрытаў.Батарэя з алюмініевым пластом выйшла з ладу пры пускавым току ў тры разы, а батарэя з вальфрамавым пластом выйшла з ладу пры пускавым току больш чым у пяць разоў.Гэты эксперымент паказвае, што вальфрам пераўзышоў алюміній.

Зноў навукоўцы выкарыстоўвалі сканавальны электронны мікраскоп, каб праверыць мяжу паміж анодам і электралітам.Яны ўбачылі, што пустэчы пачалі ўтварацца ў пласце металу пры дзвюх трацінах ад крытычнай шчыльнасці току, вымеранай у папярэднім эксперыменце.Аднак пустэч не было пры адной траціне ад крытычнай шчыльнасці току.Гэта пацвердзіла, што адукацыя пустэч сапраўды працягвае рост дендрытаў.

Затым навукоўцы правялі вылічальныя разлікі, каб зразумець, як літый узаемадзейнічае з гэтымі металамі, выкарыстоўваючы тое, што мы ведаем пра тое, як вальфрам і алюміній рэагуюць на змены энергіі і тэмпературы.Яны прадэманстравалі, што пласты алюмінія сапраўды маюць больш высокую верагоднасць развіцця пустэч пры ўзаемадзеянні з літыем.Выкарыстанне гэтых разлікаў палегчыла б выбар іншага тыпу металу для тэставання ў будучыні.

Гэта даследаванне паказала, што батарэі з цвёрдым электралітам больш надзейныя, калі паміж электралітам і анодам дадаецца тонкі металічны пласт.Навукоўцы таксама прадэманстравалі, што выбар аднаго металу замест іншага, у дадзеным выпадку вальфраму замест алюмінія, можа зрабіць батарэі яшчэ больш працяглымі.Паляпшэнне прадукцыйнасці гэтых тыпаў акумулятараў наблізіць іх на адзін крок да замены лёгкаўзгаральных батарэй з вадкім электралітам, прадстаўленых сёння на рынку.