Літый-іённыя акумулятары, якія можна перазараджаць, выкарыстоўваюцца для харчавання многіх электронных прылад у нашым паўсядзённым жыцці, ад ноўтбукаў і мабільных тэлефонаў да электрамабіляў. Літый-іённыя акумулятары, якія прадаюцца сёння на рынку, звычайна выкарыстоўваюць вадкі раствор, які называецца электралітам, у цэнтры ячэйкі.

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

Літый-іённыя акумулятары, якія працуюць на вадкіх электралітах, маюць сур'ёзную праблему бяспекі: яны могуць загарэцца пры перазарадцы або кароткім замыканні. Больш бяспечнай альтэрнатывай вадкім электралітам з'яўляецца стварэнне акумулятара, які выкарыстоўвае цвёрды электраліт для пераносу іонаў літыя паміж анодам і катодам.

Аднак папярэднія даследаванні паказалі, што цвёрды электраліт прыводзіць да ўтварэння невялікіх металічных нарастаў, якія называюцца дендрытамі, і якія назапашваюцца на анодзе падчас зарадкі акумулятара. Гэтыя дендрыты выклікаюць кароткае замыканне акумулятараў пры нізкіх токах, робячы іх непрыдатнымі для выкарыстання.

Рост дендрытаў пачынаецца з невялікіх дэфектаў у электраліце ​​на мяжы паміж электралітам і анодам. Навукоўцы ў Індыі нядаўна знайшлі спосаб запаволіць рост дендрытаў. Дадаўшы тонкі металічны пласт паміж электралітам і анодам, яны могуць спыніць рост дендрытаў у анод.

Навукоўцы вырашылі вывучыць алюміній і вальфрам як магчымыя металы для стварэння гэтага тонкага металічнага пласта. Гэта тлумачыцца тым, што ні алюміній, ні вальфрам не змешваюцца і не сплавляюцца з літыем. Навукоўцы лічылі, што гэта знізіць верагоднасць утварэння дэфектаў у літыі. Калі б абраны метал сплаўляўся з літыем, невялікая колькасць літыю магла б з часам перамяшчацца ў металічны пласт. Гэта пакінула б у літыі тып дэфекту, які называецца пустэчай, дзе потым мог бы ўтварыцца дендрыт.

Каб праверыць эфектыўнасць металічнага пласта, былі сабраны тры тыпы акумулятараў: адзін з тонкім пластом алюмінія паміж літыевым анодам і цвёрдым электралітам, адзін з тонкім пластом вальфраму і адзін без металічнага пласта.

Перад тэставаннем батарэй навукоўцы выкарысталі магутны мікраскоп, які называецца сканіруючым электронным мікраскопам, каб уважліва вывучыць мяжу паміж анодам і электралітам. Яны ўбачылі невялікія шчыліны і адтуліны ва ўзоры без металічнага пласта, адзначыўшы, што гэтыя дэфекты, верагодна, з'яўляюцца месцамі росту дендрытаў. Акумулятары як з алюмініевым, так і з вальфрамавым пластамі выглядалі гладкімі і бесперапыннымі.

У першым эксперыменце праз кожную батарэю цыклічна прапускаўся пастаянны электрычны ток на працягу 24 гадзін. Батарэя без металічнага пласта адбылася з кароткага замыкання і выйшла з ладу на працягу першых 9 гадзін, верагодна, з-за росту дендрытаў. Ні батарэя з алюмініем, ні батарэя з вальфрамам у гэтым першапачатковым эксперыменце не выйшлі з ладу.

Каб вызначыць, які металічны пласт лепш стрымлівае рост дендрытаў, быў праведзены яшчэ адзін эксперымент толькі на ўзорах алюмініевага і вальфрамавага пластоў. У гэтым эксперыменце батарэі цыклічна павялічваліся з шчыльнасцю току, пачынаючы з току, які выкарыстоўваўся ў папярэднім эксперыменце, і павялічваючыся на невялікую велічыню на кожным этапе.

Лічылася, што шчыльнасць току, пры якой адбывалася кароткае замыканне батарэі, з'яўляецца крытычнай шчыльнасцю току для росту дендрытаў. Батарэя з алюмініевым пластом выйшла з ладу пры пачатковым току, у тры разы большым за пачатковы, а батарэя з вальфрамавым пластом — пры пачатковым току, які большы за пяць разоў. Гэты эксперымент паказвае, што вальфрам пераўзышоў алюміній.

Зноў жа, навукоўцы выкарысталі сканіруючы электронны мікраскоп для даследавання мяжы паміж анодам і электралітам. Яны ўбачылі, што пустэчы пачалі ўтварацца ў металічным пласце пры двух трацінах крытычнай шчыльнасці току, вымеранай у папярэднім эксперыменце. Аднак пры адной траціне крытычнай шчыльнасці току пустэчы не прысутнічалі. Гэта пацвердзіла, што ўтварэнне пустэч сапраўды ідзе наперадзе росту 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 паказалі, што алюмініевыя пласты сапраўды маюць большую верагоднасць утварэння пустэч пры ўзаемадзеянні з літыем. Выкарыстанне гэтых разлікаў палегчыць выбар іншага тыпу металу для тэставання ў будучыні.

Гэта даследаванне паказала, што цвёрдыя электраліты 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 алюмінію, можа зрабіць батарэі яшчэ даўжэйшымі. Паляпшэнне прадукцыйнасці гэтых тыпаў батарэй наблізіць іх да замены лёгкаўзгаральных батарэй з вадкім электралітам, якія ёсць на рынку сёння.