Zaryadlanuvchi lityum-ion batareyalar kundalik hayotimizda noutbuklar va uyali telefonlardan tortib elektromobillargacha bo'lgan ko'plab elektronikani quvvatlantirish uchun ishlatiladi.Bugungi kunda bozordagi lityum-ionli batareyalar odatda hujayraning markazida joylashgan elektrolit deb ataladigan suyuq eritmaga tayanadi.

Batareya qurilmani quvvatlantirganda, litiy ionlari manfiy zaryadlangan uchidan yoki anoddan suyuq elektrolit orqali musbat zaryadlangan uchiga yoki katodga o'tadi.Batareya zaryadlanganda, ionlar boshqa yo'nalishda katoddan elektrolitlar orqali anodga oqib o'tadi.

Suyuq elektrolitlarga tayanadigan lityum-ion batareyalar katta xavfsizlik muammosiga ega: ular haddan tashqari zaryadlanganda yoki qisqa tutashuvda yonib ketishi mumkin.Suyuq elektrolitlarga xavfsizroq alternativa anod va katod o'rtasida lityum ionlarini tashish uchun qattiq elektrolitdan foydalanadigan batareyani qurishdir.

Biroq, oldingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, qattiq elektrolitlar batareya zaryadlanayotganda anodda to'planib qoladigan dendritlar deb ataladigan kichik metall o'simtalarga olib keladi.Ushbu dendritlar batareyalarni past oqimlarda qisqa tutashuvga olib keladi, bu ularni yaroqsiz holga keltiradi.

Dendrit o'sishi elektrolit va anod o'rtasidagi chegaradagi elektrolitdagi kichik nuqsonlardan boshlanadi.Hindistonlik olimlar yaqinda dendrit o‘sishini sekinlashtirish yo‘lini topdilar.Elektrolitlar va anod orasiga yupqa metall qatlam qo'shib, ular dendritlarning anodga o'sishini to'xtata oladi.

Olimlar bu yupqa metall qatlamni qurish uchun mumkin bo'lgan metallar sifatida alyuminiy va volframni o'rganishni tanladilar.Buning sababi, na alyuminiy, na volfram aralashmasi, na qotishma lityum bilan.Olimlarning fikricha, bu lityumda nuqsonlar paydo bo'lish ehtimolini kamaytiradi.Agar tanlangan metall lityum bilan qotishma bo'lsa, vaqt o'tishi bilan oz miqdordagi lityum metall qatlamga o'tishi mumkin.Bu litiyda bo'shliq deb ataladigan nuqsonni qoldiradi, bu erda dendrit paydo bo'lishi mumkin.

Metall qatlamning samaradorligini tekshirish uchun uchta turdagi akkumulyatorlar yig'ildi: biri litiy anod va qattiq elektrolit o'rtasida yupqa alyuminiy qatlami bilan, biri yupqa volfram qatlami bilan va ikkinchisida metall qatlamsiz.

Batareyalarni sinab ko'rishdan oldin olimlar anod va elektrolitlar orasidagi chegarani diqqat bilan ko'rib chiqish uchun skanerlovchi elektron mikroskop deb ataladigan yuqori quvvatli mikroskopdan foydalanganlar.Ular namunadagi metall qatlamsiz kichik bo'shliqlar va teshiklarni ko'rdilar va bu nuqsonlar dendritlar o'sishi mumkin bo'lgan joy ekanligini ta'kidladilar.Alyuminiy va volfram qatlamlari bo'lgan ikkala batareya ham silliq va uzluksiz ko'rinardi.

Birinchi tajribada har bir akkumulyatorda 24 soat davomida doimiy elektr toki o‘tkazildi.Metall qatlami bo'lmagan batareya qisqa tutashuvga uchradi va dendrit o'sishi tufayli dastlabki 9 soat ichida ishlamay qoldi.Ushbu dastlabki tajribada alyuminiy yoki volframli batareya muvaffaqiyatsizlikka uchramadi.

Qaysi metall qatlami dendrit o'sishini to'xtatishda yaxshiroq ekanligini aniqlash uchun faqat alyuminiy va volfram qatlami namunalarida yana bir tajriba o'tkazildi.Ushbu tajribada batareyalar oldingi tajribada ishlatilgan oqimdan boshlab va har bir qadamda oz miqdorda ortib borayotgan oqim zichligini oshirish orqali aylantirildi.

Batareyaning qisqa tutashuvi bo'lgan oqim zichligi dendrit o'sishi uchun kritik oqim zichligi ekanligiga ishonilgan.Alyuminiy qatlamli akkumulyator ishga tushirish oqimidan uch baravar, volframli batareya esa ishga tushirish oqimidan besh baravar ko'proq ishlamay qoldi.Ushbu tajriba shuni ko'rsatadiki, volfram alyuminiydan ustundir.

Yana olimlar anod va elektrolitlar orasidagi chegarani tekshirish uchun skanerlovchi elektron mikroskopdan foydalanishdi.Ular oldingi tajribada o'lchangan kritik oqim zichligining uchdan ikki qismida metall qatlamda bo'shliqlar paydo bo'la boshlaganini ko'rdilar.Biroq, kritik oqim zichligining uchdan birida bo'shliqlar mavjud emas edi.Bu bo'shliq shakllanishi dendrit o'sishi davom etishini tasdiqladi.

Keyin olimlar volfram va alyuminiyning energiya va harorat o'zgarishiga qanday javob berishi haqida bilganimizdan foydalanib, litiyning ushbu metallar bilan qanday o'zaro ta'sirini tushunish uchun hisoblash hisob-kitoblarini amalga oshirdilar.Ular alyuminiy qatlamlari lityum bilan o'zaro ta'sirlashganda bo'shliqlarning paydo bo'lish ehtimoli yuqori ekanligini ko'rsatdi.Ushbu hisob-kitoblardan foydalanish kelajakda sinab ko'rish uchun boshqa turdagi metallni tanlashni osonlashtiradi.

Ushbu tadqiqot shuni ko'rsatdiki, elektrolitlar va anod o'rtasida nozik metall qatlam qo'shilsa, qattiq elektrolit batareyalari yanada ishonchli bo'ladi.Olimlar, shuningdek, alyuminiy o'rniga bitta metallni, bu holda volframni tanlash batareyalarni yanada uzoqroq saqlashi mumkinligini ko'rsatdi.Ushbu turdagi akkumulyatorlarning ishlashini yaxshilash ularni bugungi kunda bozorda tez yonuvchi suyuq elektrolit batareyalarini almashtirishga bir qadam yaqinlashtiradi.