Herlaaibare litiumioonbatterye word gebruik om baie elektronika in ons alledaagse lewe aan te dryf, van skootrekenaars en selfone tot elektriese motors.Die litiumioonbatterye op die mark vandag maak tipies staat op 'n vloeibare oplossing, genoem 'n elektroliet, in die middel van die sel.

Wanneer die battery 'n toestel aandryf, beweeg litiumione van die negatief gelaaide kant, of anode, deur die vloeibare elektroliet, na die positief gelaaide kant, of katode.Wanneer die battery herlaai word, vloei die ione in die ander rigting van die katode, deur die elektroliet, na die anode.

Litiumioonbatterye wat op vloeibare elektroliete staatmaak, het 'n groot veiligheidsprobleem: hulle kan aan die brand slaan wanneer dit oorlaai of kortgesluit word.'n Veiliger alternatief vir vloeibare elektroliete is om 'n battery te bou wat 'n soliede elektroliet gebruik om litiumione tussen die anode en katode te dra.

Vorige studies het egter bevind dat 'n soliede elektroliet gelei het tot klein metaalgroeisels, genaamd dendriete, wat op die anode sou opbou terwyl die battery laai.Hierdie dendriete kortsluit die batterye teen lae strome, wat hulle onbruikbaar maak.

Dendrietgroei begin by klein gebreke in die elektroliet by die grens tussen elektroliet en anode.Wetenskaplikes in Indië het onlangs 'n manier ontdek om dendrietgroei te vertraag.Deur 'n dun metaallaag tussen elektroliet en anode by te voeg, kan hulle keer dat dendriete in die anode groei.

Die wetenskaplikes het gekies om aluminium en wolfram as moontlike metale te bestudeer om hierdie dun metaallaag te bou.Dit is omdat nie aluminium of wolfram meng, of legering, met litium.Die wetenskaplikes het geglo dat dit die waarskynlikheid van foute wat in die litium sal vorm, sal verminder.As die metaal wat gekies is, met litium gelegeer is, kan klein hoeveelhede litium mettertyd in die metaallaag inbeweeg.Dit sal 'n tipe fout wat 'n leemte in die litium genoem word, laat waar 'n dendriet dan kan vorm.

Om die doeltreffendheid van die metaallaag te toets, is drie tipes batterye saamgestel: een met 'n dun laag aluminium tussen litiumanode en die soliede elektroliet, een met 'n dun laag wolfram, en een met geen metaallaag.

Voordat hulle die batterye getoets het, het die wetenskaplikes 'n hoë-aangedrewe mikroskoop, wat 'n skandeerelektronmikroskoop genoem word, gebruik om noukeurig na die grens tussen anode en elektroliet te kyk.Hulle het klein gapings en gaatjies in die monster gesien met geen metaallaag nie, en let daarop dat hierdie foute waarskynlik plekke is waar dendriete kan groei.Beide die batterye met aluminium- en wolframlae het glad en deurlopend gelyk.

In die eerste eksperiment is 'n konstante elektriese stroom vir 24 uur deur elke battery getrek.Die battery met geen metaallaag het binne die eerste 9 uur kortgesluit en misluk, waarskynlik as gevolg van dendrietgroei.Geen battery met aluminium of wolfram het in hierdie aanvanklike eksperiment misluk nie.

Ten einde te bepaal watter metaallaag beter was om dendrietgroei te stop, is nog 'n eksperiment op net die aluminium- en wolframlaagmonsters uitgevoer.In hierdie eksperiment is die batterye deur toenemende stroomdigthede gesirkel, begin by die stroom wat in die vorige eksperiment gebruik is en met 'n klein hoeveelheid toegeneem by elke stap.

Die stroomdigtheid waarteen die battery kortgesluit het, was vermoedelik die kritieke stroomdigtheid vir dendrietgroei.Die battery met 'n aluminiumlaag het teen drie keer die beginstroom gefaal, en die battery met 'n wolframlaag het teen meer as vyf keer die aansitstroom misluk.Hierdie eksperiment toon dat wolfram beter gevaar het as aluminium.

Weereens het die wetenskaplikes 'n skandeerelektronmikroskoop gebruik om die grens tussen anode en elektroliet te inspekteer.Hulle het gesien dat leemtes in die metaallaag begin vorm het teen twee derdes van die kritieke stroomdigthede wat in die vorige eksperiment gemeet is.Leemtes was egter nie teenwoordig by een derde van die kritieke stroomdigtheid nie.Dit het bevestig dat leemtevorming wel dendrietgroei voortduur.

Die wetenskaplikes het toe berekeninge uitgevoer om te verstaan ​​hoe litium met hierdie metale in wisselwerking tree, deur gebruik te maak van wat ons weet oor hoe wolfram en aluminium op energie- en temperatuurveranderinge reageer.Hulle het getoon dat aluminiumlae inderdaad 'n groter waarskynlikheid het vir die ontwikkeling van leemtes wanneer dit met litium in wisselwerking tree.Die gebruik van hierdie berekeninge sal dit makliker maak om 'n ander tipe metaal te kies om in die toekoms te toets.

Hierdie studie het getoon dat soliede elektrolietbatterye meer betroubaar is wanneer 'n dun metaallaag tussen elektroliet en anode bygevoeg word.Die wetenskaplikes het ook getoon dat die keuse van een metaal bo 'n ander, in hierdie geval wolfram in plaas van aluminium, batterye selfs langer kan laat hou.Die verbetering van die werkverrigting van hierdie tipe batterye sal hulle 'n stap nader bring aan die vervanging van die hoogs vlambare vloeibare elektrolietbatterye wat vandag op die mark is.