Oplaadbere lithium-ion-batterijen wurde brûkt om in protte elektroanika yn ús deistich libben te betsjinjen, fan laptops en mobyltsjes oant elektryske auto's.De lithium-ion-batterijen op 'e merk hjoed fertrouwe typysk op in floeibere oplossing, in elektrolyt neamd, yn it sintrum fan' e sel.

As de batterij in apparaat oandriuwt, ferpleatse lithiumionen fan it negatyf opladen ein, of anode, troch de floeibere elektrolyt, nei it posityf opladen ein, of kathode.As de batterij opladen wurdt, streame de ionen de oare rjochting fan 'e kathode, troch de elektrolyt, nei de anode.

Lithium-ion-batterijen dy't fertrouwe op floeibere elektrolyten hawwe in grut feiligensprobleem: se kinne yn 'e brân falle as se oerladen of koartslute.In feiliger alternatyf foar floeibere elektrolyten is om in batterij te bouwen dy't in fêste elektrolyt brûkt om lithiumionen tusken de anode en kathode te dragen.

Eardere ûndersiken hawwe lykwols fûn dat in solide elektrolyt late ta lytse metallyske groei, neamd dendriten, dy't op 'e anode opboude wylst de batterij opladen waard.Dizze dendriten koartslute de batterijen by lege streamingen, wêrtroch't se ûnbrûkber binne.

Dendritegroei begjint by lytse gebreken yn 'e elektrolyt op' e grins tusken elektrolyt en anode.Wittenskippers yn Yndia hawwe koartlyn in manier ûntdutsen om dendrietgroei te fertrage.Troch in tinne metallyske laach ta te foegjen tusken elektrolyt en anode, kinne se stopje dat dendriten yn 'e anode groeie.

De wittenskippers keas om aluminium en wolfraam as mooglike metalen te studearjen om dizze tinne metallyske laach te bouwen.Dit is om't noch aluminium noch wolfraam mingje, as alloy, mei lithium.De wittenskippers leauden dat dit de kâns soe ferleegje fan gebreken dy't foarmje yn it lithium.As it keazen metaal alloy mei lithium dien, kinne lytse hoemannichten lithium oer de tiid yn 'e metalen laach ferpleatse.Dit soe in soarte fan flater efterlitte neamd in leechte yn it lithium wêr't dan in dendrite koe foarmje.

Om de effektiviteit fan 'e metallyske laach te testen, waarden trije soarten batterijen gearstald: ien mei in tinne laach aluminium tusken lithiumanode en de fêste elektrolyt, ien mei in tinne laach wolfraam, en ien mei gjin metallyske laach.

Foardat de batterijen testen, brûkten de wittenskippers in mikroskoop mei hege krêft, in skennenelektronenmikroskoop neamd, om nau te sjen nei de grins tusken anode en elektrolyt.Se seagen lytse gatten en gatten yn 'e stekproef sûnder metallyske laach, en merkten op dat dizze gebreken wierskynlik plakken binne foar dendriten om te groeien.Sawol de batterijen mei aluminium en wolfraam lagen seagen glêd en kontinu.

Yn it earste eksperimint waard in konstante elektryske stroom troch elke batterij foar 24 oeren fytst.De batterij sûnder metallyske laach koartsluten en mislearre binnen de earste 9 oeren, wierskynlik troch dendritegroei.Gjin batterij mei aluminium of wolfraam mislearre yn dit earste eksperimint.

Om te bepalen hokker metaallaach better wie om dendrietgroei te stopjen, waard in oar eksperimint útfierd op allinich de aluminium- en wolfraamlaachmonsters.Yn dit eksperimint waarden de batterijen fytst troch tanimmende aktuele tichtens, begjinnend by de aktuele brûkt yn it foarige eksperimint en tanimmend mei in lyts bedrach by elke stap.

De hjoeddeistige tichtheid wêrby't de batterij koartsluten waard leaud dat de krityske stroomtichtens foar dendritegroei wie.De batterij mei in aluminium laach mislearre op trije kear de startstream, en de batterij mei in wolfraam laach mislearre op mear as fiif kear de startstream.Dit eksperimint lit sjen dat wolfraam better prestearre as aluminium.

Nochris brûkten de wittenskippers in skennende elektroanenmikroskoop om de grins tusken anode en elektrolyt te ynspektearjen.Se seagen dat leechte begon te foarmjen yn 'e metalen laach by twa tredde fan' e krityske stroomdichtheden mjitten yn it foarige eksperimint.De leechten wiene lykwols net oanwêzich by ien tredde fan 'e krityske stroomdichte.Dit befêstige dat leechtefoarming dendrietgroei trochgiet.

De wittenskippers diene doe komputative berekkeningen om te begripen hoe't lithium ynteraksje mei dizze metalen, mei help fan wat wy witte oer hoe't wolfraam en aluminium reagearje op enerzjy- en temperatuerferoaringen.Se hawwe oantoand dat aluminiumlagen yndie in hegere kâns hawwe foar ûntwikkeling fan leechten by ynteraksje mei lithium.It brûken fan dizze berekkeningen soe it makliker meitsje om in oar type metaal te kiezen om yn 'e takomst te testen.

Dizze stúdzje hat oantoand dat solide elektrolytbatterijen betrouberer binne as in tinne metallyske laach wurdt tafoege tusken elektrolyt en anode.De wittenskippers hawwe ek oantoand dat it kiezen fan ien metaal boppe in oar, yn dit gefal wolfraam ynstee fan aluminium, koe batterijen noch langer duorje.It ferbetterjen fan de prestaasjes fan dizze soarten batterijen sil se ien stap tichterby bringe oan it ferfangen fan de heul flammable floeibere elektrolytbatterijen op 'e merke hjoed.