Oplaadbere lithium-ion-batterijen wurde brûkt om in protte elektroanika yn ús deistich libben oan te driuwen, fan laptops en mobile tillefoans oant elektryske auto's. De lithium-ion-batterijen dy't hjoed de dei op 'e merk binne, binne typysk ôfhinklik fan in floeibere oplossing, in elektrolyt neamd, yn it sintrum fan 'e sel.

As de batterij in apparaat oandriuwt, bewege lithium-ionen fan it negatyf laden ein, of anode, troch de floeibere elektrolyt, nei it posityf laden ein, of katode. As de batterij opladen wurdt, streame de ioanen de oare kant út fan 'e katode, troch de elektrolyt, nei de anode.

Litium-ionbatterijen dy't ôfhinklik binne fan floeibere elektrolyten hawwe in grut feilichheidsprobleem: se kinne yn 'e brân fleane as se te folle opladen of koartsluten wurde. In feiliger alternatyf foar floeibere elektrolyten is it bouwen fan in batterij dy't in fêste elektrolyt brûkt om litium-ionen tusken de anode en katode te dragen.

Eardere stúdzjes hawwe lykwols oantoand dat in fêste elektrolyt late ta lytse metalen útwreidings, dendriten neamd, dy't op 'e anode opbouden wylst de batterij oan it opladen wie. Dizze dendriten meitsje de batterijen koartslutend by lege stroom, wêrtroch't se net mear te brûken binne.

Dendritgroei begjint by lytse gebreken yn 'e elektrolyt op 'e grins tusken elektrolyt en anode. Wittenskippers yn Yndia hawwe koartlyn in manier ûntdutsen om de dendritgroei te fertragen. Troch in tinne metalen laach ta te foegjen tusken elektrolyt en anode, kinne se foarkomme dat dendriten yn 'e anode groeie.

De wittenskippers keazen derfoar om aluminium en wolfraam te bestudearjen as mooglike metalen om dizze tinne metalen laach te bouwen. Dit komt om't noch aluminium noch wolfraam mingje, of legearje, mei lithium. De wittenskippers leauden dat dit de kâns op it ûntstean fan gebreken yn it lithium ferminderje soe. As it keazen metaal mei lithium legearret, koenen lytse hoemannichten lithium yn 'e rin fan' e tiid yn 'e metalen laach komme. Dit soe in soarte fan gebrek efterlitte, in holte neamd, yn it lithium, dêr't dan in dendryt foarmje koe.

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

Foardat se de batterijen testen, brûkten de wittenskippers in krêftige mikroskoop, in scanning-elektronenmikroskoop neamd, om de grins tusken anode en elektrolyt goed te besjen. Se seagen lytse gatten en gatten yn it stekproef sûnder metalen laach, en merkten op dat dizze gebreken wierskynlik plakken binne foar dendriten om te groeien. Sawol de batterijen mei aluminium- as wolfraamlagen seagen glêd en trochgeand út.

Yn it earste eksperimint waard in konstante elektryske stroom 24 oeren lang troch elke batterij syklusearre. De batterij sûnder metalen laach rekke koartsluten en begaf it binnen de earste 9 oeren, wierskynlik troch dendritgroei. Noch batterij mei aluminium noch wolfraam begaf it yn dit earste eksperimint.

Om te bepalen hokker metaallaach better wie yn it stopjen fan dendritgroei, waard in oar eksperimint útfierd op allinich de aluminium- en wolfraamlaachmonsters. Yn dit eksperimint waarden de batterijen troch tanimmende stroomdichtheden syklusearre, begjinnend by de stroom dy't brûkt waard yn it foarige eksperimint en by elke stap mei in lyts bedrach tanommen.

De stroomtichtens wêrby't de batterij koartslute waard, waard tocht de krityske stroomtichtens te wêzen foar dendrityske groei. De batterij mei in aluminiumlaach begaf it by trije kear de startstroom, en de batterij mei in wolfraamlaach begaf it by mear as fiif kear de startstroom. Dit eksperimint lit sjen dat wolfraam better prestearre as aluminium.

De wittenskippers brûkten opnij in scanning-elektronenmikroskoop om de grins tusken anode en elektrolyt te ynspektearjen. Se seagen dat holtes begûnen te foarmjen yn 'e metalen laach by twa tredde fan 'e krityske stroomtichtens dy't yn it foarige eksperimint metten waarden. Holtes wiene lykwols net oanwêzich by ien tredde fan 'e krityske stroomtichtens. Dit befêstige dat holtefoarming wol dendritegroei trochset.

De wittenskippers fierden doe berekkeningen út om te begripen hoe't lithium ynteraksje hat mei dizze metalen, mei help fan wat wy witte oer hoe't wolfraam en aluminium reagearje op enerzjy- en temperatuerferoarings. Se lieten sjen dat aluminiumlagen yndie in hegere kâns hawwe op it ûntwikkeljen fan holtes by ynteraksje mei lithium. Mei help fan dizze berekkeningen soe it makliker wêze om yn 'e takomst in oar type metaal te kiezen om te testen.

Dizze stúdzje hat oantoand dat fêste elektrolytbatterijen betrouberder binne as in tinne metalen laach tafoege wurdt 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, batterijen noch langer meigean litte kin. It ferbetterjen fan de prestaasjes fan dit soarte batterijen sil har in stap tichter bringe by it ferfangen fan de tige ûntvlambere floeibere elektrolytbatterijen dy't hjoed de dei op 'e merk binne.