მრავალჯერადი დატენვის ლითიუმ-იონური ბატარეები გამოიყენება ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში მრავალი ელექტრონიკის კვებისათვის, დაწყებული ლეპტოპებიდან და მობილური ტელეფონებიდან ელექტრო მანქანებამდე.დღეს ბაზარზე არსებული ლითიუმის იონური ბატარეები, როგორც წესი, ეყრდნობა თხევად ხსნარს, რომელსაც ელექტროლიტი ეწოდება, უჯრედის ცენტრში.

როდესაც ბატარეა ამუშავებს მოწყობილობას, ლითიუმის იონები გადადიან უარყოფითად დამუხტული ბოლოდან ან ანოდიდან თხევადი ელექტროლიტის გავლით დადებითად დამუხტულ ბოლოში ან კათოდზე.როდესაც ბატარეა იტენება, იონები მიედინება სხვა მიმართულებით კათოდიდან, ელექტროლიტის გავლით, ანოდამდე.

ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, რომლებიც ეყრდნობიან თხევად ელექტროლიტებს, აქვთ უსაფრთხოების მთავარი პრობლემა: მათ შეუძლიათ ცეცხლი წაიღონ გადატვირთვის ან მოკლე ჩართვისას.თხევადი ელექტროლიტების უფრო უსაფრთხო ალტერნატივა არის ბატარეის აშენება, რომელიც იყენებს მყარ ელექტროლიტს ლითიუმის იონების გადასატანად ანოდსა და კათოდს შორის.

თუმცა, წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ მყარ ელექტროლიტს მოჰყვა მცირე მეტალის წარმონაქმნები, სახელწოდებით დენდრიტები, რომლებიც გროვდებოდა ანოდზე ბატარეის დატენვის დროს.ეს დენდრიტები მოკლედ აერთებენ ბატარეებს დაბალი დენით, რაც მათ გამოუსადეგარს ხდის.

დენდრიტის ზრდა იწყება ელექტროლიტის მცირე ხარვეზებით ელექტროლიტსა და ანოდს შორის საზღვარზე.ინდოელმა მეცნიერებმა ახლახან აღმოაჩინეს დენდრიტების ზრდის შენელების გზა.ელექტროლიტსა და ანოდს შორის თხელი მეტალის ფენის დამატებით, მათ შეუძლიათ შეაჩერონ დენდრიტების ანოდში ზრდა.

მეცნიერებმა აირჩიეს ალუმინის და ვოლფრამის შესწავლა, როგორც შესაძლო ლითონები ამ თხელი მეტალის ფენის შესაქმნელად.ეს იმიტომ ხდება, რომ არც ალუმინი და არც ვოლფრამი არ ერწყმის ლითიუმს, ან შენადნობას.მეცნიერები თვლიდნენ, რომ ეს შეამცირებს ლითიუმში ხარვეზების წარმოქმნის ალბათობას.თუ არჩეული ლითონი შედგებოდა ლითიუმთან, ლითიუმის მცირე რაოდენობა შეიძლება გადავიდეს ლითონის ფენაში დროთა განმავლობაში.ეს დატოვებს ერთგვარ ხარვეზს, რომელსაც ეწოდება სიცარიელე ლითიუმში, სადაც შემდეგ შეიძლება წარმოიქმნას დენდრიტი.

მეტალის ფენის ეფექტურობის შესამოწმებლად, სამი ტიპის ბატარეა შეიკრიბა: ერთი ალუმინის თხელი ფენით ლითიუმის ანოდსა და მყარ ელექტროლიტს შორის, ერთი ვოლფრამის თხელი ფენით და მეორე მეტალის ფენით.

ბატარეების გამოცდამდე მეცნიერებმა გამოიყენეს მაღალი სიმძლავრის მიკროსკოპი, რომელსაც ეწოდება სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპი, რათა კარგად დაენახათ საზღვარი ანოდსა და ელექტროლიტს შორის.მათ ნახეს მცირე ხარვეზები და ხვრელები ნიმუშში მეტალის ფენის გარეშე და აღნიშნეს, რომ ეს ხარვეზები სავარაუდოდ დენდრიტების ზრდის ადგილია.ორივე ბატარეა ალუმინის და ვოლფრამის ფენებით გამოიყურებოდა გლუვი და უწყვეტი.

პირველ ექსპერიმენტში მუდმივი ელექტრული დენი გადიოდა თითოეულ ბატარეაში 24 საათის განმავლობაში.ბატარეა მეტალის ფენის გარეშე მოკლე ჩართვა იყო და პირველი 9 საათის განმავლობაში ჩაიშალა, სავარაუდოდ დენდრიტის ზრდის გამო.არც ალუმინის ან ვოლფრამის ბატარეა წარუმატებელი აღმოჩნდა ამ საწყის ექსპერიმენტში.

იმის დასადგენად, თუ რომელი ლითონის ფენა აჩერებდა დენდრიტის ზრდას, ჩატარდა კიდევ ერთი ექსპერიმენტი მხოლოდ ალუმინის და ვოლფრამის ფენის ნიმუშებზე.ამ ექსპერიმენტში ბატარეები ტრიალებდნენ დენის სიმკვრივის გაზრდის გზით, დაწყებული წინა ექსპერიმენტში გამოყენებული დენით და იზრდებოდა მცირე რაოდენობით ყოველ საფეხურზე.

დენის სიმკვრივე, რომლის დროსაც ბატარეის მოკლე ჩართვა იყო მიჩნეული, იყო დენის კრიტიკული სიმკვრივე დენდრიტის ზრდისთვის.ბატარეა ალუმინის ფენით გაფუჭდა სასტარტო დენზე სამჯერ, ხოლო ვოლფრამის ფენის ბატარეა ხუთჯერ აღემატება საწყისი დენს.ეს ექსპერიმენტი აჩვენებს, რომ ვოლფრამი აჯობა ალუმინს.

კვლავ, მეცნიერებმა გამოიყენეს სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპი ანოდსა და ელექტროლიტს შორის საზღვრის შესამოწმებლად.მათ დაინახეს, რომ სიცარიელეებმა დაიწყეს წარმოქმნა ლითონის ფენაში წინა ექსპერიმენტში გაზომილი კრიტიკული დენის სიმკვრივის ორი მესამედით.თუმცა, სიცარიელეები არ იყო კრიტიკული დენის სიმკვრივის მესამედზე.ამან დაადასტურა, რომ სიცარიელის წარმოქმნა აგრძელებს დენდრიტების ზრდას.

შემდეგ მეცნიერებმა ჩაატარეს გამოთვლები იმის გასაგებად, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ლითიუმი ამ ლითონებთან, გამოიყენეს ის, რაც ვიცით იმის შესახებ, თუ როგორ რეაგირებენ ვოლფრამი და ალუმინი ენერგიასა და ტემპერატურის ცვლილებებზე.მათ აჩვენეს, რომ ალუმინის ფენებს ნამდვილად აქვთ სიცარიელეების განვითარების უფრო მაღალი ალბათობა ლითიუმთან ურთიერთობისას.ამ გამოთვლების გამოყენება გააადვილებს სხვა ტიპის ლითონის არჩევას მომავალში შესამოწმებლად.

ამ კვლევამ აჩვენა, რომ მყარი ელექტროლიტური ბატარეები უფრო საიმედოა, როდესაც ელექტროლიტსა და ანოდს შორის ემატება თხელი მეტალის ფენა.მეცნიერებმა ასევე აჩვენეს, რომ ერთი ლითონის არჩევით მეორეზე, ამ შემთხვევაში ვოლფრამი ალუმინის ნაცვლად, შეიძლება ბატარეები უფრო დიდხანს გაგრძელდეს.ამ ტიპის ბატარეების მუშაობის გაუმჯობესება მათ კიდევ ერთი ნაბიჯით მიუახლოვდება ძლიერად აალებადი თხევადი ელექტროლიტური ბატარეების შეცვლას დღეს ბაზარზე.