Gaýtadan zarýadlanýan litium ion batareýalary gündelik durmuşymyzda, noutbuklardan we jübi telefonlardan başlap, elektrik awtoulaglaryna çenli köp elektron enjamlaryna energiýa bermek üçin ulanylýar. Häzirki bazardaky litium ion batareýalary, adatça, öýjükleriň merkezinde elektrolit diýlip atlandyrylýan suwuk ergine daýanýar.

Batareýa enjama energiýa berende, litium ionlary negatiw zarýadly ujundan ýa-da anodundan suwuk elektrolit arkaly pozitiw zarýadly uja ýa-da katoda geçýär. Batareýa zarýadlananda, ionlar katoddan elektrolit arkaly anoda tarap akýar.

Suwuk elektrolitlere daýanýan litium-ion batareýalarynyň uly howpsuzlyk meselesi bar: olar artykmaç zarýadlananda ýa-da gysga zynjyrlananda ýanyp bilýärler. Suwuk elektrolitlere has howpsuz alternatiwa, anod bilen katodyň arasynda litium ionlaryny daşamak üçin gaty elektrolit ulanýan batareýa gurmakdyr.

Şeýle-de bolsa, öňki barlaglar berk elektrolitiň batareýa zarýadlanýan wagtynda anodda toplanýan dendritler atly kiçi metal ösüşlerine sebäp bolýandygyny ýüze çykardy. Bu dendritler batareýalary pes tokda gysga zynjyrlap, olary ulanyp bolmajak ýagdaýa getirýär.

Dendritleriň ösüşi elektrolit bilen anodyň arasyndaky serhetde elektrolitdäki kiçijik kemçiliklerden başlaýar. Hindistandaky alymlar ýakynda dendritleriň ösüşini haýallaşdyrmagyň usulyny tapdylar. Elektrolit bilen anodyň arasyna inçe metal gatlagyny goşmak arkaly dendritleriň anodda ösmeginiň öňüni alyp bilerler.

Alymlar bu inçe metal gatlagyny gurmak üçin mümkin bolan metallar hökmünde alýumini we volframy öwrenmegi saýladylar. Sebäbi alýumin hem, volfram hem litium bilen garyşmaýar, ýa-da legindäki garyndy. Alymlar munuň litiumda kemçilikleriň emele gelme ähtimallygyny azaldjakdygyna ynanýardylar. Saýlanan metal litium bilen legindäki garyndy bolsa, wagtyň geçmegi bilen az mukdarda litium metal gatlagyna geçip biler. Bu bolsa litiumda boşluk diýlip atlandyrylýan kemçiligi galdyrar, şonda dendrit emele gelip biler.

Metall gatlagyň netijeliligini barlamak üçin üç görnüşli batareýa ýygnaldy: biri litium anod bilen gaty elektrolit arasynda inçe alýumin gatlagy bilen, biri inçe wolfram gatlagy bilen, beýlekisi bolsa metal gatlagy bolmadyk batareýalar.

Batareýalary synagdan geçirmezden öň, alymlar anod bilen elektrolit arasyndaky serhedi ýakyndan görmek üçin skanerleýji elektron mikroskopy diýlip atlandyrylýan ýokary kuwwatly mikroskopy ulandylar. Olar nusgada metal gatlagy bolmadyk kiçi boşluklary we deşikleri gördüler we bu kemçilikleriň dendritleriň ösmegi üçin ýer bolmagynyň mümkindigini bellediler. Alýumin we wolfram gatlakly batareýalaryň ikisi hem tekiz we üznüksiz görünýärdi.

Ilkinji synagda her bir batareýadan 24 sagatlap hemişelik elektrik togy geçirildi. Metall gatlagy bolmadyk batareýa gysga gatlakly bolup, ilkinji 9 sagadyň dowamynda dendritiň ösmegi sebäpli döwüldi. Bu ilkinji synagda alýumin ýa-da wolframly batareýalaryň ikisi hem döwülmedi.

Dendritleriň ösüşini saklamakda haýsy metal gatlagynyň has gowydygyny kesgitlemek üçin diňe alýumin we volfram gatlagynyň nusgalarynda başga bir tejribe geçirildi. Bu tejribede batareýalar öňki tejribede ulanylan tokdan başlap we her ädimde az mukdarda artdyrylyp, tok dykyzlygynyň ýokarlanmagy arkaly siklleşdirildi.

Batareýanyň gysga ýapylan tok dykyzlygynyň dendrit ösüşi üçin möhüm tok dykyzlygy hasaplanýardy. Alýumin gatlakly batareýa başlangyç togunyň üç essesinde, volfram gatlakly batareýa bolsa başlangyç togunyň bäş essesinden gowrak wagtynda näsazlyk ýüze çykdy. Bu tejribe wolframyň alýuminden has gowy işleýändigini görkezýär.

Alymlar anod bilen elektrolit arasyndaky serhedi barlamak üçin ýene-de skanerleýji elektron mikroskopyny ulandylar. Olar öňki tejribede ölçenen kritiki tok dykyzlygynyň üçden iki böleginde metal gatlagynda boşluklaryň emele gelip başlandygyny gördüler. Şeýle-de bolsa, kritiki tok dykyzlygynyň üçden bir böleginde boşluklar ýokdy. Bu boşluklaryň emele gelmeginiň dendritleriň ösmegi bilen dowam edýändigini tassyklady.

Soňra alymlar litiumyň bu metallar bilen nähili täsirleşýändigini düşünmek üçin hasaplama hasaplamalaryny geçirdiler, bu barada wolframyň we alýuminiň energiýa we temperatura üýtgemelerine nähili täsir edýändigi barada bilýänlerimizi ulandylar. Olar alýumin gatlaklarynyň litium bilen täsirleşende boşluklaryň döremeginiň ähtimallygynyň has ýokarydygyny görkezdiler. Bu hasaplamalary ulanmak geljekde synag üçin başga bir metal görnüşini saýlamagy aňsatlaşdyrar.

Bu gözleg elektrolit bilen anodyň arasyna inçe metal gatlagy goşulanda gaty elektrolit batareýalarynyň has ygtybarlydygyny görkezdi. Alymlar şeýle hem bir metaly beýlekisiniň ýerine, bu ýagdaýda alýuminiýiň ýerine wolframyň saýlanmagynyň batareýalaryň has uzak wagtlap işlemegine mümkinçilik berýändigini görkezdiler. Bu görnüşli batareýalaryň işini gowulandyrmak, olary häzirki bazardaky ýokary derejede ýanýan suwuk elektrolit batareýalarynyň ornuny tutmaga bir ädim ýakynlaşdyrar.