Nofëllbar Lithium-Ion-Batterien gi benotzt fir vill Elektronik an eisem alldeegleche Liewen z'entwéckelen, vu Laptops an Handyen bis Elektroautoen.D'Lithium-Ionbatterien um Maart haut vertrauen typesch op eng flësseg Léisung, en Elektrolyt genannt, am Zentrum vun der Zell.

Wann d'Batterie en Apparat dréit, bewegen d'Lithiumionen vum negativ geluedenen Enn, oder Anode, duerch de flëssege Elektrolyt, an de positiv geluedenen Enn, oder Kathode.Wann d'Batterie opgelueden gëtt, fléissen d'Ionen déi aner Richtung vun der Kathode, duerch den Elektrolyt, an d'Anode.

Lithium-Ion-Batterien, déi op flësseg Elektrolyte vertrauen, hunn e grousst Sécherheetsprobleem: Si kënne a Brand falen wann se iwwerlaascht oder verkierzt sinn.Eng méi sécher Alternativ zu flëssege Elektrolyte ass eng Batterie ze bauen déi e festen Elektrolyt benotzt fir Lithiumionen tëscht der Anode an der Kathode ze droen.

Wéi och ëmmer, fréier Studien hu festgestallt datt e festen Elektrolyt zu klenge metallesche Wuesstum gefouert huet, genannt Dendriten, déi op der Anode opbauen wärend d'Batterie opgeléist gouf.Dës Dendriten kierzen d'Batterien bei nidderegen Stroum, sou datt se onbrauchbar sinn.

Dendritwachstum fänkt u kleng Mängel am Elektrolyt un der Grenz tëscht Elektrolyt an Anode un.Wëssenschaftler an Indien hunn viru kuerzem e Wee entdeckt fir den Dendritwachstum ze luesen.Andeems se eng dënn metallesch Schicht tëscht Elektrolyt an Anode bäidroen, kënne se Dendriten stoppen an d'Anode ze wuessen.

D'Wëssenschaftler hunn gewielt fir Aluminium a Wolfram als méiglech Metaller ze studéieren fir dës dënn metallesch Schicht ze bauen.Dëst ass well weder Aluminium nach Wolfram Mix, oder Legierung, mat Lithium.D'Wëssenschaftler hunn gegleeft datt dëst d'Wahrscheinlechkeet vu Mängel am Lithium géif reduzéieren.Wann de gewielte Metall Legierung mat Lithium gemaach huet, kënne kleng Quantitéite Lithium mat der Zäit an d'Metallschicht réckelen.Dëst géif eng Aart vu Feeler hannerloossen, déi e Void am Lithium genannt gëtt, wou en Dendrit dann entsteet.

Fir d'Effizienz vun der metallescher Schicht ze testen, goufen dräi Aarte vu Batterien zesummegesat: eng mat enger dënnter Schicht Aluminium tëscht Lithiumanode an dem festen Elektrolyt, eng mat enger dënnter Schicht Wolfram, an eng ouni metallesch Schicht.

Ier se d'Batterien getest hunn, hunn d'Wëssenschaftler e High-powered Mikroskop benotzt, e Scannenelektronenmikroskop genannt, fir d'Grenz tëscht Anode an Elektrolyt genee ze kucken.Si hunn kleng Lücken a Lächer an der Probe gesinn ouni metallesch Schicht, bemierkt datt dës Mängel wahrscheinlech Plazen sinn fir Dendriten ze wuessen.Souwuel d'Batterien mat Aluminium- a Wolframschichten hu glat a kontinuéierlech ausgesinn.

Am éischten Experiment gouf e konstante elektresche Stroum duerch all Batterie fir 24 Stonnen zyklesch.D'Batterie ouni metallesch Schicht huet kuerz geschalt an an den éischten 9 Stonnen gescheitert, méiglecherweis wéinst Dendritwachstum.Weder Batterie mat Aluminium oder Wolfram huet an dësem initialen Experiment gescheitert.

Fir ze bestëmmen, wéi eng Metallschicht besser war fir den Dendritwachstum ze stoppen, gouf en anert Experiment op just d'Aluminium- a Wolframschichtproben gemaach.An dësem Experiment goufen d'Batterien duerch d'Erhéijung vun der aktueller Dicht gefuer, ugefaange mam Stroum, deen am viregten Experiment benotzt gouf a mat engem klenge Betrag bei all Schrëtt eropgeet.

Déi aktuell Dicht, bei där d'Batterie verkierzt huet, gouf gegleeft déi kritesch Stroumdicht fir Dendritwachstum ze sinn.D'Batterie mat enger Aluminiumschicht huet dräimol de Startstroum gescheitert, an d'Batterie mat enger Wolframschicht huet iwwer fënnef Mol de Startstroum gescheitert.Dëst Experiment weist datt Wolfram méi wéi Aluminium gemaach huet.

Nach eng Kéier hunn d'Wëssenschaftler e Scannenelektronenmikroskop benotzt fir d'Grenz tëscht Anode an Elektrolyt z'inspektéieren.Si hunn gesinn datt d'Voiden ugefaang hunn an der Metallschicht ze bilden bei zwee Drëttel vun de kriteschen Stroumdichten, déi am fréiere Experiment gemooss goufen.Wéi och ëmmer, Void waren net bei engem Drëttel vun der kritescher Stroumdicht.Dëst huet bestätegt datt d'Voidbildung den Dendritwachstum weidergeet.

D'Wëssenschaftler hunn dunn computational Berechnunge gemaach fir ze verstoen wéi Lithium mat dëse Metalle interagéiert, andeems mir wat wësse wéi Wolfram an Aluminium op Energie- an Temperaturännerungen reagéieren.Si hunn bewisen datt d'Aluminiumschichten wierklech eng méi héich Wahrscheinlechkeet fir d'Entwécklung vu Voids hunn wann se mat Lithium interagéieren.Mat dëse Berechnungen géif et méi einfach maachen eng aner Zort Metall ze wielen fir an Zukunft ze testen.

Dës Etude huet gewisen datt zolidd Elektrolytbatterien méi zouverlässeg sinn wann eng dënn metallesch Schicht tëscht Elektrolyt an Anode bäigefüügt gëtt.D'Wëssenschaftler hunn och bewisen, datt d'Wiel vun engem Metal iwwer en anert, an dësem Fall Wolfram amplaz vun Aluminium, d'Batterien nach méi laang daueren kéint.D'Verbesserung vun der Leeschtung vun dësen Aarte vu Batterien bréngt se e Schrëtt méi no fir déi héich brennbar flësseg Elektrolytbatterien um Maart haut ze ersetzen.