Батареяҳои литий-ионии барқгиранда барои таъмини нерӯи барқ ​​ба бисёр электроника дар ҳаёти ҳаррӯзаи мо, аз ноутбукҳо ва телефонҳои мобилӣ то мошинҳои барқӣ, истифода мешаванд. Батареяҳои литий-ионии имрӯза дар бозор одатан ба маҳлули моеъ, ки электролит номида мешавад, дар маркази ҳуҷайра такя мекунанд.

Вақте ки батарея дастгоҳро бо барқ ​​таъмин мекунад, ионҳои литий аз нӯги заряди манфӣ ё анод тавассути электролити моеъ ба нӯги заряди мусбат ё катод ҳаракат мекунанд. Ҳангоми пур кардани батарея, ионҳо аз катод, тавассути электролит, ба самти дигар, ҳаракат мекунанд.

Батареяҳои иони литий, ки ба электролитҳои моеъ такя мекунанд, як мушкили ҷиддии бехатарӣ доранд: онҳо ҳангоми пуркунии аз ҳад зиёд ё кӯтоҳ будани занҷир метавонанд оташ гиранд. Алтернативаи бехатартар ба электролитҳои моеъ сохтани батареяест, ки аз электролити сахт барои интиқоли ионҳои литий байни анод ва катод истифода мебарад.

Аммо, таҳқиқоти қаблӣ нишон доданд, ки электролити сахт боиси пайдоиши навдаҳои хурди металлӣ, ки дендритҳо номида мешаванд, мегардад, ки ҳангоми пуркунии батарея дар анод ҷамъ мешаванд. Ин дендритҳо батареяҳоро дар ҷараёни паст кӯтоҳ мекунанд ва онҳоро истифоданашаванда мегардонанд.

Афзоиши дендритҳо аз камбудиҳои хурд дар электролит дар сарҳади байни электролит ва анод оғоз мешавад. Олимони Ҳиндустон ба наздикӣ роҳеро барои суст кардани афзоиши дендрит кашф карданд. Бо илова кардани қабати тунуки металлӣ байни электролит ва анод, онҳо метавонанд аз афзоиши дендритҳо ба анод пешгирӣ кунанд.

Олимон тасмим гирифтанд, ки алюминий ва волфрамро ҳамчун металлҳои имконпазир барои сохтани ин қабати тунуки металлӣ омӯзанд. Ин аз он сабаб аст, ки на алюминий ва на волфрам бо литий омехта намешаванд, ё хӯла. Олимон боварӣ доштанд, ки ин эҳтимолияти пайдоиши нуқсонҳоро дар литий коҳиш медиҳад. Агар металли интихобшуда бо литий омехта шавад, миқдори ками литий метавонад бо мурури замон ба қабати металлӣ ворид шавад. Ин як навъ нуқсонро дар литий бо номи холӣ мегузорад, ки дар он дендрит метавонад ба вуҷуд ояд.

Барои санҷидани самаранокии қабати металлӣ, се намуди батарея ҷамъ карда шуданд: яке бо қабати тунуки алюминий байни аноди литий ва электролити сахт, яке бо қабати тунуки волфрам ва дигаре бе қабати металлӣ.

Пеш аз санҷиши батареяҳо, олимон аз як микроскопи пуриқтидор, ки микроскопи электронии сканкунанда номида мешавад, истифода бурданд, то сарҳади байни анод ва электролитро бодиққат бубинанд. Онҳо дар намуна сӯрохиҳо ва фосилаҳои хурдро бидуни қабати металлӣ диданд ва қайд карданд, ки ин камбудиҳо эҳтимолан ҷойҳои афзоиши дендритҳо мебошанд. Ҳарду батарея бо қабатҳои алюминий ва волфрам ҳамвор ва пайваста ба назар мерасиданд.

Дар таҷрибаи аввал, ҷараёни доимии барқӣ дар ҳар як батарея ба муддати 24 соат гузаронда шуд. Батареяе, ки қабати металлӣ надошт, дар давоми 9 соати аввал кӯтоҳ пайваст шуда, аз кор монд, эҳтимолан аз сабаби афзоиши дендрит. Дар ин таҷрибаи аввалия ҳеҷ яке аз батареяҳои дорои алюминий ё волфрам аз кор набаромаданд.

Барои муайян кардани он, ки кадом қабати металлӣ дар боздоштани афзоиши дендритҳо беҳтар аст, як таҷрибаи дигар танҳо дар намунаҳои қабатҳои алюминий ва волфрам гузаронида шуд. Дар ин таҷриба, батареяҳо тавассути афзоиши зичии ҷараён, ки аз ҷараёни истифодашуда дар таҷрибаи қаблӣ оғоз шуда, дар ҳар як қадам бо миқдори кам афзоиш дода мешуданд, даврӣ кор мекарданд.

Зичии ҷараёне, ки дар он батарея кӯтоҳмуддат пайваст шуд, зичии ҷараён барои афзоиши дендрит ҳисобида мешуд. Батарея бо қабати алюминий бо се маротиба ҷараёни ибтидоӣ ва батарея бо қабати волфрам бо беш аз панҷ маротиба ҷараёни ибтидоӣ аз кор баромад. Ин таҷриба нишон медиҳад, ки волфрам аз алюминий беҳтар кор кардааст.

Боз ҳам, олимон аз микроскопи электронии сканеркунанда барои тафтиши марзи байни анод ва электролит истифода бурданд. Онҳо диданд, ки дар қабати металлӣ дар ду се ҳиссаи зичии ҷараёни критикӣ, ки дар таҷрибаи қаблӣ чен карда шуда буд, холӣҳо ба вуҷуд омадан гирифтанд. Аммо, дар як се ҳиссаи зичии ҷараёни критикӣ холӣҳо мавҷуд набуданд. Ин тасдиқ кард, ки ташаккули холӣҳо афзоиши дендритҳоро идома медиҳад.

Сипас олимон ҳисобҳои ҳисоббарориро анҷом доданд, то бифаҳманд, ки чӣ гуна литий бо ин металлҳо ҳамкорӣ мекунад, бо истифода аз он чизе, ки мо дар бораи он медонем, ки волфрам ва алюминий ба тағирёбии энергия ва ҳарорат чӣ гуна вокуниш нишон медиҳанд. Онҳо нишон доданд, ки қабатҳои алюминий воқеан эҳтимолияти пайдоиши холӣшавӣ ҳангоми ҳамкорӣ бо литийро бештар доранд. Истифодаи ин ҳисобҳо интихоби намуди дигари металлро барои санҷиш дар оянда осонтар мекунад.

Ин таҳқиқот нишон дод, ки батареяҳои электролитии сахт вақте боэътимодтаранд, ки байни электролит ва анод қабати тунуки металлӣ илова карда шавад. Олимон инчунин нишон доданд, ки интихоби як металл ба ҷои металли дигар, дар ин ҳолат волфрам ба ҷои алюминий, метавонад батареяҳоро боз ҳам дарозтар истифода барад. Беҳтар кардани кори ин намуди батареяҳо онҳоро як қадам ба иваз кардани батареяҳои электролитии моеъи зудсӯз дар бозор наздиктар мекунад.