Bithear a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion ath-thagraidh gus cumhachd a thoirt do dh’ iomadh stuth eileagtronaigeach nar beatha làitheil, bho choimpiutairean-uchd agus fònaichean-làimhe gu càraichean dealain.Mar as trice bidh na bataraidhean lithium-ion air a’ mhargaidh an-diugh an urra ri fuasgladh leaghaidh, ris an canar electrolyte, aig meadhan na cealla.

Nuair a bhios am bataraidh a’ toirt cumhachd do dh’ inneal, bidh ions lithium a’ gluasad bhon cheann le droch chasaid, no anode, tron ​​​​electrolyte leaghaidh, chun cheann le deagh chasaid, no catod.Nuair a thathar ag ath-lìonadh a’ bhataraidh, bidh na h-ianan a’ sruthadh an taobh eile bhon chatod, tron ​​electrolyte, chun an anod.

Tha prìomh dhuilgheadas sàbhailteachd aig bataraidhean lithium-ion a tha an urra ri electrolytes leaghaidh: faodaidh iad a dhol na theine nuair a tha cus cosgais no cuairt ghoirid orra.Is e roghainn eile nas sàbhailte an àite electrolytes leaghaidh bataraidh a thogail a bhios a’ cleachdadh electrolyte cruaidh gus ions lithium a ghiùlan eadar an anod agus catod.

Ach, tha sgrùdaidhean roimhe air faighinn a-mach gun do dh’ adhbhraich electrolyte cruaidh fàsan beaga meatailteach, ris an canar dendrites, a thogadh suas air an anod fhad ‘s a bha am bataraidh a’ togail cosgais.Bidh na dendrites sin a’ cuairteachadh na bataraidhean aig sruthan ìosal, gan dèanamh do-dhèanta.

Bidh fàs dendrite a 'tòiseachadh le lochdan beaga anns an electrolyte aig a' chrìoch eadar electrolyte agus anod.O chionn ghoirid lorg luchd-saidheans anns na h-Innseachan dòigh air fàs dendrite a lughdachadh.Le bhith a’ cur còmhdach tana meatailteach eadar electrolyte agus anod, faodaidh iad stad a chuir air dendrites bho bhith a’ fàs a-steach don anod.

Roghnaich an luchd-saidheans sgrùdadh a dhèanamh air alùmanum agus tungsten mar mheatailtean comasach gus an còmhdach meatailt tana seo a thogail.Tha seo air sgàth 's nach eil alùmanum no tungsten a' measgachadh, no alloy, le lithium.Bha an luchd-saidheans den bheachd gun lughdaicheadh ​​​​seo an coltas gum biodh lochdan anns an lithium.Nam biodh am meatailt a chaidh a thaghadh a 'ceangal ri lithium, dh' fhaodadh tomhas beag de lithium gluasad a-steach don t-sreath mheatailt thar ùine.Dh'fhàgadh seo seòrsa de locht ris an canar beàrn anns an lithium far am faodadh dendrite cruthachadh an uairsin.

Gus èifeachdas an còmhdach meatailteach a dhearbhadh, chaidh trì seòrsaichean bataraidhean a chruinneachadh: aon le sreath tana de alùmanum eadar anod lithium agus an electrolyte cruaidh, aon le sreath tana de tungsten, agus aon gun còmhdach meatailteach.

Mus do rinn iad deuchainn air na bataraidhean, chleachd an luchd-saidheans miocroscop le cumhachd àrd, ris an canar miocroscop dealanach sganaidh, gus sùil gheur a thoirt air a’ chrìoch eadar anod agus electrolyte.Chunnaic iad beàrnan beaga agus tuill anns an sampall gun còmhdach meatailteach, a 'toirt fa-near gu bheil na lochdan sin buailteach a bhith nan àiteachan far am fàs dendrites.Bha an dà bataraidh le sreathan alùmanum agus tungstain a 'coimhead rèidh agus leantainneach.

Anns a’ chiad deuchainn, chaidh sruth dealain seasmhach a chuairteachadh tro gach bataraidh airson 24 uairean.Bha am bataraidh gun còmhdach meatailteach goirid air a chuairteachadh agus air fàiligeadh taobh a-staigh a’ chiad 9 uairean, is dòcha mar thoradh air fàs dendrite.Cha do dh'fhàillig bataraidh le alùmanum no tungsten anns a' chiad deuchainn seo.

Gus faighinn a-mach dè an ìre de mheatailt a b’ fheàrr air stad a chuir air fàs dendrite, chaidh deuchainn eile a dhèanamh air dìreach na sampallan còmhdach alùmanum agus tungstain.Anns an deuchainn seo, chaidh na bataraidhean a chuairteachadh tro bhith ag àrdachadh dùmhlachd srutha, a’ tòiseachadh aig an t-sruth a chaidh a chleachdadh san deuchainn roimhe agus a’ meudachadh beagan aig gach ceum.

Bhathar a’ creidsinn gur e an dùmhlachd gnàthach aig an robh am bataraidh air a chuairteachadh goirid an dùmhlachd gnàthach riatanach airson fàs dendrite.Dh'fhàillig am bataraidh le còmhdach alùmanum trì tursan an t-sruth tòiseachaidh, agus dh'fhàillig am bataraidh le còmhdach tungstain còrr is còig uiread an t-sruth tòiseachaidh.Tha an deuchainn seo a’ sealltainn gun do rinn tungsten nas fheàrr na alùmanum.

A-rithist, chleachd an luchd-saidheans miocroscop dealanach sganaidh gus sgrùdadh a dhèanamh air a’ chrìoch eadar anod agus electrolyte.Chunnaic iad gun do thòisich beàrnan a’ cruthachadh anns an t-sreath mheatailt aig dà thrian den dùmhlachd sruth èiginneach a chaidh a thomhas san deuchainn roimhe.Ach, cha robh beàrnan an làthair aig trian den dùmhlachd làithreach riatanach.Dhaingnich seo gu bheil cruthachadh falamh a’ dol air adhart le fàs dendrite.

An uairsin ruith an luchd-saidheans àireamhachadh coimpiutaireachd gus tuigse fhaighinn air mar a tha lithium ag eadar-obrachadh leis na meatailtean sin, a’ cleachdadh na tha fios againn mu mar a bhios tungsten agus alùmanum a’ freagairt ri atharrachaidhean lùtha is teòthachd.Sheall iad gu bheil coltas nas àirde aig fillidhean alùmanum air beàrnan a leasachadh nuair a bhios iad ag eadar-obrachadh le lithium.Le bhith a’ cleachdadh nan àireamhachadh sin bhiodh e na b’ fhasa seòrsa eile de mheatailt a thaghadh airson deuchainn san àm ri teachd.

Tha an sgrùdadh seo air sealltainn gu bheil bataraidhean electrolyte cruaidh nas earbsaiche nuair a chuirear còmhdach tana meatailteach eadar electrolyte agus anod.Sheall an luchd-saidheans cuideachd gum faodadh taghadh aon mheatailt thairis air fear eile, sa chùis seo tungsten an àite alùmanum, toirt air bataraidhean mairsinn eadhon nas fhaide.Bheir leasachadh coileanadh bataraidhean den t-seòrsa seo iad aon cheum nas fhaisge air a bhith a’ cur an àite na bataraidhean electrolyte leaghan lasanta a tha air a’ mhargaidh an-diugh.