Bithear a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion ath-luchdaichte gus cumhachd a thoirt do mhòran de dh’innealan dealanach nar beatha làitheil, bho choimpiutairean-uchd agus fònaichean-làimhe gu càraichean dealain. Mar as trice bidh na bataraidhean lithium-ion a tha air a’ mhargaidh an-diugh an urra ri fuasgladh leaghaidh, ris an canar electrolyte, ann am meadhan na cealla.

Nuair a bhios am bataraidh a’ toirt cumhachd do inneal, bidh ianan lithium a’ gluasad bhon cheann le luchd àicheil, no an anod, tron ​​electrolyte leaghaidh, chun cheann le luchd deimhinneach, no an catod. Nuair a bhios am bataraidh ga ath-lìonadh, bidh na h-ianan a’ sruthadh an taobh eile bhon chatod, tron ​​electrolyte, chun an anod.

Tha cùis mhòr sàbhailteachd aig bataraidhean lithium-ion a bhios an urra ri electrolytes leaghaidh: faodaidh iad teine ​​a ghlacadh nuair a thèid cus cosgais no geàrr-chuairteachadh a dhèanamh orra. Is e roghainn eile nas sàbhailte an àite electrolytes leaghaidh bataraidh a thogail a bhios a’ cleachdadh electrolyte cruaidh gus ianan lithium a ghiùlan eadar an anod agus an catod.

Ach, tha sgrùdaidhean a rinneadh roimhe air faighinn a-mach gun robh electrolyte cruaidh ag adhbhrachadh fàsan beaga meatailteach, ris an canar dendrites, a bhiodh a’ cruinneachadh air an anod fhad ‘s a bha am bataraidh a’ cur cosgais. Bidh na dendrites sin a’ dèanamh geàrr-chuairteachadh air na bataraidhean aig sruthan ìosal, gan dèanamh do-dhèanta a chleachdadh.

Bidh fàs dendritean a’ tòiseachadh aig beàrnan beaga san electrolyte aig a’ chrìoch eadar an electrolyte agus an anod. O chionn ghoirid, tha luchd-saidheans anns na h-Innseachan air dòigh a lorg airson fàs dendritean a lughdachadh. Le bhith a’ cur sreath tana meatailteach eadar an electrolyte agus an anod, faodaidh iad stad a chuir air dendritean bho bhith a’ fàs a-steach don anod.

Thagh na luchd-saidheans sgrùdadh a dhèanamh air alùmanum agus tungsten mar mheatailtean a dh’ fhaodadh a bhith ann gus an sreath tana meatailteach seo a thogail. Tha seo air sgàth nach eil alùmanum no tungsten a’ measgachadh, no a’ measgachadh, le lithium. Bha na luchd-saidheans den bheachd gun lughdaicheadh ​​seo an coltachd gum biodh lochdan a’ cruthachadh anns an lithium. Nam biodh am meatailt a chaidh a thaghadh a’ measgachadh le lithium, dh’ fhaodadh meudan beaga de lithium gluasad a-steach don t-sreath meatailt 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 t-sreath meatailteach a dhearbhadh, chaidh trì seòrsaichean bataraidhean a chur ri chèile: aon le sreath tana de alùmanum eadar anod lithium agus an electrolyte cruaidh, aon le sreath tana de tungsten, agus fear gun sreath meatailteach.

Mus do rinn iad deuchainn air na bataraidhean, chleachd na luchd-saidheans miocroscop cumhachdach, 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 shreath meatailteach, a’ toirt fa-near gur e na lochdan sin àiteachan a dh’ fhaodadh dendrites fàs. Bha coltas rèidh agus leantainneach air an dà bhataraidh le sreathan alùmanum agus tungsten.

Anns a’ chiad deuchainn, chaidh sruth dealain seasmhach a chur tro gach bataraidh airson 24 uair a thìde. Rinn am bataraidh gun shreath meatailteach geàrr-chuairteachadh agus dh’fhàillig e taobh a-staigh a’ chiad 9 uairean, is dòcha air sgàth fàs dendrite. Cha do dh’fhàillig bataraidh le alùmanum no tungsten anns a’ chiad deuchainn seo.

Gus faighinn a-mach dè an sreath meatailt a b’ fheàrr air stad a chur air fàs dendrite, chaidh deuchainn eile a dhèanamh air na sampallan sreath alùmanum agus tungsten a-mhàin. Anns an deuchainn seo, chaidh na bataraidhean a chuairteachadh tro bhith a’ meudachadh dùmhlachd srutha, a’ tòiseachadh aig an t-sruth a chaidh a chleachdadh san deuchainn roimhe agus ag àrdachadh beagan aig gach ceum.

Bhathas den bheachd gur e an dùmhlachd srutha aig an do rinn am bataraidh geàrr-chuairteachadh an dùmhlachd srutha deatamach airson fàs dendrite. Dh’fhàillig am bataraidh le sreath alùmanaim aig trì uiread an t-sruth tòiseachaidh, agus dh’fhàillig am bataraidh le sreath tungsten aig 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 na 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 meatailt aig dà thrian de na dùmhlachdan sruth èiginneach a chaidh a thomhas san deuchainn roimhe. Ach, cha robh beàrnan an làthair aig aon trian den dùmhlachd sruth èiginneach. Dhearbh seo gu bheil cruthachadh beàrnan a’ dol air adhart le fàs dendrite.

An uair sin, rinn na luchd-saidheans àireamhachadh coimpiutaireach gus tuigse fhaighinn air mar a bhios 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 cothrom nas àirde ann gum bi beàrnan ann an sreathan alùmanum nuair a bhios iad ag eadar-obrachadh le lithium. Le bhith a’ cleachdadh nan àireamhachadh sin, bhiodh e nas fhasa seòrsa eile de mheatailt a thaghadh airson deuchainn a dhèanamh san àm ri teachd.

Tha an sgrùdadh seo air sealltainn gu bheil bataraidhean electrolyte cruaidh nas earbsaiche nuair a thèid sreath tana meatailteach a chur eadar an electrolyte agus an anod. Sheall na luchd-saidheans cuideachd gum faodadh taghadh aon mheatailt thairis air fear eile, sa chùis seo tungsten an àite alùmanum, bataraidhean a dhèanamh nas maireannaiche. Le bhith a’ leasachadh coileanadh nan seòrsaichean bataraidhean seo, bheir sin ceum nas fhaisge orra a bhith a’ cur nan àite na bataraidhean electrolyte leaghaidh lasanta a tha air a’ mhargaidh an-diugh.