Цэнэглэдэг лити ион батерейнууд нь зөөврийн компьютер, гар утаснаас эхлээд цахилгаан машин хүртэл бидний өдөр тутмын амьдралдаа олон төрлийн электрон хэрэгслийг тэжээхэд ашиглагддаг.Өнөөдөр зах зээл дээр байгаа лити ион батерейнууд нь ихэвчлэн эсийн төвд байрлах электролит гэж нэрлэгддэг шингэн уусмал дээр тулгуурладаг.

Батерейг төхөөрөмжөөр тэжээх үед литийн ионууд нь сөрөг цэнэгтэй төгсгөл буюу анодоос шингэн электролитээр дамжин эерэг цэнэгтэй төгсгөл буюу катод руу шилждэг.Зайг цэнэглэж байх үед ионууд катодоос нөгөө чиглэлд электролитээр дамжин анод руу урсдаг.

Шингэн электролит дээр тулгуурладаг литийн ион батерейнууд нь аюулгүй байдлын томоохон асуудалтай байдаг: хэт цэнэглэгдсэн эсвэл богино залгааны үед гал авалцдаг.Шингэн электролитээс илүү найдвартай хувилбар бол анод ба катодын хооронд литийн ионыг зөөвөрлөхийн тулд хатуу электролит ашигладаг зайг бүтээх явдал юм.

Гэсэн хэдий ч өмнөх судалгаагаар хатуу электролит нь батарейг цэнэглэж байх үед анод дээр тогтсон дендрит гэж нэрлэгддэг жижиг металл ургалт үүсгэдэг болохыг тогтоожээ.Эдгээр дендритүүд нь бага гүйдлийн үед батерейг богино залгааснаар тэдгээрийг ашиглах боломжгүй болгодог.

Дендритийн өсөлт нь электролит ба анодын хоорондох хил дээрх электролитийн жижиг дутагдалаас эхэлдэг.Энэтхэгийн эрдэмтэд саяхан дендритын өсөлтийг удаашруулах аргыг нээсэн байна.Электролит ба анодын хооронд нимгэн металл давхарга нэмснээр тэд анод руу дендрит үүсэхийг зогсоож чадна.

Эрдэмтэд энэхүү нимгэн металл давхаргыг бий болгохын тулд хөнгөн цагаан, вольфрамыг боломжтой металлаар судлахаар сонгосон.Учир нь хөнгөн цагаан, вольфрамын аль нь ч литийн хольц, хайлш байдаггүй.Эрдэмтэд энэ нь литийн гажиг үүсэх магадлалыг бууруулна гэж үзсэн.Хэрэв сонгосон металл нь лититэй хайлш хийсэн бол бага хэмжээний лити нь цаг хугацааны явцад металлын давхарга руу шилжиж болно.Энэ нь литид хоосон орон зай гэж нэрлэгддэг нэг төрлийн согогийг үлдээж, улмаар дендрит үүсэх боломжтой болно.

Металл давхаргын үр нөлөөг шалгахын тулд гурван төрлийн батерейг угсарсан: нэг нь лити анод ба хатуу электролитийн хооронд нимгэн хөнгөн цагаан давхаргатай, нэг нь нимгэн вольфрамын давхаргатай, нөгөө нь металл давхаргагүй.

Эрдэмтэд батерейг туршихын өмнө анод ба электролитийн хоорондох заагийг нарийвчлан судлахын тулд сканнерийн электрон микроскоп гэж нэрлэгддэг өндөр хүчин чадалтай микроскоп ашигласан.Тэд дээжинд металл давхаргагүй жижиг цоорхой, цоорхойг олж харсан бөгөөд эдгээр согогууд нь дендрит ургах магадлалтай газар болохыг тэмдэглэжээ.Хөнгөн цагаан ба вольфрамын давхаргатай батерейнууд хоёулаа жигд, тасралтгүй харагдаж байв.

Эхний туршилтаар батерей тус бүрээр 24 цагийн турш тогтмол цахилгаан гүйдэл эргэлдэж байв.Металл давхаргагүй батерей нь богино залгааны улмаас эхний 9 цагийн дотор бүтэлгүйтсэн нь дендритийн өсөлтөөс болж магадгүй юм.Энэхүү анхны туршилтанд хөнгөн цагаан эсвэл вольфрам бүхий батерей амжилтгүй болсон.

Аль металлын давхарга нь дендритийн өсөлтийг зогсооход илүү сайн болохыг тодорхойлохын тулд зөвхөн хөнгөн цагаан, вольфрамын давхаргын дээж дээр өөр туршилт хийсэн.Энэ туршилтаар батерейг өмнөх туршилтанд ашигласан гүйдлээс эхлээд алхам тутамд бага хэмжээгээр нэмэгдүүлж гүйдлийн нягтралыг нэмэгдүүлэх замаар эргүүлсэн.

Зайны богино залгааны гүйдлийн нягт нь дендритийн өсөлтийн чухал гүйдлийн нягт гэж үздэг.Хөнгөн цагааны давхаргатай батерей нь эхлэх гүйдлээс гурав дахин, вольфрамын давхаргатай батерей нь эхлэх гүйдлээс тав дахин их амжилтгүй болсон.Энэхүү туршилт нь вольфрам нь хөнгөн цагаанаас давж гарсныг харуулж байна.

Эрдэмтэд дахин сканнердах электрон микроскоп ашиглан анод ба электролитийн хоорондох хил хязгаарыг шалгасан.Тэд өмнөх туршилтаар хэмжсэн эгзэгтэй гүйдлийн нягтын гуравны хоёрт нь металл давхаргад хоосон зай үүсч эхэлснийг олж харсан.Гэсэн хэдий ч эгзэгтэй гүйдлийн нягтын гуравны нэгд хоосон зай байхгүй байв.Энэ нь хоосон зай үүсэх нь дендритийн өсөлтийг үргэлжлүүлдэг болохыг баталсан.

Дараа нь эрдэмтэд вольфрам, хөнгөн цагаан нь эрчим хүч, температурын өөрчлөлтөд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлдэг талаар бидний мэддэг зүйлийг ашиглан литийн эдгээр металлуудтай хэрхэн харьцдагийг ойлгохын тулд тооцооллын тооцоолол хийсэн.Тэд хөнгөн цагааны давхарга нь литийтэй харьцах үед хоосон зай үүсэх магадлал өндөр болохыг харуулсан.Эдгээр тооцоог ашиглах нь ирээдүйд турших өөр төрлийн металлыг сонгоход хялбар болгоно.

Энэхүү судалгаа нь электролит ба анодын хооронд нимгэн металл давхарга нэмсэн тохиолдолд хатуу электролитийн батерей нь илүү найдвартай болохыг харуулсан.Эрдэмтэд мөн хөнгөн цагааны оронд нэг металлыг, өөрөөр хэлбэл вольфрамыг сонгох нь батерейг илүү удаан эдлэх боломжтойг харуулсан.Эдгээр төрлийн батерейны гүйцэтгэлийг сайжруулснаар өнөөдөр зах зээл дээр байгаа маш шатамхай шингэн электролитийн батерейг солиход нэг алхам ойртоно.