Təkrar doldurulan litium-ion batareyalar gündəlik həyatımızda noutbuk və cib telefonlarından tutmuş elektrik avtomobillərinə qədər bir çox elektronikanı gücləndirmək üçün istifadə olunur.Bu gün bazarda olan litium-ion batareyaları adətən hüceyrənin mərkəzində elektrolit adlanan maye məhlula əsaslanır.

Batareya cihazı işə saldıqda, litium ionları mənfi yüklü ucdan və ya anoddan maye elektrolitdən keçərək müsbət yüklənmiş ucluğa və ya katoda keçir.Batareyanın doldurulması zamanı ionlar katoddan elektrolitdən keçərək anoda başqa istiqamətə axır.

Maye elektrolitlərə əsaslanan litium-ion batareyaları böyük bir təhlükəsizlik probleminə malikdir: həddindən artıq yükləndikdə və ya qısaqapandıqda alovlana bilər.Maye elektrolitlərə daha təhlükəsiz alternativ, anod və katod arasında litium ionlarını daşımaq üçün bərk elektrolitdən istifadə edən bir batareya qurmaqdır.

Bununla belə, əvvəlki tədqiqatlar müəyyən etmişdi ki, bərk elektrolit batareyanın doldurulması zamanı anodda yığılacaq dendrit adlanan kiçik metal böyümələrə səbəb olur.Bu dendritlər batareyaları aşağı cərəyanlarda qısaqapanaraq onları yararsız hala gətirir.

Dendritin böyüməsi elektrolit və anod arasındakı sərhəddə elektrolitdəki kiçik qüsurlardan başlayır.Hindistanlı elm adamları bu yaxınlarda dendrit artımını yavaşlatmağın yolunu kəşf ediblər.Elektrolit və anod arasında nazik bir metal təbəqə əlavə etməklə, dendritlərin anoda böyüməsini dayandıra bilərlər.

Alimlər bu nazik metal təbəqəni yaratmaq üçün mümkün metallar kimi alüminium və volframı öyrənməyi seçdilər.Bunun səbəbi nə alüminiumun, nə volframın, nə də ərintinin litium ilə qarışığı olmamasıdır.Alimlər bunun litiumda qüsurların əmələ gəlməsi ehtimalını azaldacağına inanırdılar.Seçilmiş metal litium ilə ərinti edərsə, zamanla kiçik miqdarda litium metal təbəqəyə keçə bilər.Bu, litiumda dendritin meydana gələ biləcəyi boşluq adlanan bir növ qüsur buraxacaq.

Metal təbəqənin effektivliyini yoxlamaq üçün üç növ akkumulyator yığılıb: biri litium anod və bərk elektrolit arasında nazik alüminium təbəqəsi, digəri nazik volfram təbəqəsi və digəri metal təbəqəsi olmayan.

Batareyaları sınaqdan keçirməzdən əvvəl alimlər anod və elektrolit arasındakı sərhədə yaxından baxmaq üçün skan edən elektron mikroskop adlanan yüksək güclü mikroskopdan istifadə ediblər.Onlar nümunədə heç bir metal təbəqəsi olmayan kiçik boşluqlar və dəliklər gördülər və qeyd etdilər ki, bu qüsurlar dendritlərin böyüməsi üçün ehtimal olunan yerlərdir.Alüminium və volfram təbəqələri olan hər iki batareya hamar və davamlı görünürdü.

Birinci təcrübədə hər bir akkumulyatorda 24 saat ərzində sabit elektrik cərəyanı dövrə vurdu.Heç bir metal təbəqəsi olmayan batareya qısa qapandı və ilk 9 saat ərzində uğursuz oldu, ehtimal ki, dendrit böyüməsi səbəbindən.Bu ilkin təcrübədə nə alüminium, nə də volfram olan batareya uğursuz oldu.

Hansı metal təbəqənin dendrit artımını dayandırmaqda daha yaxşı olduğunu müəyyən etmək üçün yalnız alüminium və volfram təbəqəsi nümunələri üzərində başqa bir təcrübə aparıldı.Bu təcrübədə, batareyalar əvvəlki təcrübədə istifadə olunan cərəyandan başlayaraq və hər addımda kiçik bir miqdar artıraraq artan cərəyan sıxlığı vasitəsilə dövrələnmişdir.

Batareyanın qısa qapandığı cərəyan sıxlığının dendritin böyüməsi üçün kritik cərəyan sıxlığı olduğuna inanılırdı.Alüminium təbəqəsi olan batareya başlanğıc cərəyandan üç dəfə, volfram təbəqəsi olan batareya isə başlanğıc cərəyanından beş dəfə çox uğursuz oldu.Bu təcrübə göstərir ki, volfram alüminiumdan üstündür.

Yenə də elm adamları anod və elektrolit arasındakı sərhədi yoxlamaq üçün skan edən elektron mikroskopdan istifadə etdilər.Onlar metal təbəqədə əvvəlki təcrübədə ölçülən kritik cərəyan sıxlığının üçdə ikisində boşluqların əmələ gəldiyini gördülər.Bununla belə, kritik cərəyan sıxlığının üçdə birində boşluqlar mövcud deyildi.Bu, boşluqların meydana gəlməsinin dendrit böyüməsini davam etdirdiyini təsdiqlədi.

Elm adamları daha sonra volfram və alüminiumun enerji və temperatur dəyişikliklərinə necə reaksiya verdiyi haqqında bildiklərimizdən istifadə edərək, litiumun bu metallarla necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu anlamaq üçün hesablama hesablamaları apardılar.Onlar nümayiş etdirdilər ki, alüminium təbəqələrinin litium ilə qarşılıqlı əlaqəsi zamanı boşluqların əmələ gəlmə ehtimalı həqiqətən də daha yüksəkdir.Bu hesablamalardan istifadə etmək gələcəkdə sınaqdan keçirmək üçün başqa bir metal növü seçməyi asanlaşdıracaq.

Bu araşdırma göstərdi ki, elektrolit və anod arasında nazik metal təbəqə əlavə edildikdə bərk elektrolit batareyaları daha etibarlıdır.Alimlər həmçinin nümayiş etdirdilər ki, alüminium əvəzinə bir metalın, bu halda volframın digəri üzərində seçilməsi batareyaların daha da uzun ömür sürməsinə səbəb ola bilər.Bu tip akkumulyatorların iş qabiliyyətinin yaxşılaşdırılması onları bu gün bazarda tez alışan maye elektrolit batareyalarını əvəz etməyə bir addım daha yaxınlaşdıracaq.