Վերալիցքավորվող լիթիումի իոնային մարտկոցներն օգտագործվում են մեր առօրյա կյանքում բազմաթիվ էլեկտրոնիկայի սնուցման համար՝ նոութբուքներից և բջջային հեռախոսներից մինչև էլեկտրական մեքենաներ:Այսօր շուկայում առկա լիթիումի իոնային մարտկոցները սովորաբար հիմնված են հեղուկ լուծույթի վրա, որը կոչվում է էլեկտրոլիտ, որը գտնվում է բջջի կենտրոնում:

Երբ մարտկոցը սնուցում է սարքը, լիթիումի իոնները բացասական լիցքավորված ծայրից կամ անոդից շարժվում են հեղուկ էլեկտրոլիտի միջով դեպի դրական լիցքավորված ծայրը կամ կաթոդը:Երբ մարտկոցը լիցքավորվում է, իոնները կաթոդից հոսում են մյուս ուղղությամբ՝ էլեկտրոլիտի միջով դեպի անոդ:

Լիթիումի իոնային մարտկոցները, որոնք հենվում են հեղուկ էլեկտրոլիտների վրա, ունեն անվտանգության լուրջ խնդիր՝ դրանք կարող են բռնկվել գերլիցքավորման կամ կարճ միացման ժամանակ:Հեղուկ էլեկտրոլիտների ավելի անվտանգ այլընտրանքը մարտկոցի ստեղծումն է, որն օգտագործում է պինդ էլեկտրոլիտ՝ լիթիումի իոնները անոդի և կաթոդի միջև տեղափոխելու համար:

Այնուամենայնիվ, նախորդ ուսումնասիրությունները պարզել են, որ պինդ էլեկտրոլիտը հանգեցրել է փոքր մետաղական գոյացությունների, որոնք կոչվում են դենդրիտներ, որոնք կուտակվում են անոդի վրա, երբ մարտկոցը լիցքավորվում է:Այս դենդրիտները կարճ միացնում են մարտկոցները ցածր հոսանքների դեպքում՝ դրանք դարձնելով անօգտագործելի:

Դենդրիտի աճը սկսվում է էլեկտրոլիտի փոքր թերություններից էլեկտրոլիտի և անոդի միջև սահմանին:Հնդկաստանի գիտնականները վերջերս հայտնաբերել են դենդրիտների աճը դանդաղեցնելու միջոց:Էլեկտրոլիտի և անոդի միջև բարակ մետաղական շերտ ավելացնելով՝ նրանք կարող են դադարեցնել դենդրիտների աճը դեպի անոդ:

Գիտնականները որոշել են ուսումնասիրել ալյումինն ու վոլֆրամը՝ որպես հնարավոր մետաղներ՝ այս բարակ մետաղական շերտը կառուցելու համար:Դա պայմանավորված է նրանով, որ ոչ ալյումինը, ոչ վոլֆրամը չեն խառնվում կամ համաձուլվածքը լիթիումի հետ:Գիտնականները կարծում էին, որ դա կնվազեցնի լիթիումի թերությունների առաջացման հավանականությունը:Եթե ​​ընտրված մետաղը համաձուլվի լիթիումի հետ, ժամանակի ընթացքում փոքր քանակությամբ լիթիում կարող է տեղափոխվել մետաղի շերտ:Դա կարող է թողնել մի տեսակ թերություն, որը կոչվում է դատարկ լիթիում, որտեղ կարող է ձևավորվել դենդրիտ:

Մետաղական շերտի արդյունավետությունը ստուգելու համար հավաքվել են երեք տեսակի մարտկոցներ՝ մեկը՝ ալյումինի բարակ շերտով լիթիումի անոդի և պինդ էլեկտրոլիտի միջև, մեկը՝ վոլֆրամի բարակ շերտով և մեկը՝ առանց մետաղական շերտի։

Մարտկոցների փորձարկումից առաջ գիտնականներն օգտագործել են բարձր հզորությամբ մանրադիտակ, որը կոչվում է սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ՝ ուշադիր նայելու անոդի և էլեկտրոլիտի միջև եղած սահմանը:Նրանք նմուշում տեսան փոքր բացեր և անցքեր՝ առանց մետաղական շերտի, նշելով, որ այդ թերությունները, հավանաբար, դենդրիտների աճի վայրեր են:Երկուսն էլ ալյումինե և վոլֆրամի շերտերով մարտկոցները հարթ և շարունակական տեսք ունեին:

Առաջին փորձի ժամանակ յուրաքանչյուր մարտկոցի միջով հաստատուն էլեկտրական հոսանք անցավ 24 ժամ:Մետաղական շերտ չունեցող մարտկոցը կարճ միացավ և խափանվեց առաջին 9 ժամվա ընթացքում, հավանաբար դենդրիտների աճի պատճառով:Ոչ ալյումինով կամ վոլֆրամով մարտկոցը ձախողվեց այս սկզբնական փորձի ժամանակ:

Որոշելու համար, թե որ մետաղի շերտն է ավելի լավ կանգնեցնում դենդրիտների աճը, մեկ այլ փորձ կատարվեց միայն ալյումինի և վոլֆրամի շերտի նմուշների վրա:Այս փորձի ժամանակ մարտկոցները պտտվում էին աճող հոսանքի խտության միջոցով՝ սկսած նախորդ փորձի ժամանակ օգտագործված հոսանքից և յուրաքանչյուր քայլում փոքր քանակությամբ ավելանալով:

Ենթադրվում էր, որ ընթացիկ խտությունը, որով մարտկոցը միացել է կարճ միացմանը, դենդրիտների աճի համար կրիտիկական հոսանքի խտությունն է:Ալյումինե շերտով մարտկոցը խափանվել է մեկնարկային հոսանքի երեք անգամ, իսկ վոլֆրամի շերտով մարտկոցը ձախողվել է մեկնարկային հոսանքի հինգ անգամից ավելի:Այս փորձը ցույց է տալիս, որ վոլֆրամը գերազանցում է ալյումինին:

Կրկին, գիտնականներն օգտագործել են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ՝ անոդի և էլեկտրոլիտի միջև սահմանը ստուգելու համար:Նրանք տեսան, որ դատարկությունները սկսեցին ձևավորվել մետաղի շերտում նախորդ փորձի ժամանակ չափված կրիտիկական հոսանքի խտության երկու երրորդով:Այնուամենայնիվ, դատարկությունները ներկա չէին կրիտիկական հոսանքի խտության մեկ երրորդում:Սա հաստատեց, որ դատարկ ձևավորումը շարունակում է դենդրիտների աճը:

Այնուհետև գիտնականները հաշվողական հաշվարկներ կատարեցին՝ հասկանալու համար, թե ինչպես է լիթիումը փոխազդում այս մետաղների հետ՝ օգտագործելով այն, ինչ մենք գիտենք, թե ինչպես են վոլֆրամն ու ալյումինը արձագանքում էներգիայի և ջերմաստիճանի փոփոխություններին:Նրանք ցույց տվեցին, որ ալյումինե շերտերն իսկապես ունեն լիթիումի հետ փոխազդեցության ժամանակ դատարկությունների առաջացման ավելի մեծ հավանականություն:Այս հաշվարկների օգտագործումը կհեշտացնի մետաղի այլ տեսակի ընտրությունը ապագայում փորձարկելու համար:

Այս ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ պինդ էլեկտրոլիտային մարտկոցներն ավելի հուսալի են, երբ էլեկտրոլիտի և անոդի միջև բարակ մետաղական շերտ է ավելացվում:Գիտնականները նաև ցույց են տվել, որ ընտրելով մեկ մետաղը մյուսի փոխարեն, այս դեպքում ալյումինի փոխարեն վոլֆրամը, կարող է մարտկոցները ավելի երկար պահել:Այս տեսակի մարտկոցների աշխատանքի բարելավումը նրանց մեկ քայլ ավելի կմոտեցնի այսօր շուկայում առկա խիստ դյուրավառ հեղուկ էլեկտրոլիտային մարտկոցները փոխարինելուն: