Batré litium ion anu tiasa dicas ulang dianggo pikeun ngagerakkeun seueur éléktronik dina kahirupan urang sapopoe, ti laptop sareng telepon sélulér dugi ka mobil listrik. Batré litium ion anu aya di pasaran ayeuna biasana ngandelkeun larutan cair, anu disebut éléktrolit, di tengah sél.

Nalika batré keur ngagerakkeun alat, ion litium pindah ti tungtung anu boga muatan négatif, atawa anoda, ngaliwatan éléktrolit cair, ka tungtung anu boga muatan positif, atawa katoda. Nalika batré keur dicas ulang, ion-ion ngalir ka arah anu sabalikna ti katoda, ngaliwatan éléktrolit, ka anoda.

Batré ion litium anu ngandelkeun éléktrolit cair ngagaduhan masalah kaamanan anu utama: éta tiasa kahuruan nalika dicas kaleuleuwihi atanapi dihubungkeun pondok. Alternatif anu langkung aman pikeun éléktrolit cair nyaéta ngadamel batré anu nganggo éléktrolit padet pikeun ngangkut ion litium antara anoda sareng katoda.

Nanging, panilitian sateuacana mendakan yén éléktrolit padet nyababkeun kamekaran logam leutik, anu disebut dendrit, anu bakal ngumpul dina anoda nalika batréna nuju dicas. Dendrit ieu nyababkeun sirkuit pondok batré dina arus anu handap, janten teu tiasa dianggo.

Tumuwuhna dendrit dimimitian dina cacad leutik dina éléktrolit di wates antara éléktrolit sareng anoda. Para ilmuwan di India nembe mendakan cara pikeun ngalambatkeun tumuwuhna dendrit. Ku cara nambihan lapisan logam ipis antara éléktrolit sareng anoda, aranjeunna tiasa nyegah dendrit tumuwuh kana anoda.

Para élmuwan milih pikeun nalungtik aluminium sareng tungsten salaku logam anu mungkin pikeun ngawangun lapisan logam ipis ieu. Ieu kusabab boh aluminium atanapi tungsten henteu nyampur, atanapi paduan, sareng litium. Para élmuwan yakin ieu bakal ngirangan kamungkinan cacad anu kabentuk dina litium. Upami logam anu dipilih ngagabungkeun paduan sareng litium, sakedik litium tiasa ngalih kana lapisan logam kana waktosna. Ieu bakal ninggalkeun jinis cacad anu disebut rongga dina litium dimana dendrit teras tiasa kabentuk.

Pikeun nguji éféktivitas lapisan logam, tilu jinis batré dirakit: hiji kalayan lapisan ipis aluminium antara anoda litium sareng éléktrolit padet, hiji kalayan lapisan ipis tungsten, sareng hiji tanpa lapisan logam.

Sateuacan nguji batréna, para ilmuwan nganggo mikroskop kakuatan tinggi, anu disebut mikroskop éléktron scanning, pikeun ningali sacara saksama wates antara anoda sareng éléktrolit. Aranjeunna ningali celah sareng liang alit dina sampel tanpa lapisan logam, anu nyatet yén cacad ieu kamungkinan mangrupikeun tempat pikeun dendrit tumbuh. Duanana batré anu nganggo lapisan aluminium sareng tungsten katingalina lemes sareng kontinyu.

Dina ékspérimén munggaran, arus listrik anu konstan dialirkeun kana unggal batré salami 24 jam. Batré anu teu aya lapisan logamna padeukeut sareng rusak dina 9 jam mimiti, kamungkinan kusabab kamekaran dendrit. Boh batré anu nganggo aluminium atanapi tungsten teu rusak dina ékspérimén awal ieu.

Pikeun nangtukeun lapisan logam mana anu langkung saé dina ngeureunkeun kamekaran dendrit, ékspérimén sanés dilakukeun ngan ukur dina sampel lapisan aluminium sareng tungsten. Dina ékspérimén ieu, batré didaur ulang ngaliwatan paningkatan kapadetan arus, dimimitian ti arus anu dianggo dina ékspérimén sateuacana sareng ningkat sakedik dina unggal léngkah.

Kapadetan arus nalika batréna hubung pondok dipercaya janten kapadetan arus kritis pikeun kamekaran dendrit. Batré anu lapisan aluminium gagal dina tilu kali arus awal, sareng batré anu lapisan tungsten gagal dina langkung ti lima kali arus awal. Ékspérimén ieu nunjukkeun yén tungsten langkung unggul tibatan aluminium.

Sakali deui, para ilmuwan nganggo mikroskop éléktron scanning pikeun mariksa wates antara anoda sareng éléktrolit. Aranjeunna ningali yén rongga mimiti kabentuk dina lapisan logam dina dua per tilu tina kapadetan arus kritis anu diukur dina ékspérimén sateuacana. Nanging, rongga henteu aya dina sapertiluna tina kapadetan arus kritis. Ieu mastikeun yén formasi rongga lumangsung kamekaran dendrit.

Para ilmuwan teras ngajalankeun itungan komputasi pikeun ngartos kumaha litium berinteraksi sareng logam-logam ieu, nganggo naon anu urang terang ngeunaan kumaha tungsten sareng aluminium ngaréspon kana parobahan énergi sareng suhu. Aranjeunna nunjukkeun yén lapisan aluminium memang gaduh kamungkinan anu langkung luhur pikeun ngembangkeun rongga nalika berinteraksi sareng litium. Ngagunakeun itungan ieu bakal ngagampangkeun pikeun milih jinis logam sanés pikeun diuji di hareup.

Panilitian ieu nunjukkeun yén batré éléktrolit padet langkung dipercaya nalika lapisan logam ipis ditambahkeun antara éléktrolit sareng anoda. Para ilmuwan ogé nunjukkeun yén milih hiji logam tibatan anu sanés, dina hal ieu tungsten tinimbang aluminium, tiasa ngajantenkeun batré langkung awét. Ningkatkeun kinerja jinis batré ieu bakal ngajantenkeun aranjeunna saléngkah langkung caket pikeun ngagentos batré éléktrolit cair anu gampang kabeuleum di pasar ayeuna.