Międzynarodowy zespół naukowców znalazł sposób na rozwój i obserwację dendrytów w bateriach, aby zrozumieć sposoby zatrzymania lub zapobiegania ich pojawiania się.
Tajemnicą nie jest, że baterie litowe są narażone zarówno na opłakaną w skutkach awarię (w postaci np. wybuchu, czy pożaru) oraz degradację ich wytrzymałości w ramach używania. Odpowiedzialne są za to m.in. dendryty – małe, sztywne i przypominające drzewa struktury, które mogą rosnąć wewnątrz baterii litowej.
Kiedy już osiągną w nich pewien stan, to zaczyna nazywać się je wspomnianymi wąsami, a więc czymś w rodzaju niewielkich igiełek. Obie te struktury stanowią ogromne ryzyko, bo mogą m.in. przebić separator wewnątrz akumulatora. Zwiększają również niepożądane reakcje między elektrolitem a litem, co przyśpiesza wyładowywanie się i zwiększa ewentualność awarii.
Jak powiedział powiedział Sulin Zhang, profesor inżynierii mechanicznej w Penn State:
Trudno jest wykryć zarodkowanie takiej wąsy i obserwować jej wzrost, ponieważ jest ona niewielka. Niezwykle wysoka reaktywność litu bardzo utrudnia eksperymentalne badanie jego istnienia i pomiar jego właściwości.
Zespół składający się z naukowców z Chin, Georgia Tech i Penn State z powodzeniem wyhodował wąsy litowe w elektronowym mikroskopie transmisyjnym z transmisją środowiskową (ETEM) w atmosferze z dwutlenku węgla. Dlatego, ponieważ reakcja dwutlenku węgla z litem tworzy warstwę tlenkową, która pomaga ustabilizować wąsy.
Zespół zastosował innowacyjną końcówkę „mikroskopu sił atomowych” (AFM) jako przeciwelektrodę, a zintegrowana technika ETEM-AFM umożliwia im jednoczesne obrazowanie wzrostu wąsów i pomiar wzrostu. Jeśli ten jest zbyt wysoki, przeniknie i złamie stały elektrolit, umożliwiając wąsom dalszy wzrost i ostatecznie zwarcie ogniwa.
Teraz, gdy znamy granicę stresu wzrostu, możemy odpowiednio skonstruować elektrolity stałe, aby temu zapobiec.
Zhang powiedział, że ta nowa technika zostanie przyjęta przez społeczności mechaników i elektrochemii i będzie przydatna w wielu innych zastosowaniach.
