Defnyddir batris ïon lithiwm y gellir eu hailwefru i bweru llawer o electroneg yn ein bywydau bob dydd, o liniaduron a ffonau symudol i geir trydan.Mae'r batris ïon lithiwm ar y farchnad heddiw fel arfer yn dibynnu ar hydoddiant hylif, a elwir yn electrolyt, yng nghanol y gell.

Pan fydd y batri yn pweru dyfais, mae ïonau lithiwm yn symud o'r pen â gwefr negyddol, neu'r anod, trwy'r electrolyt hylif, i'r pen â gwefr bositif, neu'r catod.Pan fydd y batri yn cael ei ailwefru, mae'r ïonau'n llifo i'r cyfeiriad arall o'r catod, trwy'r electrolyte, i'r anod.

Mae gan fatris ïon lithiwm sy'n dibynnu ar electrolytau hylif fater diogelwch mawr: gallant fynd ar dân pan gânt eu gordalu neu eu cylchedau byr.Dewis arall mwy diogel i electrolytau hylif yw adeiladu batri sy'n defnyddio electrolyt solet i gludo ïonau lithiwm rhwng yr anod a'r catod.

Fodd bynnag, mae astudiaethau blaenorol wedi canfod bod electrolyt solet wedi arwain at dyfiannau metelaidd bach, a elwir yn dendrites, a fyddai'n cronni ar yr anod tra bod y batri yn gwefru.Mae'r rhain yn dendrites cylched byr y batris ar gerhyntau isel, gan eu gwneud yn annefnyddiadwy.

Mae twf dendrite yn dechrau gyda diffygion bach yn yr electrolyte ar y ffin rhwng electrolyt ac anod.Yn ddiweddar, mae gwyddonwyr yn India wedi darganfod ffordd i arafu twf dendrit.Trwy ychwanegu haen fetelaidd denau rhwng electrolyte ac anod, gallant atal dendritau rhag tyfu i'r anod.

Dewisodd y gwyddonwyr astudio alwminiwm a thwngsten fel metelau posibl i adeiladu'r haen fetelaidd denau hon.Mae hyn oherwydd nad yw alwminiwm na thwngsten yn cymysgu, nac yn aloi, â lithiwm.Credai'r gwyddonwyr y byddai hyn yn lleihau'r tebygolrwydd o ddiffygion yn ffurfio yn y lithiwm.Pe bai'r metel a ddewiswyd yn aloi â lithiwm, gallai symiau bach o lithiwm symud i'r haen fetel dros amser.Byddai hyn yn gadael math o ddiffyg o'r enw gwagle yn y lithiwm lle gallai dendrit ffurfio wedyn.

Er mwyn profi effeithiolrwydd yr haen metelaidd, cydosodwyd tri math o batris: un gyda haen denau o alwminiwm rhwng anod lithiwm a'r electrolyt solet, un gyda haen denau o twngsten, ac un heb unrhyw haen metelaidd.

Cyn profi'r batris, defnyddiodd y gwyddonwyr ficrosgop pŵer uchel, a elwir yn ficrosgop electron sganio, i edrych yn agos ar y ffin rhwng anod ac electrolyt.Gwelsant fylchau bach a thyllau yn y sampl heb unrhyw haen fetelaidd, gan nodi bod y diffygion hyn yn debygol o fod yn lleoedd i dendritau dyfu.Roedd y batris gyda haenau alwminiwm a thwngsten yn edrych yn llyfn ac yn barhaus.

Yn yr arbrawf cyntaf, roedd cerrynt trydan cyson yn cael ei feicio trwy bob batri am 24 awr.Roedd y batri heb unrhyw haen fetelaidd wedi'i gylchedu'n fyr ac wedi methu o fewn y 9 awr gyntaf, yn debygol oherwydd twf dendrite.Methodd y naill fatri ag alwminiwm na thwngsten yn yr arbrawf cychwynnol hwn.

Er mwyn penderfynu pa haen fetel oedd yn well am atal twf dendrit, perfformiwyd arbrawf arall ar y samplau haen alwminiwm a thwngsten yn unig.Yn yr arbrawf hwn, cafodd y batris eu beicio trwy ddwysedd cerrynt cynyddol, gan ddechrau ar y cerrynt a ddefnyddiwyd yn yr arbrawf blaenorol a chynyddu ychydig bach ym mhob cam.

Credir mai dwysedd cerrynt y batri cylched byr oedd y dwysedd cerrynt critigol ar gyfer twf dendrit.Methodd y batri â haen alwminiwm dair gwaith y cerrynt cychwyn, a methodd y batri â haen twngsten dros bum gwaith y cerrynt cychwyn.Mae'r arbrawf hwn yn dangos bod twngsten wedi perfformio'n well na alwminiwm.

Unwaith eto, defnyddiodd y gwyddonwyr ficrosgop electron sganio i archwilio'r ffin rhwng anod ac electrolyt.Gwelsant fod gwagleoedd wedi dechrau ffurfio yn yr haen fetel ar ddwy ran o dair o'r dwyseddau cerrynt critigol a fesurwyd yn yr arbrawf blaenorol.Fodd bynnag, nid oedd unedau gwag yn bresennol ar draean o'r dwysedd cerrynt critigol.Cadarnhaodd hyn fod ffurfio gwagleoedd yn mynd rhagddo â thwf dendrit.

Yna cynhaliodd y gwyddonwyr gyfrifiadau cyfrifiannol i ddeall sut mae lithiwm yn rhyngweithio â'r metelau hyn, gan ddefnyddio'r hyn a wyddom am sut mae twngsten ac alwminiwm yn ymateb i newidiadau ynni a thymheredd.Maent yn dangos bod haenau alwminiwm yn wir yn fwy tebygol o ddatblygu unedau gwag wrth ryngweithio â lithiwm.Byddai defnyddio'r cyfrifiadau hyn yn ei gwneud hi'n haws dewis math arall o fetel i'w brofi yn y dyfodol.

Mae'r astudiaeth hon wedi dangos bod batris electrolyt solet yn fwy dibynadwy pan ychwanegir haen fetelaidd denau rhwng electrolyte ac anod.Dangosodd y gwyddonwyr hefyd y gallai dewis un metel dros y llall, sef twngsten yn yr achos hwn yn lle alwminiwm, wneud i fatris bara hyd yn oed yn hirach.Bydd gwella perfformiad y mathau hyn o fatris yn dod â nhw un cam yn nes at ddisodli'r batris electrolyt hylif hynod fflamadwy ar y farchnad heddiw.