Ana amfani da batirin lithium ion mai caji don samar da wutar lantarki da yawa a rayuwarmu ta yau da kullun, tun daga kwamfyutocin tafi-da-gidanka da wayoyin hannu har zuwa motocin lantarki. Batirin lithium ion da ake sayarwa a kasuwa a yau yawanci suna dogara ne akan ruwan da ake kira electrolyte, a tsakiyar tantanin halitta.

Idan batirin yana ba wa na'ura wutar lantarki, ions na lithium suna motsawa daga ƙarshen caji mara kyau, ko anode, ta cikin ruwa mai electrolyte, zuwa ƙarshen caji mai kyau, ko cathode. Lokacin da ake sake caji batirin, ions ɗin suna gudana daga ɗayan alkiblar daga cathode, ta cikin electrolyte, zuwa anode.

Batirin lithium ion waɗanda suka dogara da ruwa electrolytes suna da babban matsala ta tsaro: suna iya kamawa da wuta idan aka yi musu caji fiye da kima ko kuma aka yi musu jinkiri. Madadin mafi aminci ga ruwa electrolytes shine a gina batirin da ke amfani da ruwa electrolyte don ɗaukar lithium ions tsakanin anode da cathode.

Duk da haka, binciken da aka yi a baya ya gano cewa wani sinadari mai ƙarfi yana haifar da ƙananan ƙwayoyin ƙarfe, waɗanda ake kira dendrites, waɗanda za su taru a kan anode yayin da batirin ke caji. Waɗannan dendrites suna rage wutar lantarki a kan batirin a ƙarancin wutar lantarki, wanda hakan ke sa su zama marasa amfani.

Girman Dendrite yana farawa ne daga ƙananan lahani a cikin electrolyte a iyakar tsakanin electrolyte da anode. Masana kimiyya a Indiya kwanan nan sun gano hanyar rage girman dendrite. Ta hanyar ƙara siririn Layer na ƙarfe tsakanin electrolyte da anode, suna iya hana dendrites girma zuwa anode.

Masana kimiyya sun zaɓi yin nazarin aluminum da tungsten a matsayin ƙarfe mai yiwuwa don gina wannan siririn layin ƙarfe. Wannan saboda babu haɗin aluminum ko tungsten, ko ƙarfe, tare da lithium. Masana kimiyya sun yi imanin cewa wannan zai rage yuwuwar lahani da ke tasowa a cikin lithium. Idan ƙarfen da aka zaɓa ya haɗa da lithium, ƙananan adadin lithium na iya motsawa cikin layin ƙarfe akan lokaci. Wannan zai bar wani nau'in lahani da ake kira void a cikin lithium inda dendrite zai iya samuwa.

Domin a gwada ingancin layin ƙarfe, an haɗa nau'ikan batura guda uku: ɗaya mai siririn layi na aluminum tsakanin lithium anode da sinadari mai ƙarfi, ɗaya mai siririn layi na tungsten, ɗayan kuma ba shi da wani layi na ƙarfe.

Kafin a gwada batura, masana kimiyya sun yi amfani da na'urar hangen nesa mai ƙarfi, wacce ake kira na'urar hangen nesa ta electron, don duba iyakar da ke tsakanin anode da electrolyte. Sun ga ƙananan gibba da ramuka a cikin samfurin ba tare da wani Layer na ƙarfe ba, suna lura cewa waɗannan kurakuran wataƙila wurare ne da dendrites za su iya girma. Dukansu batura masu layukan aluminum da tungsten sun yi kama da santsi da ci gaba.

A gwajin farko, an yi amfani da wutar lantarki mai ci gaba a kowace batir na tsawon awanni 24. Batirin da ba shi da wani layin ƙarfe ya yi gajere kuma ya gaza a cikin awanni 9 na farko, wataƙila saboda girman dendrite. Babu batirin da ke da aluminum ko tungsten da ya gaza a wannan gwajin farko.

Domin a tantance wane ƙarfe ne ya fi kyau wajen dakatar da girman dendrite, an sake yin wani gwaji a kan samfuran aluminum da tungsten Layer kawai. A cikin wannan gwajin, an yi amfani da batura ta hanyar ƙara yawan ƙarfin lantarki, farawa daga ƙarfin lantarki da aka yi amfani da shi a gwajin da ya gabata kuma an ƙara shi da ƙaramin adadin a kowane mataki.

An yi imanin cewa yawan wutar lantarki da batirin ya yi a lokacin da aka yi masa katsewa shine muhimmin yawan wutar lantarki ga ci gaban dendrite. Batirin da ke da layin aluminum ya gaza sau uku na wutar lantarki ta farko, kuma batirin da ke da layin tungsten ya gaza sau biyar na wutar lantarki ta farko. Wannan gwajin ya nuna cewa tungsten ya fi aluminum kyau.

Kuma, masana kimiyya sun yi amfani da na'urar hangen nesa ta lantarki don duba iyakar da ke tsakanin anode da electrolyte. Sun ga cewa voids sun fara samuwa a cikin layin ƙarfe a kashi biyu bisa uku na mahimmancin yawan current da aka auna a gwajin da ya gabata. Duk da haka, voids ba su kasance a kashi ɗaya bisa uku na mahimmancin yawan current ba. Wannan ya tabbatar da cewa samuwar voids yana ci gaba da haɓakar dendrite.

Daga nan masana kimiyya suka gudanar da lissafin lissafi don fahimtar yadda lithium ke hulɗa da waɗannan ƙarfe, ta amfani da abin da muka sani game da yadda tungsten da aluminum ke amsawa ga canje-canjen makamashi da zafin jiki. Sun nuna cewa yadudduka na aluminum suna da yuwuwar haɓakar gurɓatattun abubuwa yayin hulɗa da lithium. Amfani da waɗannan ƙididdigar zai sauƙaƙa zaɓar wani nau'in ƙarfe don gwadawa a nan gaba.

Wannan binciken ya nuna cewa batirin electrolyte mai ƙarfi sun fi aminci idan aka ƙara siririn ƙarfe tsakanin electrolyte da anode. Masana kimiyya sun kuma nuna cewa zaɓar ƙarfe ɗaya fiye da wani, a wannan yanayin tungsten maimakon aluminum, na iya sa batura su daɗe. Inganta aikin waɗannan nau'ikan batura zai kawo su mataki ɗaya kusa da maye gurbin batura masu saurin kama da na ruwa mai kama da electrolyte a kasuwa a yau.