ዳግም ሊሞሉ የሚችሉ የሊቲየም አዮን ባትሪዎች ከላፕቶፖችና ከሞባይል ስልኮች እስከ ኤሌክትሪክ መኪኖች ድረስ በዕለት ተዕለት ሕይወታችን ውስጥ ብዙ ኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎችን ለማብራት ያገለግላሉ። ዛሬ በገበያ ላይ የሚገኙት የሊቲየም አዮን ባትሪዎች በተለምዶ በሴል መሃል ላይ ኤሌክትሮላይት በሚባል ፈሳሽ መፍትሄ ላይ የተመሰረቱ ናቸው።

ባትሪው መሳሪያን ሲያንቀሳቅስ፣ የሊቲየም አየኖች ከአሉታዊ ቻርጅ ጫፍ ወይም አኖድ በፈሳሽ ኤሌክትሮላይት በኩል ወደ ፖዘቲቭ ቻርጅ ጫፍ ወይም ካቶድ ይንቀሳቀሳሉ። ባትሪው ሲሞላ፣ አየኖቹ ከካቶድ፣ በኤሌክትሮላይት በኩል፣ ወደ አኖድ በሌላ አቅጣጫ ይፈሳሉ።

በፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች ላይ የተመሰረቱ የሊቲየም አዮን ባትሪዎች ከፍተኛ የደህንነት ችግር አለባቸው፡ ከመጠን በላይ ሲሞሉ ወይም ሲቀዘቅዙ በእሳት ሊያዙ ይችላሉ። ከፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች የበለጠ ደህንነቱ የተጠበቀ አማራጭ በአኖድ እና በካቶድ መካከል የሊቲየም አየኖችን ለማጓጓዝ ጠንካራ ኤሌክትሮላይት የሚጠቀም ባትሪ መገንባት ነው።

ይሁን እንጂ፣ ቀደም ሲል የተደረጉ ጥናቶች እንደሚያሳዩት ጠጣር ኤሌክትሮላይት ባትሪው እየሞላ እያለ በአኖድ ላይ የሚከማቹ ትናንሽ የብረት እድገቶችን (ዴንድሪትስ) ያስከትላል። እነዚህ ዴንድሪቶች ባትሪዎቹን በዝቅተኛ ጅረቶች ያቋርጣሉ፣ ይህም ጥቅም ላይ የማይውሉ ያደርጋቸዋል።

የዴንድሪት እድገት የሚጀምረው በኤሌክትሮላይት እና በአኖድ መካከል ባለው ድንበር ላይ ባለው ኤሌክትሮላይት ውስጥ ባሉ ትናንሽ ጉድለቶች ነው። በህንድ የሚገኙ ሳይንቲስቶች በቅርቡ የዴንድሪት እድገትን ለማዘግየት መንገድ አግኝተዋል። በኤሌክትሮላይት እና በአኖድ መካከል ቀጭን የብረት ንብርብር በመጨመር ዴንድሪቶች ወደ አኖድ እንዳይያድጉ ማድረግ ይችላሉ።

ሳይንቲስቶች ይህንን ቀጭን የብረት ንብርብር ለመገንባት የአሉሚኒየም እና የቱንግስተንን በተቻለ መጠን ብረቶችን ማጥናት መርጠዋል። ይህ የሆነበት ምክንያት የአሉሚኒየምም ሆነ የቱንግስተን ድብልቅ ወይም ከሊቲየም ጋር ቅይጥ ስላልነበረ ነው። ሳይንቲስቶች ይህ በሊቲየም ውስጥ የመፈጠር ጉድለቶችን የመቀነስ እድልን እንደሚቀንስ ያምኑ ነበር። የተመረጠው ብረት ከሊቲየም ጋር ቅይጥ ካደረገ፣ አነስተኛ መጠን ያለው ሊቲየም ከጊዜ በኋላ ወደ ብረት ንብርብር ሊገባ ይችላል። ይህ በሊቲየም ውስጥ ክፍተት የሚባል አይነት ጉድለት ይተዋል፣ እዚያም ዴንድሪት ሊፈጠር ይችላል።

የብረታ ብረት ንብርብርን ውጤታማነት ለመፈተሽ ሶስት አይነት ባትሪዎች ተሰብስበዋል፤ አንደኛው በሊቲየም አኖድ እና በጠጣር ኤሌክትሮላይት መካከል ቀጭን የአሉሚኒየም ንብርብር ያለው፣ ሌላኛው ደግሞ ቀጭን የ tungsten ንብርብር ያለው እና ሌላኛው ደግሞ የብረት ንብርብር የሌለው ነው።

ሳይንቲስቶቹ ባትሪዎቹን ከመሞከራቸው በፊት በአኖድ እና በኤሌክትሮላይት መካከል ያለውን ድንበር በቅርበት ለማየት ከፍተኛ ኃይል ያለው ማይክሮስኮፕ ተጠቅመዋል፣ ይህም ስካን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ይባላል። በናሙናው ውስጥ ምንም የብረት ሽፋን የሌላቸው ትናንሽ ክፍተቶችን እና ቀዳዳዎችን አይተዋል፣ እነዚህ ጉድለቶች ዴንድሪቶች የሚያድጉባቸው ቦታዎች ሊሆኑ እንደሚችሉ ጠቁመዋል። ሁለቱም የአሉሚኒየም እና የቱንግስተን ንብርብሮች ያላቸው ባትሪዎች ለስላሳ እና ቀጣይነት ያላቸው ይመስላሉ።

በመጀመሪያው ሙከራ፣ በእያንዳንዱ ባትሪ ውስጥ የማያቋርጥ የኤሌክትሪክ ፍሰት ለ24 ሰዓታት ተሽከረከረ። የብረት ንብርብር የሌለው ባትሪ አጭር ዑደት ያለው ሲሆን በመጀመሪያዎቹ 9 ሰዓታት ውስጥ ሊበላሽ አልቻለም፣ ምናልባትም በዴንድራይት እድገት ምክንያት። አልሙኒየም ወይም ቱንግስተን ያለው ባትሪ በዚህ የመጀመሪያ ሙከራ አልተሳካም።

የትኛው የብረት ንብርብር የዴንድራይት እድገትን ለማስቆም የተሻለ እንደሆነ ለማወቅ፣ ሌላ ሙከራ በአሉሚኒየም እና በቱንግስተን ንብርብር ናሙናዎች ላይ ብቻ ተካሂዷል። በዚህ ሙከራ፣ ባትሪዎቹ በቀድሞው ሙከራ ውስጥ ጥቅም ላይ ከዋለው የአሁኑ ጀምሮ በእያንዳንዱ ደረጃ በትንሽ መጠን በመጨመር የአሁኑን ጥግግት በመጨመር ተሽከረከሩ።

ባትሪው አጭር ዑደት ያለውበት የአሁኑ ጥግግት ለዴንድራይት እድገት ወሳኝ የሆነው የአሁኑ ጥግግት እንደሆነ ይታመን ነበር። የአሉሚኒየም ንብርብር ያለው ባትሪ ከመነሻ ጅረት በሦስት እጥፍ አልተሳካም፣ እና የቱንግስተን ንብርብር ያለው ባትሪ ከመነሻ ጅረት አምስት እጥፍ በላይ አልተሳካም። ይህ ሙከራ ቱንግስተን ከአሉሚኒየም በተሻለ ሁኔታ እንደሚሠራ ያሳያል።

እንደገና፣ ሳይንቲስቶች በአኖድ እና በኤሌክትሮላይት መካከል ያለውን ድንበር ለመመርመር የስካን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ተጠቅመዋል። በቀድሞው ሙከራ ከተለካው ወሳኝ የአሁኑ ጥግግት ሁለት ሶስተኛው ላይ በብረት ንብርብር ውስጥ ክፍተቶች መፈጠር እንደጀመሩ ተመልክተዋል። ሆኖም ግን፣ ከወሳኝ የአሁኑ ጥግግት አንድ ሶስተኛው ላይ ክፍተቶች አልነበሩም። ይህም የቦድ ምስረታ የዴንድሪት እድገትን እንደሚቀጥል አረጋግጧል።

ከዚያም ሳይንቲስቶች ሊቲየም ከእነዚህ ብረቶች ጋር እንዴት እንደሚገናኝ ለመረዳት የኮምፒውተር ስሌቶችን አካሂደዋል፣ ይህም ቱንግስተን እና አሉሚኒየም ለኃይል እና ለሙቀት ለውጦች እንዴት ምላሽ እንደሚሰጡ የምናውቀውን በመጠቀም ነው። የአሉሚኒየም ንብርብሮች ከሊቲየም ጋር ሲገናኙ የክፍተት ልማት ከፍተኛ ዕድል እንዳላቸው አሳይተዋል። እነዚህን ስሌቶች መጠቀም ወደፊት ለመሞከር ሌላ ዓይነት ብረት መምረጥን ቀላል ያደርገዋል።

ይህ ጥናት በኤሌክትሮላይት እና በአኖድ መካከል ቀጭን የብረት ንብርብር ሲጨመር ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ባትሪዎች የበለጠ አስተማማኝ እንደሆኑ አሳይቷል። ሳይንቲስቶች በተጨማሪም አንድ ብረት ከሌላው ይልቅ መምረጥ፣ በዚህ ሁኔታ ከአሉሚኒየም ይልቅ ቱንግስተን፣ ባትሪዎችን የበለጠ ረዘም ላለ ጊዜ እንዲቆዩ ሊያደርግ እንደሚችል አሳይተዋል። የእነዚህን የባትሪ ዓይነቶች አፈጻጸም ማሻሻል ዛሬ በገበያ ላይ የሚገኙትን በጣም ተቀጣጣይ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይት ባትሪዎችን ለመተካት አንድ እርምጃ ያቀርባቸዋል።