Исследователи с U.S. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли Министерства энергетики (DOE) (Лаборатория Беркли) обнаружила, что на ранних этапах разработки основная масса дендритного материала находится под поверхностью литиевого электрода, под поверхностью раздела электрод / электролит. Используя рентгеновскую микротомографию в Advanced Light Source (ALS) лаборатории Беркли, команда под руководством Ниташа Балсара, научного сотрудника отделения материаловедения лаборатории Беркли, наблюдала за зародышами дендритов, образующихся в литиевых анодах и превращающихся в полимерный электролит во время цикла.
Только на продвинутых стадиях разработки основная часть дендритного материала находилась в электролите. Балсара и его коллеги подозревают, что непроводящие загрязнения в литиевом аноде вызывают зарождение дендритов.
«Вопреки общепринятому мнению, кажется, что предотвращение образования дендритов в полимерных электролитах зависит от подавления образования подповерхностных дендритных структур в литиевом электроде», — говорит Балсара. «Показывая, что дендриты не являются простыми выступами, исходящими от поверхности литиевого электрода, и что подповерхностные непроводящие загрязнения могут быть источником дендритных структур, наши результаты дают четкое указание на дальнейший путь к широкому использованию литиевых анодов."
Бальсара, профессор химической инженерии в Калифорнийском университете (UC) в Беркли, является автором статьи, описывающей это исследование в Nature Materials, под названием «Обнаружение подповерхностных структур под дендритами, образованными на циклических электродах из металлического лития."Соавторы: Кэтрин Гарри, Дэниел Халлинан, Дилворт Паркинсон и Аластер МакДауэлл.
Огромная емкость лития и замечательная способность металла перемещать ионы лития и электроды внутрь и наружу электрода во время цикла зарядки / разрядки делают его идеальным анодным материалом. До сих пор исследователи изучали проблему дендритов с помощью различных форм электронной микроскопии. Это первое исследование, в котором используется микротомография с использованием монохроматических пучков высокой энергии или «жесткого» рентгеновского излучения в диапазоне от 22 до 25 кэВ на канале ALS 8.3.2. Этот метод позволяет неразрушающее трехмерное изображение твердых объектов с разрешением приблизительно один микрон.
«Мы наблюдали кристаллические загрязнения в литиевом аноде, которые появлялись в основании каждого дендрита в виде ярких пятнышек», — говорит Кэтрин Гарри, член исследовательской группы Бальсары и ведущий автор статьи Nature Materials. «Литиевая фольга, которую мы использовали в этом исследовании, содержала ряд элементов, кроме лития, наиболее распространенным из которых был азот. Мы не можем однозначно сказать, что эти загрязнители ответственны за зарождение дендритов, но мы планируем решить эту проблему с помощью рентгеновской микротомографии in situ."
Бальсара и его группа также планируют дальнейшее изучение роли электролита в росте дендритов, и они начали исследовать способы удаления непроводящих примесей из литиевых анодов.