Fluorescensprobe viser fordelingen af ​​aktive lithiumarter på lithiummetalanoder

Batterier med metalliske lithium-anoder giver forbedret effektivitet sammenlignet med konventionelle lithium-ion-batterier på grund af deres højere kapacitet. Imidlertid, sikkerhedshensyn og en kort levetid står i vejen. For bedre at analysere årsagerne til funktionsfejl og for tidlig svigt af sådanne batterier, forskere har udviklet en teknik, der visualiserer fordelingen af ​​aktivt lithium på anoden og skelner mellem dendritter og "dødt" lithium. Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , teknikken gør brug af et fluorescerende farvestof.

Når et lithium-anodebatteri aflades, anoden frigiver elektroner til kredsløbet og positivt ladede lithiumioner til elektrolytten. Efterhånden som batteriet genoplades, denne proces er omvendt, aflejring af lithium tilbage på anoden. Desværre, aflejring er ikke ensartet og kan føre til dannelsen af ​​forgrenede strukturer kendt som dendritter, som kan blive så store, at de forårsager en kortslutning. Ud over, deres højere overfladeareal øger uønskede sidereaktioner mellem lithium og komponenterne i elektrolytten, som deaktiverer lithium. Til sidst, nogle dendritter består udelukkende af dette "døde" lithium. Selvom både dendritter og dødt lithium hæmmer batteriets kraft, de har hver en helt anden effekt på anoden. Fordi morfologien er den samme i begge tilfælde, det har ikke tidligere været muligt at skelne mellem dem med konventionelle mikroskopiteknikker.

For bedre at forstå de uønskede processer, der forekommer ved lithiumanoder, forskere, der arbejder med Shougang Chen, Shanmu Dong, og Guanglei Cui ved det kinesiske videnskabsakademi og Ocean University of China i Qingdao (Kina), har nu udviklet en ny teknik, der giver dem mulighed for at analysere fordelingen af ​​aktive lithiumarter på overfladen af ​​anoden og skelne mellem lithiumdendritter og biprodukter.

Overfladerne på brugte lithiumanoder er belagt med et fluorescerende farvestof kaldet 9, 10-dimethylantracen (DMA). Lithium reagerer med DMA, slukker dens fluorescens. Områder med aktivt lithium virker derfor mørke, mens områder med inaktive lithiumarter fortsætter med at fluorescere. Anodens morfologi påvirkes ikke.

For at lithiummetalbatterier kan bruges sikkert, det er meget vigtigt at identificere årsagerne til potentielt farlige funktionsfejl. Med denne nye metode, det er muligt at opdage dendritter, der har ført til fejl i et litiumbatteri. I udviklingen af ​​nye batterier, denne teknik hjælper også søgningen efter bedre elektrolytter og giver forudsigelser vedrørende den uregelmæssige aflejring af lithium. At identificere de steder, hvor lithiumdendritter fortrinsvis dannes, kan hjælpe med at optimere strukturen af ​​nye batterier.