Dendrite فارميشن ڇا آهي؟

Dendrite ٺاھڻ وڻ جي ترقي کي بيان ڪري ٿو- جھڙوڪ ڪرسٽل ڍانچو جيڪي بيٽرين ۽ ٻين سسٽم ۾ اليڪٽرڪ ڪيميڪل عملن دوران ترقي ڪن ٿا. اهي سُئي-شڪل يا برانچنگ ڌاتو جا ذخيرا تڏهن ٺهن ٿا جڏهن آئنز اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي اڻ برابري سان گڏ ٿين ٿا چارجنگ ۽ ڊسچارج چڪر دوران.

اهو رجحان مختلف بيٽري ڪيميسٽرين ۾ ٿئي ٿو پر خاص طور تي سخت چيلينجز پيدا ڪري ٿوlithium بيٽرين، جتي ڊينڈرائٽس ڌار ڪري سگھن ٿا ۽ اندروني شارٽ سرڪٽ کي ٽاري سگھن ٿا. سمجھڻ ڇو ۽ ڪيئن اهي ڍانچيون ترقي ڪن ٿيون نازڪ ٿي چڪيون آهن جيئن ته توانائي جي اسٽوريج سسٽم کي وڌيڪ ظرفيت ۽ تيز چارج جي شرح ڏانهن ڌڪيو وڃي ٿو.

ڊنڊرائٽس هڪ اليڪٽرروڊپوزيشن جي عمل جي ذريعي ٺاهيندا آهن جيڪي ٻنهي thermodynamic ۽ kinetic عوامل جي ذريعي سنڀاليندا آهن. جڏهن بيٽري چارج ٿئي ٿي، ڌاتو آئنز اليڪٽرولائيٽ ذريعي انوڊ ڏانهن منتقل ڪن ٿا. مثالي حالتن ۾، اهي آئن اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي هڪجهڙائي سان جمع ڪندا. بهرحال، ڪيترائي عنصر هن يونيفارم جمع کي خراب ڪن ٿا.

مٿاڇري جي بي قاعدگين کي مقامي برقي فيلڊ ڪنسنٽريشن ٺاهي ٿو. اهي وڌايل شعبا وڌيڪ آئن کي مخصوص هنڌن ڏانهن متوجه ڪن ٿا بجاءِ انهن کي هڪجهڙائي سان پکيڙڻ جي. هڪ دفعي ٿورڙي پروٽريشن ٺهي ٿي، اهو خود ٿي وڃي ٿو-وڌائيندي- وڌندڙ ڍانچي جي چوٽي کي فليٽ سطحن جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ مضبوط برقي شعبن جو تجربو ٿئي ٿو، انهي طرف اڳتي وڌڻ کي تيز ڪري ٿو.

اهو عمل اعلي موجوده کثافت تي تيز ٿئي ٿو. يونيورسٽي آف ميري لينڊ جي تحقيق مان شفاف بصري سيلن کي استعمال ڪندي ڏيکاريو ويو آهي ته موجوده کثافت 87 mA/cm² کان مٿي، ڊينڊريٽ مورفولوجي فليٽ مٽيءَ واري ڍانچي مان تيز سوئي-جهڙي شڪلين ڏانهن منتقل ٿي وئي آهي. اندروني شارٽ سرڪٽ جو وقت موجوده کثافت وڌائڻ سان تناسب سان گهٽجي ويو، ڪيترن ئي ڪلاڪن کان گهٽجي ويو 10 mA/cm² تي لڳ ڀڳ 30 منٽن تائين 110 mA/cm² تي.

گرمي پد dendrite ٺهڻ ۾ ٻه ڪردار ادا ڪري ٿو. گھٽ درجه حرارت آئن جي پکيڙ کي سست ڪري ٿو، اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري جي ويجهو ڪنسنٽريشن گرڊينٽ ٺاهي ٿو. هي آئنز لاءِ نئين نيوڪليشن سائيٽن کي ڳولڻ جي بجاءِ موجوده پروٽريشن تي جمع ڪرڻ آسان بڻائي ٿو. ان جي ابتڙ، گهٽ درجه حرارت تي ٺهيل اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس (SEI) پرت وڌيڪ سخت ۽ گهٽ مستحڪم ٿيندي آهي، غير برابر جمع ڪرڻ جي نمونن ۾ حصو وٺندي آهي.

Dendrite Formation

ليتيم بيٽرين کي ليٿيم جي اعليٰ رد عمل ۽ گهٽ اليڪٽرڪ ڪيميڪل صلاحيت جي ڪري منفرد ڊينڊريٽ چئلينجن کي منهن ڏيڻو پوي ٿو. جڏهن ليتيم آئنز پليٽ کي چارج ڪرڻ دوران انوڊ تي لڳن ٿا، انهن کي مثالي طور تي گريفائٽ جي جوڙجڪ ۾ مداخلت ڪرڻ گهرجي. ان جي بدران، اضافي آئن جيڪي جلدي جذب نه ٿي سگھن ٿيون، سطح تي ميٽيل ليٿيم جي طور تي گڏ ٿين ٿيون.

SEI پرت تنقيدي طور تي هن عمل کي متاثر ڪري ٿو. هي حفاظتي فلم قدرتي طور تي ٺاهيندي آهي جڏهن اليڪٽرولائٽ ليتيم انوڊ سان رد عمل ڪري ٿي. ھڪڙو يونيفارم، گھڻا SEI ھدايت ڪري ٿو جيتوڻيڪ ليتيم جمع ڪرڻ. جڏهن ته، SEI مسلسل فريڪچر ۽ سڌارن دوران چارج-ڊسچارج سائيڪلن جي ڪري اليڪٽرروڊ ۾ حجم تبديلين جي ڪري. هر فرڪچر پوائنٽ هڪ امڪاني ڊينڊريٽ نيوڪليشن سائيٽ بڻجي ٿو.

2024 ۾ فطرت جي مواد ۾ شايع ٿيل تحقيق Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) اليڪٽرولائٽس استعمال ڪندي سولڊ-رياست ليٿيم بيٽرين ۾ ڊينڈرائٽ ٺهڻ لاءِ ٻه الڳ ميکانيزم جي نشاندهي ڪئي. پهرين ميکانيزم ۾ شامل آهي غير-اليڪٽروڊ تي يونيفارم ليٿيم پليٽنگ-اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس. ٻيو اناج جي حدن تي مقامي لي جي گھٽتائي ذريعي ٿئي ٿو پاڻ کي مضبوط اليڪٽرولائٽ اندر. انهن ٻن مرحلن جي وچ ۾، محقق هڪ مداخلت واري دور جو مشاهدو ڪيو جتي ٻيهر شروع ٿيڻ کان اڳ ڊنڊريٽ جي واڌ کي روڪيو ويو.

شروعاتي عمل پروپيگنڊا کان مختلف آهي. آڪسفورڊ يونيورسٽيءَ جي مطالعي مان ثابت ٿيو ته سولڊ-رياست جي بيٽرين ۾ ڊينڊريٽ جي شروعات تڏهن ٿيندي آهي جڏهن ليٿيم مائيڪرو ڪرڪس کي ڳنڍڻ جي ذريعي زير زمين جي ڇنڊن ۾ جمع ٿئي ٿو. جيئن ته اهي سوراخ ڀريندا آهن، مسلسل چارج ڪرڻ دٻاء ٺاهي ٿو سست ليٿيم خارج ٿيڻ جي ڪري سطح تي واپس. اهو دٻاء آخرڪار ڀڃڪڙي سبب ڪري ٿو. هڪ ڀيرو ڦاٽڻ جي صورت ۾، پروپئگيشن ويج کولڻ جي ذريعي ٿيندي آهي-ليٿيم سان شگاف کي ٽپي جي بجاءِ پٺيءَ کان هلائيندو آهي.

موجوده کثافت جي حد اليڪٽرولائيٽ جي قسم جي لحاظ کان مختلف آهي. معياري مائع اليڪٽرولائٽس عام طور تي 0.2-2.0 mA/cm² کان مٿي ڊينڊريٽ ٺهڻ ڏيکاريندا آهن، جڏهن ته مضبوط اليڪٽرولائٽس ناڪامي کان اڳ وڌيڪ موجوده کثافت کي برداشت ڪري سگهن ٿيون. آڪسفورڊ يونيورسٽي ۾ تحقيق مان معلوم ٿيو ته 83% کان 99% تائين مضبوط اليڪٽرولائيٽ کي densifying argyrodite (Li₆PS₅Cl) ڊينڊريٽ ٺهڻ کان سواءِ نازڪ موجوده کثافت کي 2 mA/cm² کان 9 mA/cm² تائين وڌايو.

Dendrites ڪيترن ئي ناڪامي طريقن جي ذريعي بيٽرين کي سمجھو. سڀ کان وڌيڪ تباهي تڏهن ٿيندي آهي جڏهن هڪ ڊينڊريٽ مڪمل طور تي جدا ڪندڙ جي ذريعي وڌندو آهي، انوڊ ۽ ڪيٿوڊ جي وچ ۾ هڪ conductive پل ٺاهيندي. هي اندروني شارٽ سرڪٽ مقامي گرمائش پيدا ڪري ٿو، امڪاني طور تي حرارتي رنڊڪ کي متحرڪ ڪري ٿو-هڪ خود-تيز رفتار ردعمل جيڪو باهه يا ڌماڪي جو سبب بڻجي سگهي ٿو.

تباهيءَ واري ناڪاميءَ تائين پهچڻ کان اڳ، ڊينڊريٽز ڪارڪردگيءَ ۾ واڌارو ڪري ٿو. هر ڊينڊريٽ تازو رد عمل واري ليتيم جي مٿاڇري کي اليڪٽرولائٽ ڏانهن ظاهر ڪري ٿو. هي مسلسل SEI ٺهڻ کي هلائي ٿو، ٻنهي کي فعال ليتيم ۽ اليڪٽرولائٽ استعمال ڪري ٿو. لڳاتار چڪرن تي، هي پارسياتي ردعمل موجود صلاحيت کي گھٽائي ٿو ۽ اندروني مزاحمت وڌائي ٿو.

ڊينڈرائٽس ”ميل ليٿيم“-بجلي طور تي الڳ ٿيل دھاتي ذخيرا پڻ ٺاهيندا آهن جيڪي هاڻي برقي ڪيميائي رد عمل ۾ حصو نه وٺندا آهن. جڏهن ڊنڊرائٽس ميخانياتي دٻاءُ يا اليڪٽرولائيٽ سنکنرن جي ڪري ٽٽي ويندا آهن، اهي انهن غير فعال ٽڪرن کي ڇڏي ويندا آهن. مردار ليتيم مستقل ظرفيت جي نقصان جي نمائندگي ڪري ٿو، ڇاڪاڻ ته اهو عام سائيڪل ذريعي واپس نه ٿو ڪري سگھجي.

ليتيم پلاٽنگ ۽ اسٽريپنگ سان لاڳاپيل حجم تبديليون انهن مسئلن کي وڌائين ٿيون. ليتيم ڌاتو لازمي طور تي 100٪ مقدار جي تبديلي مان گذري ٿو ان جي دھاتي ۽ آئنڪ رياستن جي وچ ۾. هي توسيع ۽ تڪرار SEI پرت تي زور ڏئي ٿو ۽ جسماني طور تي جدا ڪندڙ کي نقصان پهچائي سگھي ٿو، ڊينڊريٽ جي دخول لاء اضافي رستا پيدا ڪري ٿي.

غير محفوظ ليٿيم ميٽيل سيلز ۾ ظرفيت جي فيڊ جي شرح 1-2% في چڪر تائين پهچي سگھي ٿي جڏهن ڊينڊريٽس فعال طور تي ٺاهيندا آهن. اهو تيزيءَ سان متضاد آهي بهتر-انجنيئر ٿيل ليٿيم آئن سيلز گريفائٽ انوڊ استعمال ڪندي، جيڪي عام طور تي في چڪر يا ان کان گهٽ 0.1% ظرفيت وڃائي ويهندا آهن.

موجوده کثافت ڊنڊرائٽ ٺهڻ جي شرح کي ڪنٽرول ڪرڻ واري غالب عنصر طور ظاهر ٿئي ٿي. وڌيڪ چارج ڪرڻ وارا وهڪرا وڌيڪ آئن کي گهٽ وقت ۾ جمع ڪرڻ تي مجبور ڪن ٿا، انهن کي هڪجهڙائي سان گڏ ڪرڻ جي اليڪٽرروڊ جي صلاحيت کي ختم ڪري ٿو. لاڳاپو لڪير نه آهي-هتي ظاهر ٿئي ٿو ته هڪ نازڪ حد آهي جنهن جي هيٺان ڊينڊريٽ جي واڌ گهٽ ۾ گهٽ رهي ٿي، پر جنهن جي مٿان اهو تيزيء سان تيز ٿئي ٿو.

اليڪٽرولائيٽ جو ٺهيل خاص طور تي ڊينڊريٽ حساسيت تي اثر انداز ڪري ٿو. لوڻ جي ڪنسنٽريشن آئن ٽرانسپورٽ جي شرح ۽ اليڪٽرروڊ جي ويجهو برقي فيلڊ جي يونيفارم کي متاثر ڪري ٿي. لوڻ جي گھٽ مقدار ۾ گھٽتائي وارا علائقا پيدا ٿين ٿا جتي آئن جي فراهمي جمع ٿيڻ جي طلب کي پورو نٿو ڪري سگھي، ڊينڊريٽڪ ترقي کي وڌايو. اعلي ڪنسنٽريشن هڪجهڙائي کي بهتر ڪري سگهي ٿو پر آئنڪ چالکائي کي گهٽائي سگھي ٿو يا ويسڪوسيٽي وڌائي سگھي ٿو.

Electrolyte additives پيش ڪن ٿا هڪ رستو دٻائڻ لاء. Fluoroethylene carbonate (FEC)، مثال طور، ليٿيم جي مٿاڇري تي ترجيحي طور تي گھٽجي ٿي LiF-رچ SEI پرت ٺاهڻ لاءِ. اهي تہه اعلي ميخانياتي طاقت ۽ گهٽ برقي چالکائي کي معياري SEI اجزاء جي مقابلي ۾، يونيفارم جمع ڪرڻ جي نمونن کي برقرار رکڻ ۾ مدد ڪن ٿيون.

مٿاڇري جي خرابين ۽ خرابي ڪيترن ئي ڊينڈرائٽس کي شروع ڪن ٿا. ايستائين جو نانوسڪيل بي قاعدگين کي ترجيحي جمع ڪرڻ لاءِ ڪافي اليڪٽرڪ شعبن تي ڌيان ڏئي ٿو. پيداواري عمل جيڪي هموار اليڪٽرروڊ مٿاڇري پيدا ڪن ٿا ان جي مطابق ڊينڊريٽ نيوڪليشن سائيٽن کي گھٽائي ٿو. ساڳيءَ طرح، اليڪٽروڊ جي مٿاڇري ۾ جڙيل نجاست يا ذرات متفاوت نيوڪليشن پوائنٽس جي طور تي ڪم ڪري سگھن ٿا.

هڪ سيل جي اندر درجه حرارت جي گريڊائنٽس مقامي طور تي مختلف رد عمل جي ڪينيٽيڪس ٺاهي ٿي. گرم هنڌن تي تيز آئن ٽرانسپورٽ ۽ جمع ٿيڻ جو تجربو آهي، امڪاني طور تي مقامي ڊينڊريٽ-پرون علائقا ٺاهي رهيا آهن جيتوڻيڪ مجموعي طور تي موجوده کثافت وچولي رهي ٿي. بيٽري مينيجمينٽ سسٽم جيڪي يونيفارم درجه حرارت جي ورڇ کي يقيني بڻائين ٿا انهي اثر کي گهٽائڻ ۾ مدد ڪن ٿيون.

چارج جي حالت جڏهن بيٽري آرام ڪري ٿي ته ڊينڈرائٽ جي واڌ کي پڻ متاثر ڪري ٿي. وڌايل عرصي لاءِ اعليٰ وولٽيجز تي سيلز کي رکڻ سان ڊينڊريٽ ٺهڻ ۾ واڌارو ٿئي ٿو، خاص ڪري ليٿيم آئرن فاسفيٽ (LiFePO₄) سيلز ۾. هي وضاحت ڪري ٿو ته ڇو فلوٽ چارجنگ حڪمت عمليون هڪ ڏهاڪي اڳ جي عملن جي مقابلي ۾ گهٽ وولٽيج سيٽ پوائنٽس ڏانهن وڌيون آهن.

روايتي ڊينڈرائٽ جي سڃاڻپ پوسٽ-مارٽم تجزيي-ناڪام سيلز کي کولڻ ۽ اليڪٽران مائڪرو اسڪوپي جي اسڪيننگ سان اليڪٽرروڊ سطحن کي جانچڻ تي ڀاڙي ٿو. جڏهن ته معلوماتي، هي طريقو ناڪامي کي روڪڻ يا حقيقي وقت ۾ ڊينڊريٽ ارتقاء کي ٽريڪ نٿو ڪري سگهي.

اعليٰ خصوصيت جي ٽيڪنڪ هاڻي آپرينڊو مشاهدي کي فعال ڪن ٿيون. ڪيترن ئي ادارن تي محقق شفاف اليڪٽرولائٽس يا خاص سيل ڊيزائن استعمال ڪندي طريقا ٺاهيا آهن. ميري لينڊ يونيورسٽي آپٽيڪل سيلز ٺاهيا آهن جتي ٻئي اليڪٽروڊ ليٿيم ڌاتو تي مشتمل آهن، چارجنگ دوران شفاف ونڊو ذريعي ڊينڈرائٽ جي واڌ کي سڌو سنئون ڏسڻ جي اجازت ڏين ٿا.

X-ري ڪمپيوٽيڊ ٽوموگرافي (XCT) 3-ڊينڊريٽ ڍانچي جي عمدي تصويرن کي فراهم ڪري ٿي. Synchrotron X- ray جون سهولتون مهيا ڪن ٿيون ڪافي ريزوليوشن کي ٽريڪ ڪرڻ لاءِ ڊينڊريٽ ٺهڻ کي مائڪرو اسڪيل تي حقيقي بيٽري آپريشن دوران. نيچر ۾ شايع ٿيل تازو ڪم اوپيرينڊو XCT استعمال ڪيو ويو آهي مشاهدو ڪرڻ لاءِ ته ڪيئن ليتيم سيرامڪ اليڪٽرولائٽس کي ڦهلائي ٿو، شگاف جي ٺهڻ ۽ ليٿيم پکيڙڻ واري ترتيب کي ظاهر ڪري ٿو.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) پيش ڪري ٿي اڻ سڌي طرح پر غير- تباهيءَ جو پتو لڳائڻ جو طريقو. جيئن ڊينڊريٽ وڌندا آهن، اهي مؤثر سطح واري علائقي ۽ اليڪٽرروڊ جي مزاحمت کي تبديل ڪندا آهن. اهي تبديليون ظاھر ٿين ٿيون جيئن ڦيرڦار جي اسپيڪٽرم ۾. محققن EIS جي ماپن ذريعي مٿاڇري جي خرابي جي ارتقا کي نقشي ۾ آڻڻ لاءِ اسڪيننگ ڊراپليٽ سيل ٽيڪنڪ کي ترتيب ڏنو آهي، سيل کي کولڻ کان سواءِ ڊينڈرائٽ ٺهڻ جي ابتدائي خبرداري فراهم ڪري ٿي.

نيوڪليئر مقناطيسي گونج (NMR) اسپيڪٽروڪوپي ۽ تصويرن کي ڪيميائي خاصيت مهيا ڪن ٿا. Tracer-Exchange NMR انٽرفيس تي ليٿيم پليٽنگ جي وچ ۾ فرق ڪري سگھي ٿو بمقابله اليڪٽرولائٽ بلڪ ۾ گھٽتائي. مقناطيسي گونج اميجنگ (ايم آر آئي) ڊينڊريٽ جي مقامي ورڇ ۽ واڌ جي شرح کي ٽريڪ ڪري ٿو، تحقيق ڪندڙن کي اهو سمجهڻ ۾ مدد ڪري ٿو ته سيل جا مختلف علائقا مختلف وقتن تي ڊينڈرائٽس ڪيئن ٺاهيندا آهن.

فائبر آپٽڪ سينسر هڪ اڀرندڙ انداز جي نمائندگي ڪن ٿا. ٽائل ٿيل فائبر برگ گريٽنگ (TFBG) سينسر اليڪٽرروڊ سطحن جي ويجهو داخل ٿيل ماس ٽرانسپورٽ تبديلين کي ڳوليندا آهن ۽ نانوسڪيل انٽرفيس تي ڊينڈرائٽ جي واڌ کي بيٽري آپريشن کي پريشان ڪرڻ کان سواءِ. الٽراسنسٽيو بصري گونج حقيقي- وقت جي مانيٽرنگ کي فعال ڪن ٿا ليٿيم جي ذخيري جي ڪينيٽيڪس ۽ ڊينڊريٽ ارتقاء جي.

Dendrite Formation

گھڻن طريقا ھدف ڊينڊريٽ دٻائڻ، اڪثر ڪري گڏيل طور تي ڪم ڪري رھيا آھن جڏھن گڏيل. ڪو به واحد طريقو اڃا تائين مڪمل طور تي سڀني آپريٽنگ حالتن جي تحت ڊنڊرائٽس کي ختم نه ڪيو آهي، پر ڪيتريون ئي حڪمت عمليون اهم طور تي نازڪ موجوده کثافت جي حد کي وڌائين ٿيون.

سولڊ اليڪٽرولائٽس شروعاتي طور تي ڊنڊرائٽس جي خلاف جسماني رڪاوٽن جي طور تي واعدو ڪندي نظر اچن ٿيون. بهرحال، تحقيق مان اهو ظاهر ڪيو ويو آهي ته ڊنڊريٽ پڻ مضبوط مواد ۾ داخل ٿين ٿا، اناج جي حدن يا ٽڪرن ذريعي وڌندا آهن. مضبوط اليڪٽرولائٽس جو فائدو مڪمل روڪٿام ۾ نه آهي پر ڊينڈرائٽ جي دخول ٿيڻ کان اڳ اعلي ميڪيڪل دٻاء جي ضرورت آهي. مضبوط اليڪٽرولائيٽ جي کثافت ۽ اناج جي جوڙجڪ کي بهتر ڪرڻ سان ان جي دخول جي مزاحمت کي ڪافي حد تائين وڌائي سگھي ٿو.

ٽي- اليڪٽروڊ آرڪيٽيڪچرز مقامي موجوده کثافت جي ورڇ کي تبديل ڪن ٿا. هڪ لوڻ واري مٿاڇري تي جمع ڪرڻ جي بدران، ليتيم 3D ميزبان مواد جي غير محفوظ ساخت کي ڀريندو آهي. هي اثرائتو مٿاڇري وارو علائقو تقريباً 5.2 × 10⁻³ m²/g لٿيم ورق لاءِ وڌائي ٿو 2.6 m²/g کان وڌيڪ ڪاربن ٿيل ڪاٺ جي ڇنڊن لاءِ. وڌايل علائقو مقامي موجوده کثافت کي تناسب سان گھٽائي ٿو، ان کي ڊينڊريٽ نيوڪليشن لاء حد کان هيٺ رکندي. ليٿوفيلڪ مواد جهڙوڪ ٽين کي شامل ڪرڻ سان انهن جوڙجڪ ۾ ترجيحي نيوڪليشن سائيٽون پيدا ٿين ٿيون جيڪي يونيفارم، غير-ڊينڊريٽڪ جمع کي فروغ ڏين ٿيون.

پهرين سائيڪل هلائڻ کان اڳ لاڳو ڪيل مصنوعي SEI پرت-غير-يونيفارم قدرتي SEI جي ٺهڻ کان اڳ خالي ڪري سگهن ٿيون. مختلف مواد واعدو ڏيکاريا آهن، جن ۾ LiF-رچ ڪوٽنگ، پوليمر پرت، ۽ جامع نامياتي-غير نامياتي فلمون شامل آهن. مثالي مصنوعي SEI اعلي ionic چالکائي، گهٽ اليڪٽرانڪ چالکائي، ۽ ميخانياتي طاقت کي گڏ ڪري ٿو ڊينڊريٽ جي دخول کي دٻائڻ لاء ڪافي جڏهن حجم تبديلين دوران لچڪندي.

اليڪٽرولائيٽ انجنيئرنگ ايڊريس ڊينڊريٽ ٺهڻ کي حل واري پاسي کان. هاءِ-ڪنسنٽريشن اليڪٽرولائٽس (ڪڏهن ڪڏهن سڏيو ويندو آهي "سولوينٽ-ان-نمڪ" سسٽم ۾) آزاد سولوينٽ ماليڪيولن جي دستيابي کي گھٽائي ٿو، ليٿيم آئنز جي چوڌاري سولوشن جي جوڙجڪ کي تبديل ڪري ٿو. هي ترميمي وڌيڪ يونيفارم جمع کي فروغ ڏئي سگهي ٿو. Ionic liquid electrolytes پيش ڪن ٿا غير-مختلف انٽرفيشل پراپرٽيز سان گڏ flammability جيڪي ڊينڈرائٽس کي دٻائي سگهن ٿيون، جيتوڻيڪ انهن جي عام طور تي وڌيڪ ويسڪوسيٽي چيلينج پيش ڪري ٿي.

پلس چارج پروٽوڪول تازو هڪ حيرت انگيز طور تي مؤثر مداخلت طور ظاهر ٿيو. لڳاتار ڪرنٽ لاڳو ڪرڻ بدران، پلس پروٽوڪول چارجنگ جي مدي ۽ آرام واري دور جي وچ ۾ متبادل. آرام دوران، ڪنسنٽريشن گريڊينٽ آرام ڪري ٿو ۽ ڊينڊريٽ ٽائيپ پڻ جزوي طور تي حل ۾ واپس ٿي سگهي ٿو. تحقيق ڏيکاري ٿي ته MHz- فريڪوئنسي پلس ٿيل ڪرنٽ نازڪ موجوده کثافت کي ڇهن فيڪٽر سان وڌائي ٿو-تقريبن 1 mA/cm² کان 6.5 mA/cm² تائين-solid- state batteries ۾.

پريشر ايپليڪيشن هڪ ٻيو ميخانياتي طريقو پيش ڪري ٿو. اليڪٽرروڊ جهاز جي متوازي دٻاءُ واري قوت کي لاڳو ڪرڻ ڊينڊريٽ جي واڌ جي هدايت کي محدود ڪري ٿو. MIT جي محققن ڏيکاريا ته اهي دٻاءُ کي لاڳو ڪرڻ ۽ ڇڏڻ سان ڊينڊريٽ جي واڌ کي هٿي وٺرائي سگھن ٿا، جنهن ڪري ڊينڊريٽز کي قوت جي هدايت سان قطار ۾ زگ زگ ڪرڻ جو سبب بڻائين ٿا. جڏهن ته دٻاء ڊنڊرائٽ ٺهڻ کي ختم نٿو ڪري، اهو انهن کي اليڪٽرروڊس جي وچ ۾ پار ڪرڻ کان روڪي ٿو.

سولڊ-اسٽيٽ بيٽرين ڏانهن منتقلي جزوي طور تي ڊينڊرائٽ جي مسئلي کي حل ڪرڻ جي اميدن کان متاثر هئي. ابتدائي اميدون فرض ڪيون ويون سخت سيرامڪ اليڪٽرولائٽس جسماني طور تي ڊنڊرائٽ جي دخول کي روڪيندا. حقيقت وڌيڪ پيچيده ثابت ٿي.

سولڊ اليڪٽرولائٽس ميخانياتي ڀڃڻ جي ذريعي ناڪام ٿين ٿيون بجاءِ ڊينڊريٽس کي آسانيءَ سان دٻائڻ جي اجازت ڏي. اهو عمل خرابين کان شروع ٿئي ٿو-سوراخ، اناج جون حدون، يا سطح جي بي قاعدگين. ليتيم انهن خامين ۾ جمع ٿئي ٿو، ۽ جيئن جيئن وڌيڪ ليٿيم گڏ ٿئي ٿو، تيئن سيرامڪ ٽٽڻ تائين مشيني دٻاءُ وڌي ٿو. هڪ ڀيرو هڪ شگاف شروع ٿئي ٿو، ليٿيم ان ذريعي پروپيگٽ ڪري ٿو ويج-اوپننگ ميڪانيزم ذريعي جنهن جي آڪسفورڊ محققن جي نشاندهي ڪئي وئي آهي.

مختلف سڪل اليڪٽرولائيٽ مواد مختلف مزاحمتن جي نمائش ڪن ٿا dendrite- induced fracture. گارنيٽ-قسم جي اليڪٽرولائٽس جهڙوڪ LLZO انهن جي اعلي ionic چالکائي جي ڪري واعدو ڏيکاري ٿو، پر انهن جي برقي چالکائي ڊينڈرائٽ جي ٺهڻ ۾ مدد ڪري ٿي. اليڪٽرانڪ چالکائي اليڪٽرانن کي ڊينڊريٽ ٽوپس تائين پهچڻ جي اجازت ڏئي ٿي، مسلسل ليتيم جمع کي برقرار رکندي. هن برقي چالکائي کي گهٽائڻ، جيتوڻيڪ اعلي آئنڪ چالکائي کي برقرار رکڻ دوران، ڊينڊريٽ کي دٻائڻ ۾ مدد ڪري ٿي.

سلفائيڊ-بنياد مضبوط اليڪٽرولائٽس جهڙوڪ Li₆PS₅Cl (argyrodite) مختلف رويي کي ظاهر ڪن ٿا. اهي ميڪانياتي طور تي آڪسائيڊ سيرامڪس کان وڌيڪ نرم هوندا آهن، ممڪن طور تي ڊنڊريٽس کي ڦهلائڻ جي بجاءِ پلاسٽڪ جي خرابيءَ ذريعي وڌڻ جي اجازت ڏين ٿا. بهرحال، ڊينسيشن ڊرامائي طور تي ڪارڪردگي بهتر بڻائي ٿي-آرگيروڊائٽ جي کثافت کي 99٪ تائين وڌائڻ سان ڊينڊريٽ-موجوده کثافت تي مفت آپريشن کي تيز-چارج ڪرڻ واري برقي گاڏين لاءِ قابل بنائي ٿو.

ليتيم ميٽيل انوڊس ۽ سولڊ اليڪٽرولائٽس جي وچ ۾ انٽرفيس انجنيئرنگ هڪ ٻي ناڪامي موڊ کي خطاب ڪري ٿي. ناقص رابطو موجوده پابنديون پيدا ڪري ٿو جتي مقامي موجوده کثافت عالمي اوسط کان وڌي ٿي. اهي پابنديون پوائنٽون ڊينڊريٽ شروعاتي سائيٽون بڻجي وڃن ٿيون. انٽرليئرز کي لاڳو ڪرڻ-پوليمر، ڌاتو الائيز، يا جامع مواد جون پتلي فلمون-رابطا بهتر ڪري سگهن ٿيون ۽ موجوده کي وڌيڪ هڪجهڙائي سان ورهائي سگهن ٿيون.

سولڊ- اسٽيٽ بيٽرين ۾ ڊينڈرائٽ ٺهڻ لاءِ نازڪ موجوده کثافت (CCD) عملي برقي گاڏين جي ايپليڪيشنن لاءِ 5 mA/cm² کان وڌيڪ هجڻ گهرجي. گهڻيون مضبوط اليڪٽرولائٽس معياري حالتن جي تحت هن حدف کان گهٽ ٿي وڃن ٿيون، ان ڪري گڏيل حڪمت عملين ۾ densification، پريشر، پلس چارجنگ، ۽ انٽرفيس جي تبديليءَ کي استعمال ڪندي سخت تحقيق.

جڏهن ته ليتيم بيٽرين ڊينڊريٽ ريسرچ تي ڇانيل آهن، ٻيا سسٽم به ساڳين چئلينجن کي منهن ڏين ٿا. زنڪ ڌاتو بيٽرين جو تجربو زنڪ ڊينڊريٽ ٺهڻ، جيتوڻيڪ مختلف خاصيتن سان. زنڪ ڊينڈرائٽس عام طور تي تيز سوئي جي بجاءِ ماس-جهڙي يا ويسڪر ڍانچي وانگر ظاهر ٿيندا آهن، زنڪ جي مختلف اليڪٽرڪ ڪيميڪل خاصيتن کي ظاهر ڪن ٿا.

آبي زنڪ بيٽرين ۾، ڊينڊريٽ ٺهڻ جو دارومدار اليڪٽرولائيٽ پي ايڇ ۽ زنڪٽ ڪنسنٽريشن تي هوندو آهي. 7 M KOH اليڪٽرولائٽس ۾ 0.4 M کان مٿي زنڪيٽ ڪنسنٽريشن ڊينڊريٽ جي واڌ کي گھٽائي ٿو، پر گردش ڪندڙ اليڪٽرولائٽس ھائڊروجن جي ارتقا کي وڌائين ٿيون. زنڪ تي سڪل اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس ليٿيم کان مختلف مرکبن تي مشتمل آهي-بنيادي طور تي زنڪ آڪسائيڊ ۽ زنڪ هائيڊرو آڪسائيڊ-مختلف ميڪيڪل ۽ آئنڪ ٽرانسپورٽ ملڪيتن سان.

سوڊيم ميٽيل انوڊس ڏيکارين ٿا ڊينڊريٽ رويي کي ليتيم سان ملندڙ جلندڙ، جيتوڻيڪ ڊينڊريٽ عام طور تي سوڊيم جي هيٺين رد عمل جي ڪري وڌيڪ سست وڌندا آهن. ميگنيشيم ڌاتو، هڪ ڀيرو ڊينڈرائٽ ٺهڻ جي خلاف مزاحمتي سوچيو، تازو ڏيکاريو ويو آهي ڊينڊريٽ ٺاهيندي ڪجهه حالتن هيٺ، خاص طور تي موجوده کثافت تي 0.2-0.3 mA/cm² کان مٿي اليڪٽرولائٽ جي لحاظ کان.

ايستائين جو روايتي ليٿيم-آئن بيٽرين ۾ سلڪون انوڊس به ليٿيم ڊينڊريٽ ٺهڻ جو تجربو ڪري سگھن ٿا. چارج ڪرڻ دوران، سلڪون تقريبن 300٪ وڌائي ٿو، SEI پرت کي ٽوڙڻ. انهن شگاف جي ذريعي، ليٿيم آئنز کي گھٽائي سگھجي ٿو دھاتي ليٿيم ڊينڊريٽس ٺاهڻ جي بجاءِ سلڪون سان الائي ڪرڻ جي بدران. هي ميکانيزم هڪ هائبرڊ ناڪامي موڊ جي نمائندگي ڪري ٿو جيڪو حجم جي توسيع کي اليڪٽررو ڪيميڪل ذخيرو سان گڏ ڪري ٿو.

انهن سسٽمن ۾ مشترڪات جو مشورو ڏئي ٿو عالمي اصولن کي سنڀاليندا ڊنڊريٽ ٺهڻ. موجوده کثافت، مٿاڇري جي تفاوت، ۽ انٽرفيشل پرت جا خاصيتون مخصوص ڌاتو ڪيميا کان سواءِ ڪنٽرولنگ عنصر طور سامهون اچن ٿا. هڪ سسٽم لاءِ ٺاهيل روڪٿام واريون حڪمت عمليون اڪثر ڪري، تبديلين سان، ٻين ڏانهن منتقل ٿينديون آهن.

ڪيتريون ئي تازيون واڌايون ڊينڊريٽ ٺهڻ جي سمجھ کي تبديل ڪري ڇڏيون آهن. سولڊ- اسٽيٽ بيٽرين ۾ الڳ شروعات ۽ پروپيگيشن ميڪانيزم جي سڃاڻپ هڪ پيراڊم شفٽ جي نمائندگي ڪري ٿي. اڳوڻي ماڊل هڪ واحد مسلسل عمل کي فرض ڪيو، پر انهن کي مختلف مرحلن جي طور تي تسليم ڪرڻ هر اسٽيج تي ٽارگيٽ مداخلت کي قابل بڻائي ٿو.

ڪرسٽلائن ڊينڊريٽ جي جوڙجڪ جي خلاف بي ترتيب واري ڪردار تي ڌيان ڏنو آهي. تازو اين ايم آر اڀياس ظاهر ڪيو آهي ته ڊينڈرائٽس شروعاتي طور تي بيڪار ساختن جي طور تي ٺاهيندا آهن جيڪي بعد ۾ ڪرسٽلائيز. مضبوط اليڪٽرولائٽس جي خراب ڪيمسٽري ۽ بيٽري آپريٽنگ حالتن جو اندازو لڳائي ٿو انهن ٻن ميڪانيزم جي وچ ۾ توازن. هي ڳولها انهن حالتن کي ترتيب ڏيڻ لاءِ امڪانن کي کولي ٿو جيڪي مستقل ڪرسٽلائن ڊينڊريٽس جي مٿان پٺتي پيل بيڪار ساخت جي حق ۾ آهن.

مشين لرننگ جا ماڊل هاڻي ڊينڊريٽ جي واڌ جي نمونن جي اڳڪٿي ڪن ٿا. ڪيترن ئي فزيڪل پيٽرولرن کي شامل ڪرڻ سان-موجوده کثافت، گرمي پد، اليڪٽرولائٽ ڪنسنٽريشن، سطح جي مورفولوجي-کي ڪنوولوشنل نيورل نيٽ ورڪن ۾، محقق صرف روايتي فزڪس-بنياد ماڊلز کان بهتر اڳڪٿيون حاصل ڪن ٿا. اهي اوزار بهتر آپريٽنگ ونڊوز ۽ مادي ميلاپ جي سڃاڻپ کي تيز ڪن ٿا.

پروٽينن جي ماليڪيول هڪ غير متوقع پر موثر ڊينڊريٽ دٻائڻ واري ايجنٽ جي طور تي ظاهر ٿيو. ڪجهه پروٽين، جڏهن اليڪٽرولائٽس ۾ شامل ڪيا ويندا آهن، خودڪار طور تي ليتيم ڌاتو جي سطحن تي، خاص طور تي ڊينڊريٽ جي ٽوڪن تي. - هيلڪس کان - شيٽ جي جوڙجڪ ۾ تبديلين جي ذريعي، اهي پروٽين مقامي برقي فيلڊ جي ورڇ کي تبديل ڪن ٿا، يونيفارم جمع کي فروغ ڏين ٿا. هن بايو-حوصلہ افزائي طريقي سان ڊگهي چڪر واري زندگي ۽ ليبارٽري ٽيسٽ ۾ اعلي ڪولومبڪ ڪارڪردگي حاصل ڪئي.

ڊينڊريٽ ٺهڻ کي سمجهڻ لاءِ thermodynamic فريم ورڪ پختو ٿي چڪو آهي. محقق هاڻي تسليم ڪن ٿا ته گرمي پد ۽ thermodynamic توانائي جي رڪاوٽون اهم ڪردار ادا ڪن ٿا اهو طئي ڪرڻ ۾ ته ڇا ليتيم هڪجهڙائي سان جمع ٿئي ٿو يا ڊينڊريٽ ٺاهي ٿو. هي سمجھڻ واري حڪمت عملي جي رهنمائي ڪري ٿي انهن پيٽرولن کي مادي ڊيزائن ۽ آپريٽنگ حالتن ذريعي ماڊل ڪرڻ لاءِ.

Dendrite Formation

ترقي جي باوجود، ڊينڊريٽ-مزاحمتي بيٽرين کي ڪمرشل ڪرڻ مشڪل آهي. ليبارٽري جي مظاهرين ۽ وڏي پيداوار جي وچ ۾ فرق شامل آهي اسڪيلنگ عمل جڏهن ته معيار جي ڪنٽرول کي برقرار رکڻ. هڪ مضبوط اليڪٽرولائٽ يا اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري ۾ هڪ واحد خرابي ڊينڊريٽس کي نيوڪليٽ ڪري سگهي ٿي، پيداوار جي درستگي کي نازڪ بڻائي ٿي.

لاڳت جي غور تي اثر انداز ٿئي ٿو ته ڪهڙي حڪمت عملي پيداوار تائين پهچي ٿي. ڪجھ سڀ کان وڌيڪ اثرائتو ڊينڊريٽ دٻائڻ وارا طريقا-جهڙوڪ درستي-انجنيئر ٿيل 3D اليڪٽرروڊ ڍانچي يا اعليٰ-پياريٽي سولڊ اليڪٽرولائٽس-خاص طور تي پيداواري خرچن ۾ اضافو ڪن ٿا. معاشي استحڪام جي خلاف ڪارڪردگي جي بهتري کي توازن جاري رکڻ جي ضرورت آهي.

ڊگھي-سائيڪلنگ جي استحڪام کي وڌيڪ سڌارڻ جي ضرورت آهي. ڪيتريون ئي روڪٿام واريون حڪمت عمليون ڪاميابيءَ سان ڊينڊريٽس کي سلين سائيڪلن لاءِ دٻائينديون آهن، پر اليڪٽرڪ گاڏين جي بيٽرين کي هڪ ڏهاڪي جي استعمال دوران هزارين سائيڪلون برداشت ڪرڻ گهرجن. ننڍي ڊينڊريٽ جي واڌ جي شرح جيڪي 500 سائيڪلن کان وڌيڪ ناگزير نظر اچن ٿا 3,000 سائيڪلن کان وڌيڪ مسئلا ٿي سگهن ٿيون. سمجھڻ ۽ روڪڻ لاءِ ڊگھي-مدت جي تباهي واري ميڪانيزم کي وڌايل ٽيسٽنگ پروٽوڪولن جي ضرورت آهي.

فاسٽ چارجنگ خاص طور تي مشڪل رهي ٿي. خودڪار ايپليڪيشنون 15-منٽ يا 5-منٽ جي چارجنگ وقتن کي وڌ ۾ وڌ حدف ڪن ٿيون، 10-20 mA/cm² يا وڌيڪ جي موجوده کثافت جي ضرورت آهي. ڪجھ موجوده ڊينڊريٽ جي روڪٿام واري حڪمت عملي انهن انتهائي شرحن تي اثرائتي برقرار رکي ٿي. ٻنهي تيز چارجنگ ۽ ڊگھي چڪر واري زندگي هڪ ئي وقت حاصل ڪرڻ هڪ فرنٽيئر ريسرچ مقصد جي نمائندگي ڪري ٿي.

بيٽري جي ٻين گهرجن سان انضمام ڊيزائن کي پيچيده ڪري ٿو. حڪمت عمليون جيڪي ڊنڊرائٽس کي دٻائي سگھن ٿيون توانائي جي کثافت کي گھٽائي سگھي ٿي، رڪاوٽ وڌائي سگھي ٿي، يا گھٽ-پد حرارت جي ڪارڪردگي کي سمجھو. بيٽري جي ڊيزائن کي گھڻن بار بار -متضاد مقصدن لاءِ بهتر ڪرڻ گھرجي، ڊينڊريٽ جي روڪٿام کي ھڪڙي پيچيده پزل جو ھڪڙو حصو بڻايو.

جانچ ۽ رپورٽنگ جي معيار کي تيز ڪري ڇڏيندو. مختلف تحقيقي گروپ استعمال ڪندا آهن مختلف معنائون ڊينڊريٽ ٺهڻ، مختلف سيل ترتيبن، ۽ مختلف ڪاميابيءَ جا معيار. عام پروٽوڪول قائم ڪرڻ سان نتيجن جي وڌيڪ سڌي مقابلي ۽ واعدو ڪندڙ طريقن جي تيز سڃاڻپ جي قابل ٿي ويندي.

Dendrite ٺهڻ جي وقت جي ماپ مختلف طور تي آپريٽنگ حالتن سان مختلف آهي. 0.5 mA/cm² جي چوڌاري گھٽ موجوده کثافت تي، شروعاتي ڊينڊريٽ نيوڪليشن سوين ڪلاڪ وٺي سگھي ٿي. 10 mA/cm² کان وڌيڪ موجوده کثافت تي، ڊينڊريٽ ٺاهي سگهن ٿا ۽ منٽن اندر شارٽ سرڪٽ جو سبب بڻجن ٿا. گرمي پد، اليڪٽرولائٽ ٺاھڻ، ۽ اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري جي حالت سڀ ان وقت جي ماپ تي اثر انداز ڪن ٿا. اڪثر صارف بيٽريون انهن حالتن ۾ هلنديون آهن جتي ڊينڊريٽ ٺهڻ، جيڪڏهن اهو ٿئي ٿو، هڪ چڪر جي بجاءِ درجن يا سوين چارج سائيڪلن تي بتدريج ترقي ڪري ٿو.

ڪجهه حالتن جي تحت جزوي ڦيرڦار ممڪن آهي. خارج ٿيڻ يا آرام جي دورن دوران، ڊينڊريٽ ٽائيپ واپس اليڪٽرولائٽ ۾ ڦهلجي سگهن ٿيون، خاص طور تي جيڪڏهن اهي اڃا تائين اليڪٽرروڊ سان ڳنڍيل رستا ذريعي ڳنڍيل نه آهن. هي خود- شفا ڏيڻ وارو رويو بيان ڪري ٿو ته ڇو پلس چارجنگ پروٽوڪول اثرائتو ثابت ٿين ٿا- باقي دورن شروعاتي ڊينڊريٽس کي ڦهلائڻ جي اجازت ڏين ٿا. جڏهن ته، هڪ ڀيرو ڊينڈرائٽس وسيع ڪرسٽل ڍانچي ٺاهيندا آهن يا برقي طور تي الڳ ٿي ويندا آهن جيئن مئل ليٿيم، واپسي ناممڪن ٿي وڃي ٿي. روڪ علاج کان وڌيڪ اثرائتو رهي ٿو.

ضروري ناهي. روايتي ليٿيم-آئن بيٽريون استعمال ڪندي گريفائيٽ انوڊس کي عام آپريٽنگ حالتن ۾ ڊينڈرائٽ جي ٺهڻ جو تجربو گهٽ ئي ٿيندو آهي ڇاڪاڻ ته ليٿيم گريفائيٽ ۾ داخل ٿئي ٿو بلڪه ڌاتو جي طور تي پليٽ ڪرڻ جي. Dendrite مسئلا بنيادي طور تي ايندڙ-جنريشن بيٽرين ۾ استعمال ٿيندڙ ليٿيم ميٽيل انوڊس کي متاثر ڪن ٿا. جيتوڻيڪ ليٿيم ميٽيل انوڊس سان، مناسب ڊيزائن ۽ آپريشن نازڪ موجوده کثافت واري حد کان هيٺ، ڊينڊريٽ-مفت آپريشن کي غير معين مدت تائين برقرار رکي سگهي ٿو. معيار تي ضابطو ۽ غلط استعمال جي روڪٿام جو معاملو موروثي ناگزير کان وڌيڪ آهي.

Dendrite ٺهڻ موجوده کثافت، درجه حرارت، بين الاقوامي ملڪيت، ۽ مادي خرابين جي ذريعي ڪنٽرول هڪ پيچيده اليڪٽرڪ ڪيميائي ۽ ميخانياتي رجحان جي نمائندگي ڪري ٿو. جڏهن ته شروعاتي طور تي مضبوط اليڪٽرولائٽس ذريعي روڪيو وڃي ٿو، ڊينڊريٽس مختلف شروعات ۽ پروپيگيشن ميڪانيزم ذريعي ٺاهيندا آهن جيڪي هر اسٽيج تي ٽارگيٽ مداخلت جي ضرورت هونديون آهن. گھڻن حڪمت عمليون-بشمول 3D اليڪٽروڊ آرڪيٽيڪچر، مصنوعي SEI پرت، اليڪٽرولائيٽ انجنيئرنگ، ۽ پلس چارجنگ پروٽوڪول-نازڪ موجوده کثافت جي حدن کي وڌائڻ جو واعدو ڏيکاريو. ڪمرشل هاءِ-انرجي بيٽرين جو رستو انهن طريقن کي گڏ ڪرڻ تي منحصر آهي جڏهن ته پيداواري صلاحيت ۽ قيمت-تاثريت کي برقرار رکيو وڃي. خصوصيت جي ٽيڪنڪ، ڪمپيوٽيشنل ماڊلنگ، ۽ ميڪانياتي سمجھ ۾ تازيون واڌايون ڊينڊريٽ-مزاحمتي بيٽري سسٽم جي لاءِ ترقي جي رهنمائي ڪنديون رهيون آهن جيڪي خودڪار ۽ گرڊ اسٽوريج ايپليڪيشنن جي طلب کي پورا ڪرڻ جي قابل آهن.