Bėgant laikui baterijoje sumontuotuose elektroduose susiformuoja mažyčiai išsišakoję plaušeliai, vadinami dendritais. Būtent jie sukelia trumpuosius jungimus, kurie savo ruožtu galiausiai pribaigia bateriją ar net gali sukelti sprogimą.
Aukšta temperatūra yra pajėgi suardyti dendritų struktūrą, o tai galimai pailgintų baterijų naudojimo laiką.
Tačiau naujausi eksperimentiniai tyrimai ir kompiuteriniai modeliavimai, kuriuos atliko Kalifornijos technologijos instituto (JAV) mokslininkai, rodo, jog aukšta temperatūra yra pajėgi suardyti dendritų struktūrą, o tai galimai pailgintų baterijų naudojimo laiką.
Baterijoje sumontuoti neigiamas ir teigiamas elektrodai atitinkamai vadinami anodu ir katodu. Prie baterijos prijungus elektrinį prietaisą, elektronai iš anodo juda išorine prietaiso grandine į katodą. Kai kurie anodo, kuris paprastai gaminamas iš labai geru elektriniu laidumu pasižyminčio metalo ličio, atomai, praradę elektros srovę formuojančius elektronus, tampa jonais ir ima judėti katodo link. Jų judėjimą užtikrina laidi skysta terpė, vadinama elektrolitu.
Įkraunant bateriją, stebimas atvirkštinis procesas, nes jonai grįžta atgal ir prisijungia prie anodo. Tačiau jonų prisijungimas, deja, nėra tolygus. Tiesą sakant, jie suformuoja tam tikrus mikroskopinius kauburėlius, kurie po keliolikos įkrovimo/iškrovimo ciklų galiausiai virsta išsišakojusiai plaušeliais. Kuomet šie dendritai pasiekia katodą, susidaro trumpasis jungimas. Tokiu atveju elektros srovė teka ne išorine prijungto elektrinio prietaiso grandine, o elektrodo dendritais, todėl tokią bateriją galima išmesti tiesiai į šiukšlių dėžę.
Tekanti elektros srovė taip pat ir įkaitina dendritus, o kadangi elektrolitas paprastai yra degus, šiems pasiekus tam tikrą temperatūrą gali įvykti sprogimas. Net jeigu dendritai nesukelia trumpojo jungimo, jie gali nesunkiai atsiskirti nuo anodo ir laisvai plaukioti elektrolite. Taip anodas netenka medžiagos, todėl baterijos talpa atitinkamai sumažėja.
„Dendritai yra kenksmingi, nes sumažina įkraunamų baterijų talpą, – teigia Kalifornijos technologijos instituto mokslininkas Asgharas Arianfaras (Asghar Aryanfar), kartu su bendraautoriais publikavęs straipsnį „The Journal of Chemical Physics“ žurnale. – Dendritų problema būdinga visoms įkraunamoms baterijoms.“
Nors tyrėjai domėjosi tiktai pačiomis efektyviausiomis ličio jonų baterijomis, jų tyrimo išvadas galima taikyti ir kur kas platesniame kontekste. Atlikdami eksperimentą, mokslininkai užaugino ličio dendritus ir juos kelias dienas kaitino. Po šios procedūros paaiškėjo, jog kaitinimas, kurio metu temperatūra neviršija 55 laipsnius pagal Celsijų, dendritų ilgį sumažina 36 procentais. Tam, kad tiksliai išsiaiškintų, kas sukėlė tokį sutrumpėjimą, tyrėjai panaudojo kompiuterinį modeliavimą. Juo buvo siekiama atkartoti kaitinimo poveikį atskiriems ličio jonams, sudarantiems dendritą. Šio geometrija paprastumo dėlei buvo prilyginta idealizuotai piramidei.
Kompiuterinis modeliavimas atskleidė, kad didėjanti temperatūra verčia ličio atomus judėti dviem būdais. Atomas, esantis piramidės viršūnėje, gali nusiristi į žemesnius lygmenis, o atomas iš žemesnio lygmens gali pasišalinti palikdamas tarpą kurį užpildo kitas atomas. Nuolatinis atomų zujimas užtikrina, jog dendritas yra ardomas.
Nustatę, kiek energijos reikia norint pakeisti dendrito struktūrą, mokslininkai gali geriau suprasti dendritų struktūrines ypatybes. Ir, nors baterijos ilgaamžiškumą esant aukštai temperatūrai lemia daugybė veiksnių, pavyzdžiui, savaiminio išsikrovimo tendencija arba tam tikrų cheminių reakcijų susidarymas, naujasis darbas parodo, jog baterijos prikėlimui naujam gyvenimui mums gali prireikti viso labo tik šiek tiek papildomos šilumos.
