Okutondebwa kwa Dendrite kye ki?

Okutondebwa kwa dendrite kunnyonnyola okukula kw’omuti-nga ensengekera za kirisitaalo ezikula mu biseera by’enkola z’amasannyalaze mu bbaatule n’enkola endala. Empiso zino-Ebifo eby’ebyuma ebifaanana oba ebitabiddwa bitondekawo nga ayoni zikuŋŋaanidde mu ngeri etakwatagana ku bitundu by’obusannyalazo mu kiseera ky’okucaajinga n’okusuula enzirukanya.

Ekintu kino kibaawo mu kemiko za bbaatule ez’enjawulo naye nga kireeta okusoomoozebwa okw’amaanyi naddala mu .Battery za Lithium ., nga dendrites zisobola okufumita mu separators ne zitandikawo internal short circuits. Okutegeera lwaki n’engeri ensengekera zino gye zikulaakulana kifuuse kikulu nnyo ng’enkola z’okutereka amaanyi zinyigiriza okutuuka ku busobozi obw’amaanyi n’emiwendo gy’okucaajinga egy’amangu.

Dendrites zikola okuyita mu nkola ya electrodeposition efugirwa ensonga zombi ez’obugumu n’ez’ekiwujjo. Battery bw’ekuba, ayoni z’ebyuma zitambula okuyita mu kisengejja eky’amasannyalaze nga kyolekera anode. Mu mbeera ennungi, ion zino zanditeereddewo mu ngeri y’emu okuyita ku ngulu w’obusannyalazo. Kyokka, ensonga eziwerako zitaataaganya okuteekebwawo kuno okw’enjawulo.

Obutaba na ngulu ku ngulu bikola ebirungo by’amasannyalaze eby’omu kitundu eby’ekifo. Ennimiro zino ezinywezeddwa zisikiriza ion nnyingi okutuuka mu bifo ebitongole okusinga okuzisaasaanya kyenkanyi. Oluvannyuma lw’okufuluma okutono, kifuuka kyennyini -okugaziwa-ensonga y’ensengekera ekula efuna ennimiro z’amasannyalaze ez’amaanyi okusinga ebifo ebipapajjo, ekyanguya okukula okulala mu ludda olwo.

Enkola yeeyongera ku densite za current eziri waggulu. Okunoonyereza okuva mu Yunivasite y’e Maryland nga tukozesa obutoffaali obw’amaaso obutangalijja kwalaga nti ku densite eziriwo kati ezisukka 87 mA/cm2, dendrite morphology yakyuka okuva ku bisenge by’ebisusunku ebipapajjo okudda ku mpiso ensongovu-okulinga ebitonde. Ekiseera okutuuka ku short circuit ey’omunda kyakendeera mu kigerageranyo nga density ya current yeeyongera, nga ekka okuva ku ssaawa eziwerako ku 10 mA/cm2 okutuuka ku ddakiika nga 30 ku 110 mA/cm2.

Ebbugumu likola omulimu ogw’emirundi ebiri mu kutondeka kwa dendrite. Ebbugumu erya wansi ligenda likendeera mu kusaasaana kwa ion, ne kitondekawo ebiwujjo by’obuziba okumpi n’oludda lw’obusannyalazo. Kino kyanguyiza ayoni okuteeka ku bifulumye ebiriwo okusinga okunoonya ebifo ebipya eby’okuwunyiriza. Okwawukana ku ekyo, layeri ya solid electrolyte interphase (SEI) ekolebwa ku bbugumu erya wansi etera okuba enkakanyavu era nga tenywevu nnyo, ekiyamba ku nkola z’okuteeka ezitali zimu.

Dendrite Formation

Battery za lithium zoolekagana n’okusoomoozebwa okw’enjawulo okwa dendrite olw’obutafaanagana bwa Lithium obw’amaanyi n’obusobozi obutono obw’amasannyalaze. Lithium ions bwe ziteeka ku anode nga zicaajinga, mu ngeri entuufu zirina okuyingira mu nsengekera ya graphite. Mu kifo ky’ekyo, ion ezisukkiridde ezitasobola kuyingizibwa mangu ekimala zikuŋŋaanyizibwa ku ngulu nga lithiyamu ow’ekyuma.

Sei layer ekwata nnyo ku nkola eno. Firimu eno ey’obukuumi ekola mu butonde nga electrolyte ekolagana ne lithium anode. SEI eya kimu, dense elungamya n’okuteekebwa kwa lithium. Naye, SEI egenda mu maaso n’okumenya n’okutereeza mu kiseera ky’ekisannyalazo-enzirukanya y’okufuuwa olw’enkyukakyuka mu bunene mu kiyungo. Buli kifo ekimenyeka kifuuka ekifo ekiyinza okubeera eky’obuziba (dendrite nucleation site).

Okunoonyereza okwafulumizibwa mu Nature Materials mu 2024 kwazuula enkola bbiri ez’enjawulo ez’okutondebwa kwa dendrite mu battery za lithium ezigudde-State lithium nga tukozesa Li₇la2 Enkola esooka erimu okusiiga kwa lithium okutali kwa-okugatta amasannyalaze-electrolyte interfaces. Ekyokubiri kibaawo okuyita mu kukendeeza kwa Li⁺ okw’ekitundu ku nsalo z’empeke munda mu kiyungo ky’amasannyalaze ekigumu kyennyini. Wakati w’emitendera gino ebiri, abanoonyereza baalaba ekiseera eky’okuyingirira nga enkula ya dendrite esibidde nga tennaddamu kuddamu.

Enkola y’okutandika eyawukana ku kusaasaana. Okunoonyereza okuva mu Yunivasite y’e Oxford kwalaga nti okutongozebwa kwa dendrite mu bbaatule enkalu-State kutandika nga lithium ateeka mu buziba obw’okunsi okuyita mu kugatta microcracks. Nga obutuli buno bujjula, okugenda mu maaso n’okucaajinga kuzimba puleesa olw’okufulumya lithium empola okudda ku ngulu. Puleesa eno okukkakkana ng’ereeta enjatika. Enjatika bwe zimala okukola, okusaasaana kubaawo okuyita mu kuggulawo wedge-nga lithium avuga enjatika okuva emabega okusinga okuva ku ntikko.

Ebipimo bya density ya current byawukana okusinziira ku kika kya electrolyte. Standard liquid electrolytes zitera okulaga dendrite formation waggulu wa 0.2-2.0 mA/cm2, ate solid electrolytes zisobola okugumira densite za current eza waggulu nga tezinnaba kulemererwa. Okunoonyereza mu Yunivasite y’e Oxford kwazuula nti densifying argyrodite (Li₆PS₅Cl) solid electrolyte okuva ku 83% okutuuka ku 99% relative density yayongera ku critical current density okuva wansi wa 2 mA/cm2 okutuuka ku 9 mA/cm2 awatali dendrite formation.

Dendrites ziteeka bbaatule nga ziyita mu ngeri eziwera ez’okulemererwa. Ekisinga okubeera eky’akatyabaga kibaawo nga dendrite ekula ddala okuyita mu separator, okukola omutala oguyisa wakati wa anode ne cathode. Kino eky’omunda ekimpi kivaamu okubuguma okw’ekitundu, okuyinza okutandika okudduka okw’ebbugumu-okwefuula-okwanguyiza okwanguyiza okuyinza okuvaako omuliro oba okubwatuka.

Nga tetunnatuuka ku kulemererwa okw’akatyabaga, dendrites zikendeeza ku mutindo gw’emirimu mu ngeri ey’okweyongera. Buli dendrite eraga fresh reactive lithium surface eri electrolyte. Kino kivuga okutondebwa kwa SEI okutambula obutasalako, ne kinywa lithium ne electrolyte byombi ebikola. Over successive cycles, this parasitic reaction ekendeeza ku busobozi obuliwo n’okwongera ku buziyiza obw’omunda.

Dendrites era zikola "lithium omufu"-ebitereke by'ebyuma ebyawuliddwa mu masannyalaze ebitakyataba mu nkola za masanyalaze. Dendrites bwe zikutuka olw’okunyigirizibwa kw’ebyuma oba okukulukuta kw’amasannyalaze, zireka ebitundu bino ebitali bikola. Lithium omufu akiikirira okufiirwa obusobozi obw’olubeerera, kubanga tesobola kuzuulibwa nga bayita mu kuvuga obugaali obwa bulijjo.

Enkyukakyuka z’obunene ezikwatagana n’okusiiga lithium n’okuggyako ebizibu bino byongera ku bizibu bino. Ekyuma kya lithium kiyita mu bukulu enkyukakyuka ya voliyumu 100% wakati w’embeera zaakyo ez’ebyuma n’ez’obuziba (ionic states). Okugaziwa kuno n’okukonziba biggumiza layeri ya SEI era bisobola okwonoona mu mubiri eky’okwawula, ne kitondekawo amakubo ag’enjawulo ag’okuyingira mu dendrite.

Obusobozi bufa emiwendo mu butoffaali bw’ekyuma kya lithium obutakuumibwa busobola okutuuka ku 1-2% buli cycle nga dendrites zikola nnyo. Kino kyawukana nnyo n’obulungi-obutoffaali bwa lithium-ion obukoleddwa nga bukozesa graphite anodes, ezitera okufiirwa obusobozi bwa 0.1% bwokka buli cycle oba wansi.

Densite ya current evaayo nga ensonga esinga okufuga dendrite formation rates. Amasannyalaze agacaajinga aga waggulu gawaliriza ion nnyingi okutereka mu budde obutono, ne zisukkulumya obusobozi bwa electrode okuzikwata mu ngeri y’emu. Enkolagana si ya linear-erabika nga waliwo omusingi omukulu wansi wa dendrite okukula kusigala nga kutono, naye waggulu waakyo kwanguyira exponentially.

Ekirungo ky’amasannyalaze kikwata nnyo ku buzibu bwa dendrite. Okusengejja omunnyo kukosa emiwendo gy’entambula ya ion n’obumu bw’ekifo ky’amasannyalaze okumpi n’ekisannyalazo. Ebirungo by’omunnyo omutono bikola ebitundu ebikendeera nga ion supply tesobola kutuukiriza deposition obwetaavu, okutumbula dendritic okukula. Ebirungo ebingi bisobola okulongoosa mu ngeri y’emu naye biyinza okukendeeza ku buzito bwa ayoni oba okwongera ku buzito (viscosity).

Electrolyte additives ziwa ekkubo limu eri okunyigirizibwa. Fluoroethylene carbonate (FEC), okugeza, okusinga ekendeera ku lithium kungulu okukola LIF-Sei layers ezigagga. Layers zino ziraga amaanyi g’ebyuma aga waggulu n’obutambuzi bw’obusannyalazo obutono bw’ogeraageranya n’ebitundu bya SEI ebya mutindo, ebiyamba okukuuma enkola z’okuteeka ezifaanagana.

Obulema ku ngulu n’obukaluba bitandikawo dendrites nnyingi. Ne nanoscale irregularities zissa ensengekera z’amasannyalaze ekimala okutandika okuteekebwawo okusinga. Enkola z’okukola ezikola ensengekera z’obusannyalazo eziweweevu mu ngeri ekwatagana zikendeeza ku bifo bya dendrite nucleation. Mu ngeri y’emu, obucaafu oba obutundutundu obuteekeddwa mu ngulu w’obusannyalazo busobola okukola ng’ensonga za nyukiliya ezitali zimu.

Ebbugumu gradients munda mu cell zikola spatially varying reaction kinetics. Ebifo ebibuguma bifuna entambula ya ion ey’amangu n’okuteekebwawo, ebiyinza okutondawo ebitundu bya dendrite eby’omu kitundu-ebitera okubeera ne bwe kiba nti okutwalira awamu obungi bwa kasasiro busigala bwa kigero. Enkola z’okuddukanya bbaatule ezikakasa okusaasaanya ebbugumu mu ngeri y’emu ziyamba okukendeeza ku nkola eno.

Embeera ya chajingi nga bbaatule ewummudde nayo ekwata ku kukula kwa dendrite. Okukwata obutoffaali ku vvulovumenti eza waggulu okumala ebbanga eddene kitumbula okutondebwa kwa dendrite, naddala mu butoffaali bwa lithium iron phosphate (LifePo₄). Kino kinnyonnyola lwaki enkola z’okucaajinga ezitengejja zizze zikulaakulana okutuuka ku bifo ebya vvulovumenti ebya wansi bw’ogeraageranya n’enkola okuva mu myaka kkumi egiyise.

Okuzuula kwa dendrite okw’ennono kwesigama ku post-okwekenneenya okufa -okuggulawo obutoffaali obulemeddwa n’okwekenneenya ebitundu by’obusannyalazo n’okukebera obusannyalazo obuyitibwa scanning electron microscopy. Wadde nga kirimu amawulire, enkola eno teyinza kuziyiza kulemererwa oba okulondoola enkulaakulana ya dendrite mu kiseera ekituufu.

Obukodyo obw’omulembe obw’okulaga obubonero kati busobozesa okwetegereza operando. Abanoonyereza mu bitongole ebingi bakoze enkola nga bakozesa ebyuma ebitangalijja oba dizayini z’obutoffaali ez’enjawulo. Yunivasite y’e Maryland yatonda obutoffaali bw’amaaso nga obusannyalazo bwombi bubaamu ekyuma kya lithium, ne kisobozesa okulaba obutereevu okukula kwa dendrite okuyita mu ddirisa ery’obwerufu mu kiseera ky’okucaajinga.

x-Ray computed tomography (XCT) egaba ebifaananyi bisatu-ebitundutundu eby’ensengekera za dendrite munda mu butoffaali obutaliiko kamogo. Synchrotron x-Ebifo eby’okusalako biwa okusalawo okumala okulondoola okutondebwa kwa dendrite ku microscale mu kiseera kya bbaatule entuufu. Omulimu ogwafulumizibwa gye buvuddeko mu butonde gwakozesa Operando XCT okwetegereza engeri lithium gye yeeyingizaamu amasannyalaze ga keramiki, okulaga okutondebwa kw’enjatika n’ensengekera y’okusaasaana kwa lithium.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) egaba enkola etali butereevu naye nga si -okuzuula okuzikiriza. Dendrites bwe zikula, zikyusa obuwanvu bw’okungulu obulungi n’okuziyiza kw’obusannyalazo. Enkyukakyuka zino zeeyoleka nga enkyukakyuka mu spectrum ya impedance. Abanoonyereza bakyusizza obukodyo bw’obutoffaali bw’amatondo obuyitibwa sikaani okukola maapu y’enkulaakulana y’obukaluba ku ngulu okuyita mu bipimo bya EIS, ne kiwa okulabula nga bukyali ku kutondebwa kwa dendrite awatali kuggulawo katoffaali.

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy ne imaging biwa obutonde bw’ensi. Tracer-Okuwanyisiganya NMR esobola okwawula wakati wa lithium plating ku interfaces okusinziira ku kukendeeza mu electrolyte bulk. Magnetic Resonance Imaging (MRI) erondoola dendrite spatial distribution and growth rates, okuyamba abanoonyereza engeri ebitundu eby’enjawulo eby’obutoffaali gye bikulamu dendrites mu biseera eby’enjawulo.

Sensulo za fiber optic zikiikirira enkola egenda okuvaayo. Sensulo za tilted fiber bragg grating (TFBG) eziyingiziddwa okumpi n’ebitundu by’amasannyalaze zizuula enkyukakyuka mu ntambula y’amasasi n’okukula kwa dendrite ku nsengekera za nanoscale awatali kutaataaganya kukola kwa bbaatule. Ebiwujjo by’amaaso ebikwatagana ennyo bisobozesa okulondoola okwa nnamaddala-Okulondoola ekiseera ky’okuteeka lithium kinetics ne dendrite evolution.

Dendrite Formation

Enkola eziwera zigenderera okunyigiriza dendrite, emirundi mingi zikola mu ngeri ey’okukwatagana nga zigatta. Tewali nkola emu emaze okumalawo dendrites ddala wansi w’embeera zonna ez’okukola, naye enkola eziwerako zisitula nnyo omusingi gw’obungi bw’amasannyalaze ogw’amaanyi.

Ebintu ebikalu mu kusooka byalabika ng’ebisuubiza ng’ebiziyiza eby’omubiri ku dendrites. Wabula okunoonyereza kwalaga nti dendrites nazo ziyingira mu bintu ebigumu, nga zikula okuyita mu nsalo z’empeke oba enjatika. Enkizo ya solid electrolytes teri mu kuziyiza okujjuvu wabula mu kwetaaga okunyigirizibwa okw’ebyuma okw’amaanyi nga dendrite tennayingira. Okulongoosa ensengekera y’obusannyalazo n’ensengekera y’empeke ekigumu kiyinza okwongera nnyo ku kuziyiza kwayo okuyingira.

Enzimba z’obusannyalazo ssatu-ebitundutundu zikyusa engabanya ya density ya kasannyalazo ey’ekitundu. Mu kifo ky’okuteeka ku kifo ekipapajjo, lithium ajjuza ensengekera y’obutuli bw’ekintu ekikyaza ekya 3D. Kino kyongera ku kitundu ekikola ku ngulu okuva ku 5.2 × 10⁻3 m2/g ku lithium foil okutuuka ku 2.6 m2/g ku kaboni w’embaawo. Ekitundu ekyeyongedde kikendeeza ku bungi bw’amasannyalaze mu kitundu mu kigerageranyo, nga kikuuma wansi w’omusingi gw’okusengejja (dendrite nucleation). Okwongerako ebintu eby’ekika kya lithiophilic nga tin ku bizimbe bino kitondekawo ebifo eby’enjawulo eby’obuziba (preferential nucleation sites) ebitumbula okuteekebwawo okw’enjawulo, okutali-okusingawo.

Layers za SEI ez’obutonde ezisiigibwa nga tebannaba kusooka kutambula zisobola pre-ept okutondebwa kwa non-uniform natural SEI. Ebintu eby’enjawulo biraga okusuubiza, omuli LIF-ebizigo ebingi, layeri za polimeeri, ne firimu ezikoleddwa mu ngeri ey’obutonde (composite organic-ebitali biramu. SEI ey’ekikugu ennungi egatta obutambuzi bwa ayoni obw’amaanyi, obutambuzi bw’obusannyalazo obutono, n’amaanyi g’ebyuma agamala okunyigiriza okuyingira kwa dendrite ate nga gafuukuula mu kiseera ky’enkyukakyuka za voliyumu.

Electrolyte engineering ekola ku dendrite formation okuva ku ludda lw’okugonjoola. Ebisannyalazo ebiwanvu-ebiyitibwa concentration electrolytes (oluusi ebiyitibwa "ekiziyiza-mu -omunnyo" bikendeeza ku kubeerawo kwa molekyu z'ekizimbulukusa ez'eddembe, okukyusa ensengekera y'okugonjoola okwetoloola amasannyalaze ga lithium. Enkyukakyuka eno esobola okutumbula okuteekebwawo okusingawo okwa kimu. Ionic liquid electrolytes ziwa non-okumasamasa ku mabbali g’ebintu eby’enjawulo eby’omu maaso ebiyinza okunyigiriza dendrites, wadde nga obuzito bwazo obutera okuba obw’amaanyi buleeta okusoomoozebwa.

PULSED charging protocols gye buvuddeko yavaayo ng’okuyingira mu nsonga mu ngeri eyeewuunyisa. Mu kifo ky’okukozesa akasannyalazo akatali kakyukakyuka, pulsed protocols zikyukakyuka wakati w’ebiseera by’okucaajinga n’ebiseera by’okuwummula. Mu kiseera ky’okuwummula, ensengekera z’okusengejja ziwummulamu era ensonga za dendrite zisobola n’okusaanuuka ekitundu okudda mu solution. Okunoonyereza kwalaga nti MHz-amasannyalaze aga pulsed currents gayongera ku density ya critical current n'ensonga ya mukaaga-okuva nga 1 mA/cm2 okutuuka ku 6.5 mA/cm2-mu battery ezikaluba-.

Okukozesa puleesa kuwa enkola endala ey’ebyuma. Okukozesa empalirizo y’okunyigiriza ekwatagana n’ennyonyi eziyiza obulagirizi bw’okukula kwa dendrite. Abanoonyereza ba MIT baalaga nti basobola okukozesa enkula ya dendrite nga basiiga n’okufulumya puleesa, ekivaako dendrites okuzigzag mu kukwatagana n’obulagirizi bw’amaanyi. Wadde nga puleesa temalawo kutondebwa kwa dendrite, ebalemesa okusomoka wakati w’obusannyalazo.

Enkyukakyuka eri bbaatule z’embeera ennywevu-ekitundu kyakubirizibwa essuubi ly’okugonjoola ekizibu kya dendrite. Ebisuubirwa ebyasooka byalowooza nti amasannyalaze aga ceramic rigid gandizibye mu mubiri dendrite okuyingira. Reality yalaga nti yasinga kuzibuwalira.

Ebiwujjo ebigumu bilemererwa okuyita mu kumenyeka okw’ebyuma okusinga okukkiriza dendrites okumala gayitamu. Enkola eno etandika ku bikyamu-ebikuta, ensalosalo z’empeke, oba obutali bwenkanya ku ngulu. Lithium ateeka mu bbula lino, era nga lithium omungi akuŋŋaanyizibwa, situleesi y’ebyuma ezimba okutuusa enjatika za keramiki. Enjatika bw’emala okutandika, lithium esaasaana okuyita mu yo ng’eyita mu wedge-enkola y’okuggulawo eyazuulibwa abanoonyereza ba Oxford.

Ebintu eby’enjawulo eby’amasannyalaze ebigumu biraga obuziyiza obw’enjawulo ku dendrite-okumenya okuleetebwa. Garnet-Electrolytes nga LLZO ziraga okusuubiza olw’obutambuzi bwabyo obw’amasannyalaze amangi, naye obutambuzi bwabyo obw’obusannyalazo buyamba mu kutondebwa kwa dendrite. Obuuma obuyisa obusannyalazo busobozesa obusannyalazo okutuuka ku nsonga za dendrite, okuyimirizaawo okuteekebwawo kwa lithium okugenda mu maaso. Okukendeeza ku nkola eno ey’obusannyalazo (electronic conductivity), ne bwe kiba nga kikuuma obutambuzi bwa ayoni obw’amaanyi, kiyamba okunyigiriza dendrites.

sulfide-Ebyuma ebikalu ebisinziira ku Li₆PS₅Cl (argyrodite) biraga enneeyisa ey’enjawulo. Zigonvu mu makanika okusinga eza okisayidi, ekiyinza okusobozesa dendrites okukula okuyita mu buveera okukyukakyuka okusinga okumenya. Naye, densification erongoosa nnyo omulimu-okwongeza argyrodite density okutuuka ku 99% kisobozesa dendrite-Free operation ku densite za current ezisaanira-okusasuza mmotoka z’amasannyalaze.

Engineering y’enkolagana wakati wa lithium metal anodes ne solid electrolytes ekola ku ngeri endala ey’okulemererwa. Okukwatagana obubi kutondawo obutafaali obukola akasannyalazo nga obungi bwa kasasiro w’ekitundu busukka wakati w’ensi yonna okusinziira ku biragiro by’obunene. Ebifo bino eby’okuzimba bifuuka ebifo eby’okutandikawo dendrite. Okukozesa interlayers-Firimu ennyimpi eza polimeeri, ebyuma ebikola aloy, oba ebikozesebwa ebikozesebwa-ebisobola okulongoosa okukwatagana n’okusaasaanya akasannyalazo mu ngeri ey’enjawulo.

Critical current density (CCD) for dendrite formation mu solid-State batteries zirina okusukka 5 mA/cm2 ku nkola z’amasannyalaze ez’amasannyalaze ezikozesebwa. Ebirungo ebisinga ebikalu bigwa wansi w’ekigendererwa kino wansi w’embeera ez’omutindo, kye kiva okunoonyereza okw’amaanyi mu nkola ezigatta nga tukozesa okunyweza, okunyigirizibwa, okucaajinga okukuba, n’okukyusa enkolagana.

Wadde nga bbaatule za lithium ze zifuga okunoonyereza kwa dendrite, enkola endala zifuna okusoomoozebwa okufaananako. Battery z’ebyuma bya zinki zifuna okutondebwa kwa zinc dendrite, wadde nga zirina engeri ez’enjawulo. Zinc dendrites mu ngeri entuufu zirabika nga moss-nga oba ensengekera z’enviiri okusinga empiso ensongovu, nga ziraga ensengekera z’amasannyalaze ez’enjawulo eza zinki.

Mu bbaatule za zinki ez’amazzi, okutondebwa kwa dendrite kwesigama nnyo ku pH y’amasannyalaze n’obungi bwa zincate. Ebirungo bya zincate ebingi ebisukka 0.4 m mu 7 M KOH electrolytes bikendeeza ku kukula kwa dendrite, naye electrolytes ezitambula zitera okwongera ku nkula ya haidrojeni. Ekisengejjero ky’amasannyalaze ekigumu ku zinki kirimu ebirungo eby’enjawulo okusinga lithium-okusingira ddala zinki okisayidi ne zinki hydroxide-n’eby’obutonde eby’enjawulo eby’ebyuma n’eby’amasannyalaze.

Sodium metal anodes ziraga dendrite enneeyisa efaananako ne lithium, newankubadde nga dendrites okutwalira awamu zikula mpola nnyo olw’obutafaanagana bwa sodium obutono. Ekyuma kya magnesium, edda ekirowoozebwa nti kiziyiza okutondebwa kwa dendrite, gye buvuddeko kyalagibwa okukola dendrites wansi w’embeera ezimu naddala ku densite za current ezisukka 0.2-0.3 mA/cm2 okusinziira ku electrolyte.

Ne silicon anodes mu lithium eya bulijjo-eyo ion esobola okulaba okutondebwa kwa lithium dendrite. Mu kiseera ky’okucaajinga, silikoni agaziwa ebitundu nga 300%, n’akutula layeri ya SEI. Okuyita mu nnyatika zino, lithium ions zisobola okukendeezebwa okukola metallic lithium dendrites okusinga okugatta ne silicon nga bwe kigendereddwamu. Enkola eno ekiikirira enkola ya hybrid failure mode egatta obuzito bwa voliyumu n’okuteekebwa kw’amasannyalaze.

Obukwatagana mu nkola zino bulaga emisingi egy’ensi yonna gifuga okutondebwa kwa dendrite. Densite ya kasasiro, obutafaanagana obw’okungulu, n’eby’obugagga bya layeri ez’omu maaso bivaayo ng’ensonga ezifuga awatali kulowooza ku kemiko y’ekyuma ekigere. Enkola z‟okuziyiza ezikolebwa ku nkola emu zitera okukyusa, nga zikyusiddwa, eri endala.

Enkulaakulana eziwerako ezizze zikolebwa zizzeemu okutegeera okutegeera kw’okutondebwa kwa dendrite. Okuzuula enkola ez’enjawulo ez’okutandika n’okusaasaana mu bbaatule z’amawanga- zaali zikiikirira enkyukakyuka ya paradigm. Ebikozesebwa ebyasooka byalowooza nti enkola emu egenda mu maaso, naye okutegeera bino ng’emitendera egy’enjawulo kisobozesa okuyingira mu nsonga ezigendereddwamu ku buli mutendera.

Omulimu gw’ensengekera ya dendrite etali ya kifaananyi (amorphous versus crystalline dendrite structure) gufunye okufaayo. Okunoonyereza kwa NMR okwakakolebwa kwalaga nti dendrites mu kusooka zikola nga ensengekera ezitali za kifaananyi oluvannyuma ne zifuuka ekiristaayo. Kemistry y’obulema bw’ebirungo ebigumu n’embeera y’okukola battery bye bisalawo bbalansi wakati w’enkola zino ebbiri. Kino ekizuuliddwa kiggulawo ebisoboka okukola embeera eziwagira ensengekera z’ebifaananyi ezitali za kifaananyi ezikyukakyuka ku dendrites ez’olubeerera.

Ebikozesebwa mu kuyiga kw’ebyuma kati bitegeeza enkula ya dendrite n’obutuufu obweyongera. Nga bayingizaamu ebipimo by’omubiri ebingi-obuzito obuliwo, ebbugumu, okusengejja kw’amasannyalaze, enkula y’okungulu-mu mikutu gy’obusimu egy’okuwunyiriza, abanoonyereza batuuka ku kuteebereza okulungi okusinga fizikisi ey’ennono-okusinziira ku bikolwa eby’okukozesa byokka. Ebikozesebwa bino byanguyiza okuzuula amadirisa agakola obulungi n’okugatta ebintu.

Molekyulu za puloteyina zaavaayo nga ekirungo ekiziyiza dendrite ekitali kisuubirwa naye nga kikola bulungi. Proteins ezimu, bwe zigattibwa mu electrolytes, zinywerera mu ngeri ey’otoma ku bitundu by’ebyuma bya lithium naddala ku nsonga za dendrite. Okuyita mu nkyukakyuka z’ensengekera okuva ku -HELIX okudda ku-ensengekera z’empapula, obutoffaali buno bukyusa ensaasaanya y’ennimiro y’amasannyalaze ey’ekitundu, okutumbula okuteekebwa okw’enjawulo. Enkola eno eya BIO-eyagonjoolwa yatuuka ku bulamu obw’enzirukanya empanvu n’obulungi bwa coulombic obw’amaanyi mu kukebera mu laboratory.

Enkola y’obugumu ey’okutegeera okutondebwa kwa dendrite ekulidde. Abanoonyereza kati bakimanyi nti ebiziyiza by’amasoboza ag’ebbugumu n’obugumu byombi bikola emirimu emikulu mu kuzuula oba ebitereke bya lithium mu ngeri y’emu oba bikola dendrites. Okutegeera kuno kulungamya enkola z’okukyusakyusa ebipimo bino okuyita mu nteekateeka y’ebintu n’embeera z’okukola.

Dendrite Formation

Wadde nga waliwo enkulaakulana, okutunda dendrite-battery eziziyiza kisigala nga kizibu. Ekituli wakati w’okwolesebwa kwa laboratory n’okukola mu bungi kizingiramu enkola z’okugerageranya ate nga kikuuma okulondoola omutindo. Ekikyamu kimu mu kiyungo ekigumu oba eky’obusannyalazo ku ngulu kisobola okufuula enkwaso za nyukiliya, ekifuula okukola okutuufu okukulu.

Okulowooza ku nsaasaanya kukwata ku bukodyo ki obutuuka ku kukola. Ezimu ku nkola z’okuziyiza dendrite ezisinga okukola obulungi-nga obutuufu-ensengekera z’obusannyalazo eza 3D ezikoleddwa oba waggulu -obulongoofu obugumu obusannyalazo-bwongera nnyo ku nsaasaanya y’okukola. Okuteeka ennongoosereza mu nkola y’emirimu mu ngeri ey’okutebenkeza enkola y’ebyenfuna kyetaagisa okulongoosa okugenda mu maaso.

Long-Term cycling stability yetaaga okwongera okulongoosa. Enkola nnyingi ez’okuziyiza ziziyiza bulungi dendrites okumala ebikumi n’ebikumi by’enzirukanya, naye bbaatule z’emmotoka ez’amasannyalaze zirina okugumira enkumi n’enkumi z’enzirukanya ezisukka mu myaka kkumi nga zikozesebwa. Emiwendo gy’okukula kwa dendrite emitono egirabika ng’egitali gya maanyi okusukka enzirukanya 500 giyinza okufuuka egy’obuzibu mu nsengekera 3,000. Okutegeera n’okuziyiza enkola z’okuvunda empanvu-ezo zetaaga enkola ezigaziyiziddwa ez’okugezesa.

Okucaajinga amangu kusigala nga kusoomoozebwa nnyo. Okusaba kw’emmotoka kweyongera okutunuulira ebiseera by’okusasula eddakiika 15 oba wadde 5, nga kyetaagisa densite eziriwo kati eza 10-20 mA/cm2 oba okusingawo. Enkola entono ez’okuziyiza dendrite ezikola kati zikuuma bulungibwansi ku miwendo gino egy’ekitalo. Okutuuka ku bulamu bwombi obw’okucaajinga amangu n’obuwanvu mu kiseera kye kimu kikiikirira ekigendererwa ky’okunoonyereza ku nsalo.

Okugatta n’ebyetaago bya bbaatule ebirala kikaluubiriza dizayini. Enkola ezinyigiriza dendrites ziyinza okukendeeza ku density y’amasoboza, okwongera impedansi, oba okukosa wansi-omulimu gw’ebbugumu. Design ya bbaatule erina okulongoosa mu mirundi mingi-Ebigendererwa ebikontana, ekifuula okuziyiza dendrite ekitundu kimu eky’ekibuuzo ekizibu.

Okutuuka ku mutindo gw’okukebera n’okukola lipoota kyandiyanguyizza enkulaakulana. Ebibinja by’okunoonyereza eby’enjawulo bikozesa ennyonyola ez’enjawulo ez’okutondebwa kwa dendrite, ensengekera z’obutoffaali ez’enjawulo, n’emisingi egy’enjawulo egy’obuwanguzi. Okuteekawo enkola eza bulijjo kyandisobozesezza okugeraageranya obutereevu ebivuddemu n’okuzuula amangu enkola ezisuubiza.

Dendrite formation timescales zaawukana nnyo n’embeera y’okukola. Ku densite za current entono around 0.5 mA/cm2, initial dendrite nucleation eyinza okutwala ebikumi n’ebikumi by’essaawa. Ku densite za current enkulu ezisukka 10 mA/cm2, dendrites zisobola okukola n’okuleeta short circuits mu ddakiika ntono. Ebbugumu, obutonde bw’amasannyalaze, n’embeera y’obusannyalazo ku ngulu byonna bikwata ku biseera bino. Battery ezisinga ez’okukozesa zikola mu mbeera nga dendrite formation, singa ebaawo, ekula mpolampola ku makumi oba ebikumi n’emisanvu cycles okusinga mu cycle emu.

Okudda emabega okw’ekitundu kisoboka wansi w’embeera ezimu. Mu biseera by’okufulumya oba okuwummula, ensonga za dendrite zisobola okusaanuuka ne zidda mu kiyungo, naddala nga tezinnaba kuyungibwa ku kiyungo nga ziyita mu makubo agatambuza. Okweyisa kuno -okuwonya kunnyonnyola lwaki pulsed charging protocols zikakasa nti zikola-Ebiseera by’okuwummula bisobozesa dendrites ezitandika okusaanuuka. Naye, dendrites bwe zimala okukola ensengekera za kirisitaalo ennene oba okufuuka ez’amasannyalaze nga ziawuddwamu nga lithium omufu, okudda emabega kifuuka ekitasobokera ddala. Okwetangira kusigala nga kukola bulungi okusinga okutereeza.

Si kituufu nti. Battery za lithium eza bulijjo-ezikozesa graphite anodes tezitera kufuna dendrite formation wansi w’embeera z’okukola eza bulijjo kubanga lithium eyingirira graphite okusinga okusiiga nga ekyuma. Ebizibu bya dendrite okusinga bikosa anodes z’ebyuma bya lithium ezikozesebwa mu bbaatule eziddako-eza generation. Ne bwe kiba nga lithium metal anodes, design entuufu n’okukola wansi critical current density thresholds bisobola okukuuma dendrite-free operation ekiseera ekitali kigere. Okuziyiza omutindo n‟okuziyiza okukozesa obubi kikulu okusinga obuteewalika obuzaaliranwa.

Okutondebwa kwa dendrite kukiikirira ekintu ekizibu eky’amasannyalaze n’ebyuma ekifugibwa obuzito bwa kasasiro, ebbugumu, eby’obutonde eby’omu maaso, n’obulema bw’ebintu. Wadde nga mu kusooka balowooza nti basobola okuziyizibwa okuyita mu biwujjo ebigumu, dendrites zikola nga ziyita mu nkola ez’enjawulo ez’okutandika n’okusaasaana ezeetaaga okuyingira mu nsonga ezigendereddwamu ku buli mutendera. Enkola eziwera-nga muno mulimu enzimba y’ebyuma bya 3D, layers za SEI ez’obutonde, yinginiya w’amasannyalaze, n’enkola z’okucaajinga ezikuba -Show promise for raising critical current density thresholds. Ekkubo erigenda mu bbaatule ez’ettunzi-amaanyi zisinziira ku kugatta enkola zino ate nga zikuuma obusobozi bw’okukola n’omuwendo-obulungi. Enkulaakulana eyaakakolebwa mu bukodyo bw’okulaga obubonero, okukozesa enkola y’okubalirira, n’okutegeera enkola bikyagenda mu maaso n’okulungamya enkulaakulana eri dendrite- enkola za bbaatule eziziyiza ezisobola okutuukiriza enkola ezisaba okutereka mmotoka ne giridi.