Batterijen met metallische lithiumanoden bieden vanwege hun hogere capaciteit een verbeterde efficiëntie in vergelijking met conventionele lithium-ionbatterijen. Echter, veiligheidsproblemen en een korte levensduur staan ​​in de weg. Om de oorzaken van storingen en voortijdig falen van dergelijke batterijen beter te kunnen analyseren, onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld die de verdeling van actief lithium op de anode visualiseert en onderscheid maakt tussen dendrieten en "dood" lithium. Zoals gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie , de techniek maakt gebruik van een fluorescerende kleurstof.

Als een lithiumanodebatterij ontlaadt, de anode geeft elektronen af ​​aan het circuit en positief geladen lithiumionen aan de elektrolyt. Terwijl de batterij wordt opgeladen, dit proces wordt omgekeerd, lithium terug op de anode afzetten. Helaas, depositie is niet uniform en kan leiden tot de vorming van vertakte structuren die bekend staan ​​als dendrieten, die zo groot kunnen worden dat ze kortsluiting veroorzaken. In aanvulling, hun grotere oppervlakte verhoogt ongewenste nevenreacties tussen lithium en de componenten van de elektrolyt, die het lithium deactiveert. Uiteindelijk, sommige dendrieten bestaan ​​volledig uit dit "dode" lithium. Hoewel zowel dendrieten als dood lithium de kracht van de batterij belemmeren, ze hebben elk een heel ander effect op de anode. Omdat de morfologie in beide gevallen hetzelfde is, het was voorheen niet mogelijk om ze te onderscheiden met conventionele microscopietechnieken.

Om de ongewenste processen die optreden bij lithiumanoden beter te begrijpen, onderzoekers die werken met Shougang Chen, Shanmu Dong, en Guanglei Cui aan de Chinese Academie van Wetenschappen en de Ocean University of China in Qingdao (China), hebben nu een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee ze de verdeling van actieve lithiumsoorten op het oppervlak van de anode kunnen analyseren en onderscheid kunnen maken tussen lithiumdendrieten en bijproducten.

De oppervlakken van gebruikte lithiumanoden zijn gecoat met een fluorescerende kleurstof genaamd 9, 10-dimethylantraceen (DMA). Lithium reageert met DMA, het uitdoven van zijn fluorescentie. Gebieden met actief lithium lijken daardoor donker, terwijl gebieden met inactieve lithiumsoorten blijven fluoresceren. De morfologie van de anode wordt niet beïnvloed.

Om lithium-metaalbatterijen veilig te gebruiken, het is erg belangrijk om de oorzaken van mogelijk gevaarlijke storingen te identificeren. Met deze nieuwe methode het is mogelijk om dendrieten te detecteren die hebben geleid tot het falen van een lithiumbatterij. Bij de ontwikkeling van nieuwe batterijen, deze techniek helpt ook bij het zoeken naar betere elektrolyten en geeft voorspellingen over de onregelmatige afzetting van lithium. Het identificeren van de locaties waar lithiumdendrieten bij voorkeur worden gevormd, kan helpen om de structuur van nieuwe batterijen te optimaliseren.