Batterier med metalliska litiumanoder erbjuder förbättrad effektivitet jämfört med konventionella litiumjonbatterier på grund av deras högre kapacitet. Dock, säkerhetsproblem och en kort livslängd står i vägen. För att bättre analysera orsakerna till funktionsfel och för tidigt fel på sådana batterier, forskare har utvecklat en teknik som visualiserar fördelningen av aktivt litium på anoden och skiljer mellan dendriter och "dött" litium. Som rapporterats i tidningen Angewandte Chemie , tekniken använder sig av ett fluorescerande färgämne.

När ett litiumanodbatteri laddas ur, anoden släpper ut elektroner till kretsen och positivt laddade litiumjoner till elektrolyten. När batteriet laddas om, denna process är omvänd, deponera litium tillbaka på anoden. Tyvärr, avsättningen är inte enhetlig och kan leda till bildandet av grenade strukturer som kallas dendriter, som kan bli så stora att de orsakar kortslutning. Dessutom, deras högre yta ökar oönskade sidoreaktioner mellan litium och komponenterna i elektrolyten, vilket inaktiverar litium. I slutet, vissa dendriter består helt av detta "döda" litium. Även om både dendriter och dött litium hindrar batteriets kraft, de har var och en helt olika effekt på anoden. Eftersom morfologin är densamma i båda fallen, det har tidigare inte varit möjligt att skilja mellan dem med konventionella mikroskopitekniker.

För att bättre förstå de oönskade processerna som inträffar vid litiumanoder, forskare som arbetar med Shougang Chen, Shanmu Dong, och Guanglei Cui vid den kinesiska vetenskapsakademin och Ocean University of China i Qingdao (Kina), har nu utvecklat en ny teknik som tillåter dem att analysera fördelningen av aktiva litiumarter på anodens yta och att skilja mellan litiumdendriter och biprodukter.

Ytorna på använda litiumanoder är belagda med ett fluorescerande färgämne som kallas 9, 10-dimetylantracen (DMA). Litium reagerar med DMA, släcker dess fluorescens. Områden med aktivt litium verkar därför mörka, medan områden med inaktiva litiumarter fortsätter att fluorescera. Anodens morfologi påverkas inte.

För att litiummetallbatterier ska användas säkert, det är mycket viktigt att identifiera orsakerna till potentiellt farliga funktionsfel. Med denna nya metod, det är möjligt att upptäcka dendriter som har lett till att ett litiumbatteri har gått sönder. Vid utvecklingen av nya batterier, denna teknik underlättar också sökandet efter bättre elektrolyter och ger förutsägelser om den oregelbundna avsättningen av litium. Att identifiera de platser där litiumdendriter företrädesvis bildas kan hjälpa till att optimera strukturen hos nya batterier.