Een doorbraak in het National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University, onthult het mechanisme achter dendrietvorming in solid-state batterijen, een belangrijke oorzaak van kortsluiting en defecten. Het onderzoek, gepubliceerd in *Nature Materials*, onder leiding van professor Yan-Yan Hu, biedt ongekend inzicht in dit fenomeen.
Met behulp van een op maat gemaakte probe en het magnetic resonance imaging (MRI) systeem van MagLab visualiseerden onderzoekers de dendrietgroei tijdens het laden en ontladen van de batterij. Solid-state batterijen, die vaste elektrolyten gebruiken in plaats van vloeistoffen, beloven een hogere energiedichtheid en verbeterde veiligheid in vergelijking met conventionele lithium-ionbatterijen. Dendrietvorming, waarbij metalen lithiumnaalden groeien en de batterij kortsluiten, heeft echter hun ontwikkeling belemmerd.
Het team ontdekte dat dendrieten zowel aan het elektrode-elektrolyt grensvlak als in de vaste elektrolyt zelf ontstaan. Deze naalden vertakken en verbinden zich vervolgens, wat leidt tot batterijfalen. "We hebben nu een uitgebreid begrip van hoe deze dendrieten kunnen vormen, groeien en evolueren", aldus afgestudeerde student Yudan Chen, een van de hoofdauteurs.
Professor Sam Grant, directeur van het MRI-programma van MagLab, benadrukte de rol van hoogveldmagneten bij het analyseren van lithium, waardoor beeldvorming mogelijk is die bij lagere velden niet toegankelijk is. De bevindingen bieden een pad naar het ontwerpen van betrouwbaardere solid-state batterijen voor elektrische voertuigen, medische apparatuur en hernieuwbare energiesystemen. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het voorkomen van dendrietophoping door materiaalmodificaties en interface-re-engineering, waarbij magnetische resonantietechnieken dienen als een evaluatie toolkit.