Bateritë e rikarikueshme me jon litiumi përdoren për të furnizuar me energji shumë pajisje elektronike në jetën tonë të përditshme, nga laptopët dhe telefonat celularë deri te makinat elektrike. Bateritë me jon litiumi në treg sot zakonisht mbështeten në një tretësirë ​​të lëngshme, të quajtur elektrolit, në qendër të qelizës.

Kur bateria furnizon me energji një pajisje, jonet e litiumit lëvizin nga skaji i ngarkuar negativisht, ose anoda, përmes elektrolitit të lëngshëm, në skajin e ngarkuar pozitivisht, ose katoda. Kur bateria është duke u rimbushur, jonet rrjedhin në drejtimin e kundërt nga katoda, përmes elektrolitit, në anodë.

Bateritë me jon litiumi që mbështeten në elektrolite të lëngshme kanë një problem të madh sigurie: ato mund të marrin flakë kur mbingarkohen ose lidhen me qark të shkurtër. Një alternativë më e sigurt ndaj elektroliteve të lëngshme është ndërtimi i një baterie që përdor një elektrolit të ngurtë për të transportuar jonet e litiumit midis anodës dhe katodës.

Megjithatë, studimet e mëparshme kanë zbuluar se një elektrolit i ngurtë çonte në rritje të vogla metalike, të quajtura dendrite, që grumbulloheshin në anodë ndërsa bateria po karikohej. Këto dendrite shkaktojnë qark të shkurtër të baterive në rryma të ulëta, duke i bërë ato të papërdorshme.

Rritja e dendriteve fillon në të meta të vogla në elektrolit në kufirin midis elektrolitit dhe anodës. Shkencëtarët në Indi kanë zbuluar së fundmi një mënyrë për të ngadalësuar rritjen e dendriteve. Duke shtuar një shtresë të hollë metalike midis elektrolitit dhe anodës, ata mund të ndalojnë rritjen e dendriteve në anodë.

Shkencëtarët zgjodhën të studionin aluminin dhe tungstenin si metale të mundshme për të ndërtuar këtë shtresë të hollë metalike. Kjo ndodh sepse as alumini dhe as tungsteni nuk përzihen, ose nuk lidhen, me litiumin. Shkencëtarët besonin se kjo do të ulte mundësinë e formimit të defekteve në litium. Nëse metali i zgjedhur do të lidhej me litium, sasi të vogla litiumi mund të lëviznin në shtresën metalike me kalimin e kohës. Kjo do të linte një lloj defekti të quajtur boshllëk në litium, ku më pas mund të formohej një dendrit.

Për të testuar efektivitetin e shtresës metalike, u montuan tre lloje baterish: njëra me një shtresë të hollë alumini midis anodës së litiumit dhe elektrolitit të ngurtë, njëra me një shtresë të hollë tungsteni dhe njëra pa shtresë metalike.

Përpara se të testonin bateritë, shkencëtarët përdorën një mikroskop me fuqi të lartë, të quajtur mikroskop elektronik skanues, për të parë nga afër kufirin midis anodës dhe elektrolitit. Ata panë boshllëqe dhe vrima të vogla në mostër pa shtresë metalike, duke vënë re se këto të meta janë vende të mundshme për rritjen e dendriteve. Të dyja bateritë me shtresa alumini dhe tungsteni dukeshin të lëmuara dhe të vazhdueshme.

Në eksperimentin e parë, një rrymë elektrike konstante kaloi nëpër secilën bateri për 24 orë. Bateria pa shtresë metalike bëri qark të shkurtër dhe dështoi brenda 9 orëve të para, me shumë mundësi për shkak të rritjes së dendriteve. Asnjë bateri me alumin apo tungsten nuk dështoi në këtë eksperiment fillestar.

Për të përcaktuar se cila shtresë metalike ishte më e mirë në ndalimin e rritjes së dendriteve, u krye një eksperiment tjetër vetëm në mostrat e shtresave të aluminit dhe tungstenit. Në këtë eksperiment, bateritë u ciklizuan përmes dendësive të rrymës në rritje, duke filluar nga rryma e përdorur në eksperimentin e mëparshëm dhe duke u rritur me një sasi të vogël në çdo hap.

Dendësia e rrymës në të cilën bateria bëri qark të shkurtër besohej të ishte dendësia kritike e rrymës për rritjen e dendriteve. Bateria me një shtresë alumini dështoi në një rrymë fillestare tre herë më të madhe, dhe bateria me një shtresë tungsteni dështoi në një rrymë fillestare mbi pesë herë më të madhe. Ky eksperiment tregon se tungsteni performoi më mirë se alumini.

Përsëri, shkencëtarët përdorën një mikroskop elektronik skanues për të inspektuar kufirin midis anodës dhe elektrolitit. Ata panë se boshllëqet filluan të formoheshin në shtresën metalike në dy të tretat e dendësive kritike të rrymës të matura në eksperimentin e mëparshëm. Megjithatë, boshllëqet nuk ishin të pranishme në një të tretën e dendësisë kritike të rrymës. Kjo konfirmoi se formimi i boshllëqeve vazhdon me rritjen e dendriteve.

Shkencëtarët më pas kryen llogaritje llogaritëse për të kuptuar se si litiumi bashkëvepron me këto metale, duke përdorur atë që dimë se si tungsteni dhe alumini reagojnë ndaj ndryshimeve të energjisë dhe temperaturës. Ata demonstruan se shtresat e aluminit kanë me të vërtetë një gjasë më të lartë për zhvillimin e boshllëqeve kur bashkëveprojnë me litiumin. Përdorimi i këtyre llogaritjeve do ta bënte më të lehtë zgjedhjen e një lloji tjetër metali për ta testuar në të ardhmen.

Ky studim ka treguar se bateritë me elektrolit të ngurtë janë më të besueshme kur shtohet një shtresë e hollë metalike midis elektrolitit dhe anodës. Shkencëtarët gjithashtu demonstruan se zgjedhja e një metali mbi një tjetër, në këtë rast tungsteni në vend të aluminit, mund t'i bëjë bateritë të zgjasin edhe më shumë. Përmirësimi i performancës së këtyre llojeve të baterive do t'i çojë ato një hap më afër zëvendësimit të baterive me elektrolit të lëngshëm shumë të ndezshëm në treg sot.