Bateritë e ringarkueshme të joneve të litiumit përdoren për të fuqizuar shumë pajisje elektronike në jetën tonë të përditshme, nga laptopët dhe celularët te makinat elektrike.Bateritë e joneve të litiumit në treg sot zakonisht mbështeten në një zgjidhje të lëngshme, të quajtur elektrolit, në qendër të qelizës.

Kur bateria po fuqizon një pajisje, jonet e litiumit lëvizin nga fundi i ngarkuar negativisht, ose anoda, përmes elektrolitit të lëngshëm, në skajin ose katodën e ngarkuar pozitivisht.Kur bateria është duke u ringarkuar, jonet rrjedhin në drejtimin tjetër nga katoda, përmes elektrolitit, në anodë.

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

Megjithatë, studimet e mëparshme kanë zbuluar se një elektrolit i ngurtë çoi në rritje të vogla metalike, të quajtura dendrite, që do të grumbulloheshin në anodë ndërsa bateria po ngarkohej.Këto dendrite qarkojnë bateritë me rryma të ulëta, duke i bërë ato të papërdorshme.

Rritja e dendriteve fillon me defekte të vogla në elektrolit në kufirin midis elektrolitit dhe anodës.Shkencëtarët në Indi kanë zbuluar kohët e fundit një mënyrë për të ngadalësuar rritjen e dendriteve.Duke shtuar një shtresë të hollë metalike midis elektrolitit dhe anodës, ato 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 është për shkak se as alumini dhe as tungsteni nuk përzihen, apo aliazh, me litium.Shkencëtarët besonin se kjo do të ulte gjasat e formimit të defekteve në litium.Nëse metali i zgjedhur është aliazh me litium, sasi të vogla të litiumit mund të lëvizin në shtresën metalike me kalimin e kohës.Kjo do të linte një lloj të mete të quajtur zbrazëti në litium ku më pas mund të formohej një dendrit.

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

Para testimit të baterive, 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 në dukje se këto të meta janë vende të mundshme për rritjen e dendriteve.Të dy 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 ka qarkulluar të shkurtër dhe ka dështuar brenda 9 orëve të para, me gjasë për shkak të rritjes së dendritit.As bateria me alumin ose tungsten nuk dështoi në këtë eksperiment fillestar.

Për të përcaktuar se cila shtresë metalike ishte më e mirë në ndalimin e rritjes së dendritit, një eksperiment tjetër u krye vetëm në mostrat e shtresës së aluminit dhe tungstenit.Në këtë eksperiment, bateritë u qarkulluan përmes rritjes së densitetit të rrymës, 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 lidhej me qark të shkurtër besohej të ishte densiteti kritik i rrymës për rritjen e dendriteve.Bateria me një shtresë alumini dështoi në trefishin e rrymës fillestare, dhe bateria me një shtresë tungsteni dështoi në mbi pesë herë rrymën fillestare.Ky eksperiment tregon se tungsteni ia kalonte aluminit.

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

Shkencëtarët më pas kryen llogaritjet llogaritëse për të kuptuar se si litiumi ndërvepron 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 probabilitet më të lartë për zhvillimin e zbrazëtirave kur ndërveprojnë me litium.Përdorimi i këtyre llogaritjeve do ta bënte më të lehtë zgjedhjen e një lloji tjetër metali për të testuar në të ardhmen.

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