Литиум-јонските батерии што се полнат се користат за напојување на многу електроника во нашиот секојдневен живот, од лаптопи и мобилни телефони до електрични автомобили.Литиум јонските батерии на пазарот денес обично се потпираат на течен раствор, наречен електролит, во центарот на ќелијата.

Кога батеријата напојува уред, јоните на литиум се движат од негативно наелектризираниот крај или анодата преку течниот електролит до позитивно наелектризираниот крај или катодата.Кога батеријата се полни, јоните течат во другата насока од катодата, преку електролитот, до анодата.

Литиум јонските батерии кои се потпираат на течни електролити имаат голем безбедносен проблем: тие можат да се запалат кога се преполнети или краток спој.Побезбедна алтернатива на течните електролити е да се изгради батерија која користи цврст електролит за да носи литиумски јони помеѓу анодата и катодата.

Сепак, претходните студии открија дека цврстиот електролит доведува до мали метални израстоци, наречени дендрити, кои би се насобрале на анодата додека батеријата се полни.Овие дендрити ги поврзуваат батериите при мали струи, што ги прави неупотребливи.

Растот на дендритите започнува со мали недостатоци во електролитот на границата помеѓу електролитот и анодата.Научниците во Индија неодамна открија начин да го забават растот на дендритите.Со додавање на тенок метален слој помеѓу електролитот и анодата, тие можат да го спречат растењето на дендритите во анодата.

Научниците избраа да го проучуваат алуминиумот и волфрамот како можни метали за да го изградат овој тенок метален слој.Тоа е затоа што ниту алуминиум ниту волфрам не се мешаат или легура со литиум.Научниците веруваа дека ова ќе ја намали веројатноста за појава на недостатоци во литиумот.Ако избраниот метал се легира со литиум, мали количини на литиум може да се преселат во металниот слој со текот на времето.Ова би оставило еден вид мана наречена празнина во литиумот каде потоа може да се формира дендрит.

Со цел да се тестира ефикасноста на металниот слој, беа собрани три типа на батерии: една со тенок слој од алуминиум помеѓу литиумската анода и цврстиот електролит, една со тенок слој од волфрам и една без метален слој.

Пред да ги тестираат батериите, научниците користеа микроскоп со голема моќност, наречен електронски микроскоп за скенирање, за внимателно да ја разгледаат границата помеѓу анодата и електролитот.Тие видоа мали празнини и дупки во примерокот без метален слој, забележувајќи дека овие недостатоци се веројатно места за растење на дендритите.И батериите со слоеви од алуминиум и волфрам изгледаа мазно и континуирано.

Во првиот експеримент, постојана електрична струја се вртеше низ секоја батерија 24 часа.Батеријата без метален слој се склопи и откажа во првите 9 часа, најверојатно поради растот на дендритите.Ниту батеријата со алуминиум или волфрам не успеа во овој првичен експеримент.

Со цел да се утврди кој метален слој е подобар за запирање на растот на дендритите, беше извршен уште еден експеримент само на примероците од алуминиум и волфрам слој.Во овој експеримент, батериите се циклираа преку зголемување на густината на струјата, почнувајќи од струјата користена во претходниот експеримент и зголемувајќи се за мала количина на секој чекор.

Се веруваше дека густината на струјата при која батеријата се поврза со краток спој е критичната густина на струјата за растот на дендритите.Батеријата со алуминиумски слој откажа три пати поголема од почетната струја, а батеријата со слој од волфрам откажа со над пет пати поголема од почетната струја.Овој експеримент покажува дека волфрамот го надминувал алуминиумот.

Повторно, научниците користеа електронски микроскоп за скенирање за да ја испитаат границата помеѓу анодата и електролитот.Тие видоа дека празнините почнаа да се формираат во металниот слој на две третини од критичната густина на струјата измерена во претходниот експеримент.Сепак, празнините не беа присутни на една третина од критичната густина на струјата.Ова потврди дека формирањето на празнини го продолжува растот на дендритите.

Научниците потоа извршија пресметки за да разберат како литиумот комуницира со овие метали, користејќи го она што го знаеме за тоа како волфрамот и алуминиумот реагираат на промените на енергијата и температурата.Тие покажаа дека алуминиумските слоеви навистина имаат поголема веројатност за развој на празнини при интеракција со литиум.Користењето на овие пресметки ќе го олесни изборот на друг вид метал за тестирање во иднина.

Оваа студија покажа дека батериите со цврст електролит се посигурни кога се додава тенок метален слој помеѓу електролитот и анодата.Научниците исто така покажаа дека изборот на еден метал над друг, во овој случај волфрам наместо алуминиум, може да направи батериите да траат уште подолго.Подобрувањето на перформансите на овие типови батерии ќе ги донесе еден чекор поблиску до замена на батериите со многу запаливи течни електролити на денешниот пазар.