Ang mga rechargeable na lithium ion na baterya ay ginagamit upang paganahin ang maraming electronics sa ating pang-araw-araw na buhay, mula sa mga laptop at cellphone hanggang sa mga de-kuryenteng sasakyan.Ang mga baterya ng lithium ion sa merkado ngayon ay karaniwang umaasa sa isang likidong solusyon, na tinatawag na electrolyte, sa gitna ng cell.

Kapag pinapagana ng baterya ang isang device, lumilipat ang mga lithium ions mula sa dulong may negatibong charge, o anode, sa pamamagitan ng likidong electrolyte, patungo sa dulong may positibong charge, o cathode.Kapag ang baterya ay nire-recharge, ang mga ion ay dumadaloy sa kabilang direksyon mula sa cathode, sa pamamagitan ng electrolyte, patungo sa anode.

Ang mga bateryang Lithium ion na umaasa sa mga likidong electrolyte ay may malaking isyu sa kaligtasan: maaari silang masunog kapag na-overcharge o na-short circuit.Ang isang mas ligtas na alternatibo sa mga likidong electrolyte ay ang pagbuo ng baterya na gumagamit ng solidong electrolyte upang magdala ng mga lithium ions sa pagitan ng anode at cathode.

Gayunpaman, natuklasan ng mga nakaraang pag-aaral na ang isang solidong electrolyte ay humantong sa maliliit na paglaki ng metal, na tinatawag na mga dendrite, na bubuo sa anode habang nagcha-charge ang baterya.Ang mga dendrite na ito ay nag-short circuit sa mga baterya sa mababang agos, na ginagawa itong hindi magamit.

Ang paglaki ng dendrite ay nagsisimula sa maliliit na depekto sa electrolyte sa hangganan sa pagitan ng electrolyte at anode.Natuklasan kamakailan ng mga siyentipiko sa India ang isang paraan upang mapabagal ang paglaki ng dendrite.Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang manipis na metal na layer sa pagitan ng electrolyte at anode, maaari nilang pigilan ang mga dendrite sa paglaki sa anode.

Pinili ng mga siyentipiko na pag-aralan ang aluminyo at tungsten hangga't maaari ang mga metal upang mabuo ang manipis na metal na layer na ito.Ito ay dahil hindi aluminyo o tungsten mix, o haluang metal, na may lithium.Naniniwala ang mga siyentipiko na mababawasan nito ang posibilidad na magkaroon ng mga depekto sa lithium.Kung ang metal na pinili ay ginawang haluang metal na may lithium, ang maliliit na halaga ng lithium ay maaaring lumipat sa layer ng metal sa paglipas ng panahon.Mag-iiwan ito ng isang uri ng depekto na tinatawag na void sa lithium kung saan maaaring mabuo ang isang dendrite.

Upang masubukan ang pagiging epektibo ng metallic layer, tatlong uri ng mga baterya ang binuo: isa na may manipis na layer ng aluminyo sa pagitan ng lithium anode at solid electrolyte, isa na may manipis na layer ng tungsten, at isa na walang metal na layer.

Bago subukan ang mga baterya, gumamit ang mga siyentipiko ng high powered microscope, na tinatawag na scanning electron microscope, upang tingnang mabuti ang hangganan sa pagitan ng anode at electrolyte.Nakakita sila ng maliliit na puwang at butas sa sample na walang metal na layer, na binabanggit na ang mga bahid na ito ay malamang na mga lugar para sa mga dendrite na tumubo.Parehong ang mga baterya na may aluminyo at tungsten layer ay mukhang makinis at tuloy-tuloy.

Sa unang eksperimento, isang patuloy na electric current ang umiikot sa bawat baterya sa loob ng 24 na oras.Ang baterya na walang metal na layer ay nag-short circuit at nabigo sa loob ng unang 9 na oras, malamang dahil sa paglaki ng dendrite.Wala alinman sa baterya na may aluminyo o tungsten ang nabigo sa unang eksperimentong ito.

Upang matukoy kung aling layer ng metal ang mas mahusay na huminto sa paglaki ng dendrite, isa pang eksperimento ang isinagawa sa mga sample ng aluminyo at tungsten layer lamang.Sa eksperimentong ito, ang mga baterya ay na-cycle sa pamamagitan ng pagtaas ng kasalukuyang densidad, simula sa kasalukuyang ginamit sa nakaraang eksperimento at pagtaas ng maliit na halaga sa bawat hakbang.

Ang kasalukuyang density kung saan nag-short circuit ang baterya ay pinaniniwalaan na ang kritikal na density ng kasalukuyang para sa paglaki ng dendrite.Ang baterya na may aluminum layer ay nabigo sa tatlong beses sa panimulang kasalukuyang, at ang baterya na may isang tungsten layer ay nabigo sa higit sa limang beses sa panimulang kasalukuyang.Ang eksperimentong ito ay nagpapakita na ang tungsten ay lumampas sa aluminyo.

Muli, gumamit ang mga siyentipiko ng isang scanning electron microscope upang siyasatin ang hangganan sa pagitan ng anode at electrolyte.Nakita nila na nagsimulang mabuo ang mga void sa layer ng metal sa dalawang-katlo ng kritikal na kasalukuyang densidad na sinusukat sa nakaraang eksperimento.Gayunpaman, ang mga voids ay hindi naroroon sa isang ikatlo ng kritikal na kasalukuyang density.Kinumpirma nito na ang void formation ay nagpapatuloy sa paglaki ng dendrite.

Ang mga siyentipiko pagkatapos ay nagpatakbo ng mga kalkulasyon ng computational upang maunawaan kung paano nakikipag-ugnayan ang lithium sa mga metal na ito, gamit ang nalalaman natin tungkol sa kung paano tumutugon ang tungsten at aluminyo sa mga pagbabago sa enerhiya at temperatura.Ipinakita nila na ang mga layer ng aluminyo ay talagang may mas mataas na posibilidad para sa pagbuo ng mga voids kapag nakikipag-ugnayan sa lithium.Ang paggamit ng mga kalkulasyong ito ay magpapadali sa pagpili ng isa pang uri ng metal na susuriin sa hinaharap.

Ang pag-aaral na ito ay nagpakita na ang mga solidong electrolyte na baterya ay mas maaasahan kapag ang isang manipis na metal na layer ay idinagdag sa pagitan ng electrolyte at anode.Ipinakita din ng mga siyentipiko na ang pagpili ng isang metal kaysa sa isa pa, sa kasong ito, ang tungsten sa halip na aluminyo, ay maaaring magpatagal ng mga baterya.Ang pagpapahusay sa pagganap ng mga ganitong uri ng mga baterya ay magdadala sa kanila ng isang hakbang na mas malapit sa pagpapalit ng napaka-nasusunog na likidong electrolyte na mga baterya sa merkado ngayon.