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

Kapag pinapagana ng baterya ang isang aparato, ang mga lithium ion ay lumilipat mula sa negatibong kargadong dulo, o anode, sa pamamagitan ng likidong electrolyte, patungo sa positibong kargadong dulo, 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 magliyab kapag na-overcharge o na-short circuit. Ang isang mas ligtas na alternatibo sa mga likidong electrolyte ay ang paggawa ng baterya na gumagamit ng solidong electrolyte upang magdala ng mga lithium ion sa pagitan ng anode at cathode.

Gayunpaman, natuklasan ng mga nakaraang pag-aaral na ang isang solidong electrolyte ay humantong sa maliliit na metal na pagtubo, na tinatawag na mga dendrite, na naipon sa anode habang nagcha-charge ang baterya. Ang mga dendrite na ito ay nagpapaikli sa mga baterya sa mababang kuryente, na nagiging dahilan upang hindi magamit ang mga ito.

Nagsisimula ang paglaki ng dendrite sa maliliit na depekto sa electrolyte sa hangganan sa pagitan ng electrolyte at anode. Kamakailan ay natuklasan ng mga siyentipiko sa India ang isang paraan upang mapabagal ang paglaki ng dendrite. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng manipis na metalikong patong sa pagitan ng electrolyte at anode, mapipigilan nila ang paglaki ng mga dendrite papasok sa anode.

Pinili ng mga siyentipiko na pag-aralan ang aluminyo at tungsten bilang mga posibleng metal upang mabuo ang manipis na metalikong patong na ito. Ito ay dahil hindi hinahalo ng aluminyo o tungsten, o haluang metal, ang lithium. Naniniwala ang mga siyentipiko na mababawasan nito ang posibilidad ng pagbuo ng mga depekto sa lithium. Kung ang metal na napili ay gagawa ng haluang metal na may lithium, ang kaunting lithium ay maaaring lumipat sa patong 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 bisa ng metalikong patong, tatlong uri ng baterya ang binuo: isa na may manipis na patong ng aluminyo sa pagitan ng lithium anode at ng solidong electrolyte, isa na may manipis na patong ng tungsten, at isa na walang metalikong patong.

Bago subukan ang mga baterya, gumamit ang mga siyentipiko ng isang high-powered microscope, na tinatawag na scanning electron microscope, upang masusing tingnan ang hangganan sa pagitan ng anode at electrolyte. Nakakita sila ng maliliit na puwang at butas sa sample na walang metallic layer, at napansin na ang mga depektong ito ay malamang na mga lugar para tumubo ang mga dendrite. Ang parehong baterya na may mga layer ng aluminum at tungsten ay mukhang makinis at tuluy-tuloy.

Sa unang eksperimento, isang pare-parehong kuryente ang dumaan sa bawat baterya sa loob ng 24 na oras. Ang bateryang walang metalikong patong ay nag-short circuit at nasira sa loob ng unang 9 na oras, malamang dahil sa paglaki ng dendrite. Walang bateryang may aluminyo o tungsten ang nasira sa unang eksperimentong ito.

Upang matukoy kung aling metal layer ang mas mahusay sa pagpigil sa paglaki ng dendrite, isa pang eksperimento ang isinagawa sa mga sample lamang ng aluminum at tungsten layer. Sa eksperimentong ito, ang mga baterya ay pinaikot sa pagtaas ng densidad ng kuryente, simula sa kuryenteng ginamit sa nakaraang eksperimento at bahagyang tumataas sa bawat hakbang.

Ang densidad ng kuryente kung saan nag-short circuit ang baterya ay pinaniniwalaang siyang kritikal na densidad ng kuryente para sa paglaki ng dendrite. Ang baterya na may patong na aluminyo ay nabigo nang tatlong beses ang panimulang kuryente, at ang baterya na may patong na tungsten ay nabigo nang mahigit limang beses ang panimulang kuryente. Ipinapakita ng eksperimentong ito na mas mahusay ang tungsten kaysa sa aluminyo.

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

Pagkatapos, nagsagawa ang mga siyentipiko ng mga kalkulasyon 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 patong ng aluminyo ay talagang may mas mataas na posibilidad na magkaroon ng mga voids kapag nakikipag-ugnayan sa lithium. Ang paggamit ng mga kalkulasyong ito ay magpapadali sa pagpili ng ibang uri ng metal na susubukan sa hinaharap.

Ipinakita ng pag-aaral na ito na ang mga solidong electrolyte na baterya ay mas maaasahan kapag ang isang manipis na metalikong patong ay idinagdag sa pagitan ng electrolyte at anode. Ipinakita rin ng mga siyentipiko na ang pagpili ng isang metal kaysa sa iba, sa kasong ito ay tungsten sa halip na aluminyo, ay maaaring magpatagal pa ng mga baterya. Ang pagpapabuti ng pagganap ng mga ganitong uri ng baterya ay magdadala sa kanila ng isang hakbang na mas malapit sa pagpapalit ng mga highly flammable liquid electrolyte na baterya na nasa merkado ngayon.