Пуњиве литијум-јонске батерије се користе за напајање многих електроника у нашем свакодневном животу, од лаптопова и мобилних телефона до електричних аутомобила.Литијум-јонске батерије на тржишту данас се обично ослањају на течни раствор, назван електролит, у центру ћелије.

Када батерија напаја уређај, литијум јони се крећу од негативно наелектрисаног краја, или аноде, преко течног електролита, до позитивно наелектрисаног краја или катоде.Када се батерија пуни, јони теку у другом правцу од катоде, преко електролита, до аноде.

Литијум-јонске батерије које се ослањају на течне електролите имају велики безбедносни проблем: могу се запалити када су пренапуњене или кратко спојене.Сигурнија алтернатива течним електролитима је изградња батерије која користи чврсти електролит за ношење литијум јона између аноде и катоде.

Међутим, претходне студије су откриле да је чврст електролит довео до малих металних израслина, званих дендрити, који би се накупили на аноди док се батерија пунила.Ови дендрити кратко спајају батерије при малим струјама, чинећи их неупотребљивим.

Раст дендрита почиње код малих недостатака у електролиту на граници између електролита и аноде.Научници у Индији су недавно открили начин за успоравање раста дендрита.Додавањем танког металног слоја између електролита и аноде, они могу зауставити раст дендрита у аноду.

Научници су одабрали да проучавају алуминијум и волфрам као могуће метале за изградњу овог танког металног слоја.То је зато што се ни алуминијум ни волфрам не мешају, или легура, са литијумом.Научници су веровали да ће то смањити вероватноћу стварања недостатака у литијуму.Ако је одабрани метал легиран са литијумом, мале количине литијума би се временом могле померити у метални слој.Ово би оставило неку врсту мане која се зове празнина у литијуму где би се потом могао формирати дендрит.

Да би се тестирала ефикасност металног слоја, састављена су три типа батерија: једна са танким слојем алуминијума између литијумске аноде и чврстог електролита, једна са танким слојем волфрама и једна без металног слоја.

Пре тестирања батерија, научници су користили микроскоп велике снаге, назван скенирајући електронски микроскоп, да пажљиво погледају границу између аноде и електролита.Видели су мале празнине и рупе у узорку без металног слоја, напомињући да су ове мане вероватно места за раст дендрита.Обе батерије са слојевима алуминијума и волфрама изгледале су глатко и континуирано.

У првом експерименту, константна електрична струја је пролазила кроз сваку батерију током 24 сата.Батерија без металног слоја је кратко спојена и отказала је у првих 9 сати, вероватно због раста дендрита.Ни батерија са алуминијумом или волфрамом није успела у овом почетном експерименту.

Да би се утврдило који метални слој је бољи у заустављању раста дендрита, изведен је још један експеримент само на узорцима слоја алуминијума и волфрама.У овом експерименту, батерије су се кретале кроз повећање густине струје, почевши од струје коришћене у претходном експерименту и повећавајући се за малу количину у сваком кораку.

Веровало се да је густина струје при којој је батерија кратко спојена критична густина струје за раст дендрита.Батерија са алуминијумским слојем је отказала при три пута већој почетној струји, а батерија са слојем волфрама је отказала при преко пет пута већој почетној струји.Овај експеримент показује да је волфрам надмашио алуминијум.

Опет, научници су користили скенирајући електронски микроскоп да прегледају границу између аноде и електролита.Видели су да су празнине почеле да се формирају у металном слоју на две трећине критичне густине струје измерене у претходном експерименту.Међутим, празнине нису биле присутне на једној трећини критичне густине струје.Ово је потврдило да формирање шупљина наставља раст дендрита.

Научници су затим извршили рачунарске прорачуне да би разумели како литијум реагује са овим металима, користећи оно што знамо о томе како волфрам и алуминијум реагују на промене енергије и температуре.Они су показали да алуминијумски слојеви заиста имају већу вероватноћу за развој шупљина при интеракцији са литијумом.Коришћење ових прорачуна би олакшало одабир друге врсте метала за тестирање у будућности.

Ова студија је показала да су батерије са чврстим електролитом поузданије када се између електролита и аноде дода танак метални слој.Научници су такође показали да би одабир једног метала уместо другог, у овом случају волфрама уместо алуминијума, могао да продужи трајање батерија.Побољшање перформанси ових типова батерија ће их довести корак ближе замени батерија са лако запаљивим течним електролитом на данашњем тржишту.