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

Када батерија напаја уређај, литијумови јони се крећу од негативно наелектрисаног краја, или аноде, кроз течни електролит, до позитивно наелектрисаног краја, или катоде. Када се батерија пуни, јони теку у супротном смеру од катоде, кроз електролит, до аноде.

Литијум-јонске батерије које се ослањају на течне електролите имају велики безбедносни проблем: могу се запалити када се препуне или дође до кратког споја. Безбеднија алтернатива течним електролитима је израда батерије која користи чврсти електролит за пренос литијумових јона између аноде и катоде.

Међутим, претходне студије су откриле да чврсти електролит доводи до малих металних израслина, названих дендрити, који се накупљају на аноди док се батерија пуни. Ови дендрити изазивају кратак спој батерија при малим струјама, чинећи их неупотребљивим.

Раст дендрита почиње на малим пукотинама у електролиту на граници између електролита и аноде. Научници у Индији су недавно открили начин да успоре раст дендрита. Додавањем танког металног слоја између електролита и аноде, могу спречити раст дендрита у аноду.

Научници су одлучили да проуче алуминијум и волфрам као могуће метале за изградњу овог танког металног слоја. То је зато што се ни алуминијум ни волфрам не мешају, односно не легирају, са литијумом. Научници су веровали да би то смањило вероватноћу стварања мана у литијуму. Ако би се изабрани метал легирао са литијумом, мале количине литијума би се временом могле померити у метални слој. Ово би оставило врсту мане која се назива празнина у литијуму где би се затим могао формирати дендрит.

Да би се тестирала ефикасност металног слоја, састављене су три врсте 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 снажни микроскоп, назван скенирајући електронски микроскоп, како би пажљиво испитали границу између аноде и електролита. Видели су мале празнине и рупе у узорку без металног слоја, приметивши да су те пукотине вероватно места за раст дендрита. И батерије са алуминијумским и волфрамовим слојевима изгледале су глатко и континуирано.

У првом експерименту, константна електрична струја је циклично пропуштана кроз сваку батерију током 24 сата. Батерија без металног слоја је доживела кратак спој и отказала у првих 9 сати, вероватно због раста дендрита. Ни батерија са алуминијумом нити са волфрамом није отказала у овом почетном експерименту.

Да би се утврдило који метални слој је бољи у заустављању раста дендрита, спроведен је још један експеримент само на узорцима слоја алуминијума и волфрама. У овом експерименту, батерије су циклично пропуштане кроз растуће 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 дошло до кратког споја батерије критична густина струје за раст дендрита. Батерија са слојем алуминијума отказала је при три пута већој почетној струји, а батерија са слојем волфрама отказала је при преко пет пута већој почетној струји. Овај експеримент показује да је волфрам био бољи од алуминијума.

Научници су поново користили скенирајући електронски микроскоп да би испитали границу између аноде и електролита. Видели су да су се шупљине почеле формирати у металном слоју на две трећине критичних густина струје измерених у претходном експерименту. Међутим, шупљине нису биле присутне на једној трећини критичне густине струје. Ово је потврдило да формирање шупљина заиста наставља раст дендрита.

Научници су затим спровели рачунарске прорачуне како би разумели како литијум интерагује са овим металима, користећи оно што знамо о томе како волфрам и алуминијум реагују на промене енергије и температуре. Показали су да слојеви алуминијума заиста имају већу вероватноћу за развој шупљина приликом интеракције са литијумом. Коришћење ових прорачуна би олакшало избор 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 избор једног метала у односу на други, у овом случају волфрама уместо алуминијума, може учинити батерије још трајнијим. Побољшање перформанси ових типова батерија ће их приближити замени лако запаљивих батерија са течним електролитом које су данас на тржишту.