Bateri litium ion boleh dicas semula digunakan untuk menggerakkan banyak elektronik dalam kehidupan seharian kita, daripada komputer riba dan telefon bimbit kepada kereta elektrik.Bateri litium ion di pasaran hari ini biasanya bergantung pada larutan cecair, dipanggil elektrolit, di tengah sel.

Apabila bateri menghidupkan peranti, ion litium bergerak dari hujung bercas negatif, atau anod, melalui elektrolit cecair, ke hujung bercas positif, atau katod.Apabila bateri sedang dicas semula, ion mengalir ke arah lain dari katod, melalui elektrolit, ke anod.

Bateri litium ion yang bergantung kepada elektrolit cecair mempunyai isu keselamatan utama: ia boleh terbakar apabila dicas berlebihan atau litar pintas.Alternatif yang lebih selamat kepada elektrolit cecair ialah membina bateri yang menggunakan elektrolit pepejal untuk membawa ion litium antara anod dan katod.

Walau bagaimanapun, kajian terdahulu mendapati bahawa elektrolit pepejal membawa kepada pertumbuhan logam kecil, dipanggil dendrit, yang akan terkumpul pada anod semasa bateri sedang dicas.Dendrit ini membuat litar pintas bateri pada arus rendah, menjadikannya tidak boleh digunakan.

Pertumbuhan dendrit bermula pada kecacatan kecil dalam elektrolit pada sempadan antara elektrolit dan anod.Para saintis di India baru-baru ini menemui cara untuk memperlahankan pertumbuhan dendrit.Dengan menambahkan lapisan logam nipis antara elektrolit dan anod, mereka boleh menghentikan dendrit daripada berkembang ke dalam anod.

Para saintis memilih untuk mengkaji aluminium dan tungsten sebagai logam yang mungkin untuk membina lapisan logam nipis ini.Ini kerana tiada campuran aluminium atau tungsten, atau aloi, dengan litium.Para saintis percaya ini akan mengurangkan kemungkinan kecacatan terbentuk dalam litium.Jika logam yang dipilih melakukan aloi dengan litium, sejumlah kecil litium boleh bergerak ke dalam lapisan logam dari semasa ke semasa.Ini akan meninggalkan sejenis kecacatan yang dipanggil lompang dalam litium di mana dendrit kemudiannya boleh terbentuk.

Untuk menguji keberkesanan lapisan logam, tiga jenis bateri telah dipasang: satu dengan lapisan nipis aluminium antara anod litium dan elektrolit pepejal, satu dengan lapisan nipis tungsten, dan satu tanpa lapisan logam.

Sebelum menguji bateri, saintis menggunakan mikroskop berkuasa tinggi, dipanggil mikroskop elektron pengimbasan, untuk melihat dengan teliti sempadan antara anod dan elektrolit.Mereka melihat jurang dan lubang kecil dalam sampel tanpa lapisan logam, dengan menyatakan bahawa kecacatan ini berkemungkinan tempat untuk dendrit berkembang.Kedua-dua bateri dengan lapisan aluminium dan tungsten kelihatan licin dan berterusan.

Dalam eksperimen pertama, arus elektrik yang berterusan dikitar melalui setiap bateri selama 24 jam.Bateri tanpa lapisan logam litar pintas dan gagal dalam 9 jam pertama, mungkin disebabkan oleh pertumbuhan dendrit.Bateri dengan aluminium atau tungsten tidak gagal dalam percubaan awal ini.

Untuk menentukan lapisan logam yang lebih baik untuk menghentikan pertumbuhan dendrit, satu lagi eksperimen dilakukan pada sampel lapisan aluminium dan tungsten sahaja.Dalam eksperimen ini, bateri telah dikitar melalui peningkatan ketumpatan arus, bermula pada arus yang digunakan dalam eksperimen sebelumnya dan meningkat dengan jumlah yang kecil pada setiap langkah.

Ketumpatan arus di mana litar pintas bateri dipercayai sebagai ketumpatan arus kritikal untuk pertumbuhan dendrit.Bateri dengan lapisan aluminium gagal pada tiga kali arus permulaan, dan bateri dengan lapisan tungsten gagal melebihi lima kali arus permulaan.Eksperimen ini menunjukkan bahawa tungsten mengatasi aluminium.

Sekali lagi, saintis menggunakan mikroskop elektron pengimbasan untuk memeriksa sempadan antara anod dan elektrolit.Mereka melihat bahawa lompang mula terbentuk dalam lapisan logam pada dua pertiga daripada ketumpatan arus kritikal yang diukur dalam eksperimen sebelumnya.Walau bagaimanapun, lompang tidak hadir pada satu pertiga daripada ketumpatan arus kritikal.Ini mengesahkan bahawa pembentukan lompang meneruskan pertumbuhan dendrit.

Para saintis kemudian menjalankan pengiraan pengiraan untuk memahami bagaimana litium berinteraksi dengan logam ini, menggunakan apa yang kita ketahui tentang bagaimana tungsten dan aluminium bertindak balas terhadap perubahan tenaga dan suhu.Mereka menunjukkan bahawa lapisan aluminium sememangnya mempunyai kemungkinan yang lebih tinggi untuk pembangunan lompang apabila berinteraksi dengan litium.Menggunakan pengiraan ini akan memudahkan anda memilih jenis logam lain untuk diuji pada masa hadapan.

Kajian ini telah menunjukkan bahawa bateri elektrolit pepejal lebih dipercayai apabila lapisan logam nipis ditambah antara elektrolit dan anod.Para saintis juga menunjukkan bahawa memilih satu logam daripada yang lain, dalam kes ini tungsten dan bukannya aluminium, boleh menjadikan bateri tahan lebih lama.Meningkatkan prestasi jenis bateri ini akan membawa mereka selangkah lebih dekat untuk menggantikan bateri elektrolit cecair yang sangat mudah terbakar di pasaran hari ini.