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

Apabila bateri sedang 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 yang bertentangan dari katod, melalui elektrolit, ke anod.

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

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

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

Para saintis memilih untuk mengkaji aluminium dan tungsten sebagai logam yang mungkin untuk membina lapisan logam nipis ini. Ini kerana aluminium mahupun tungsten tidak bercampur, atau aloi, dengan litium. Para saintis percaya ini akan mengurangkan kemungkinan kecacatan terbentuk pada litium. Jika logam yang dipilih mengaloi 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 aluminium nipis di antara anod litium dan elektrolit pepejal, satu dengan lapisan tungsten nipis dan satu lagi tanpa lapisan logam.

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

Dalam eksperimen pertama, arus elektrik malar dialirkan melalui setiap bateri selama 24 jam. Bateri tanpa lapisan logam itu mengalami litar pintas dan gagal dalam tempoh 9 jam pertama, kemungkinan besar disebabkan oleh pertumbuhan dendrit. Bateri aluminium atau tungsten tidak gagal dalam eksperimen awal ini.

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

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

Sekali lagi, para saintis menggunakan mikroskop elektron imbasan 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 terdapat pada satu pertiga daripada ketumpatan arus kritikal. Ini mengesahkan bahawa pembentukan lompang memang meneruskan pertumbuhan dendrit.

Para saintis kemudian menjalankan pengiraan komputasi untuk memahami bagaimana litium berinteraksi dengan logam-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 pembentukan lompang apabila berinteraksi dengan litium. Menggunakan pengiraan ini akan memudahkan pemilihan jenis logam lain untuk diuji pada masa hadapan.

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