Ŝargeblaj litiojonaj baterioj estas uzataj por funkciigi multajn elektronikojn en nia ĉiutaga vivo, de tekkomputiloj kaj poŝtelefonoj ĝis elektraj aŭtoj.La litiojonaj kuirilaroj sur la merkato hodiaŭ kutime dependas de likva solvo, nomata elektrolito, en la centro de la ĉelo.

Kiam la baterio funkciigas aparaton, litiojonoj moviĝas de la negative ŝargita fino, aŭ anodo, tra la likva elektrolito, al la pozitive ŝargita fino, aŭ katodo.Kiam la baterio estas reŝargita, la jonoj fluas la alian direkton de la katodo, tra la elektrolito, al la anodo.

Litijonaj kuirilaroj kiuj dependas de likvaj elektrolitoj havas gravan sekurecan problemon: ili povas ekbruligi kiam troŝargitaj aŭ fuŝkontaktitaj.Pli sekura alternativo al likvaj elektrolitoj estas konstrui baterion, kiu uzas solidan elektroliton por porti litiojonojn inter la anodo kaj katodo.

Tamen, antaŭaj studoj trovis ke solida elektrolito kaŭzis malgrandajn metalajn kreskojn, nomitajn dendritoj, kiuj konstruus sur la anodo dum la baterio ŝargis.Tiuj dendritoj fuŝkontaktigas la bateriojn ĉe malaltaj fluoj, igante ilin neuzeblaj.

Dendritkresko komenciĝas ĉe malgrandaj difektoj en la elektrolito ĉe la limo inter elektrolito kaj anodo.Sciencistoj en Hindio lastatempe malkovris manieron malrapidigi dendrita kreskon.Aldonante maldikan metalan tavolon inter elektrolito kaj anodo, ili povas malhelpi dendritojn kreski en la anodon.

La sciencistoj elektis studi aluminion kaj volframon kiel eblajn metalojn por konstrui ĉi tiun maldikan metalan tavolon.Ĉi tio estas ĉar nek aluminio nek volframo miksas, aŭ alojo, kun litio.La sciencistoj kredis, ke tio malaltigus la verŝajnecon de difektoj formiĝantaj en la litio.Se la metalo elektita faris alojon kun litio, malgrandaj kvantoj de litio povus moviĝi en la metaltavolon dum tempo.Tio lasus specon de difekto nomita malpleno en la litio kie dendrito tiam povus formiĝi.

Por testi la efikecon de la metala tavolo, tri specoj de baterioj estis kunvenitaj: unu kun maldika tavolo de aluminio inter litia anodo kaj la solida elektrolito, unu kun maldika tavolo de volframo, kaj unu kun neniu metala tavolo.

Antaŭ testado de la baterioj, la sciencistoj uzis alt-motoran mikroskopon, nomitan skana elektrona mikroskopo, por rigardi atente la limon inter anodo kaj elektrolito.Ili vidis malgrandajn interspacojn kaj truojn en la specimeno sen metala tavolo, rimarkante, ke ĉi tiuj difektoj estas verŝajnaj lokoj por kreski dendritoj.Ambaŭ la kuirilaroj kun tavoloj de aluminio kaj volframo aspektis glataj kaj kontinuaj.

En la unua eksperimento, konstanta elektra kurento estis biciklita tra ĉiu baterio dum 24 horoj.La baterio sen metala tavolo fuŝkontaktis kaj malsukcesis ene de la unuaj 9 horoj, verŝajne pro dendrita kresko.Nek baterio kun aluminio aŭ volframo malsukcesis en ĉi tiu komenca eksperimento.

Por determini kiu metaltavolo estis pli bona ĉe ĉesigado de dendrita kresko, alia eksperimento estis farita sur nur la aluminio kaj volframtavolprovaĵoj.En ĉi tiu eksperimento, la baterioj estis cirkulitaj tra kreskantaj kurentdensecoj, komencante ĉe la fluo uzita en la antaŭa eksperimento kaj pliiĝante je malgranda kvanto ĉe ĉiu paŝo.

La nuna denseco ĉe kiu la baterio fuŝkontaktis verŝajne estis la kritika nuna denseco por dendritkresko.La baterio kun aluminiotavolo malsukcesis je trioble la ekfluo, kaj la baterio kun volframa tavolo malsukcesis je pli ol kvinoble la ekfluo.Ĉi tiu eksperimento montras, ke volframo superis aluminion.

Denove, la sciencistoj uzis skanan elektronan mikroskopon por inspekti la limon inter anodo kaj elektrolito.Ili vidis, ke malplenoj komencis formiĝi en la metala tavolo ĉe du trionoj de la kritikaj kurentdensecoj mezuritaj en la antaŭa eksperimento.Tamen, malplenoj ne ĉeestis ĉe unu triono de la kritika nuna denseco.Tio konfirmis ke malplenformado daŭrigas dendrita kreskon.

La sciencistoj tiam prizorgis komputilajn kalkulojn por kompreni kiel litio interagas kun ĉi tiuj metaloj, uzante kion ni scias pri kiel volframo kaj aluminio respondas al energio kaj temperaturŝanĝoj.Ili pruvis, ke aluminiaj tavoloj ja havas pli altan verŝajnecon por disvolviĝo de malplenoj dum interagado kun litio.Uzi ĉi tiujn kalkulojn plifaciligus elekti alian specon de metalo por testi estonte.

Ĉi tiu studo montris, ke solidaj elektrolitbaterioj estas pli fidindaj kiam maldika metala tavolo estas aldonita inter elektrolito kaj anodo.La sciencistoj ankaŭ pruvis, ke elekti unu metalon super alia, ĉi-kaze volframo anstataŭ aluminio, povus igi la bateriojn daŭri eĉ pli longe.Plibonigi la agadon de ĉi tiuj specoj de kuirilaroj alportos ilin unu paŝon pli proksime al anstataŭigi la tre brulemajn likvajn elektrolitajn kuirilarojn sur la merkato hodiaŭ.