Reŝargeblaj litio-jonaj baterioj estas uzataj por funkciigi multajn elektronikaĵojn en nia ĉiutaga vivo, de tekokomputiloj kaj poŝtelefonoj ĝis elektraj aŭtoj. La litio-jonaj baterioj sur la merkato hodiaŭ tipe dependas de likva solvaĵo, nomata elektrolito, en la centro de la ĉelo.

Kiam la baterio funkciigas aparaton, litiaj jonoj moviĝas de la negative ŝargita fino, aŭ anodo, tra la likva elektrolito, al la pozitive ŝargita fino, aŭ katodo. Kiam la baterio reŝargiĝas, la jonoj fluas en la alia direkto de la katodo, tra la elektrolito, al la anodo.

Litiaj jonaj baterioj, kiuj dependas de likvaj elektrolitoj, havas gravan sekurecproblemon: ili povas ekbruli kiam troŝarĝitaj aŭ kurtcirkvitaj. Pli sekura alternativo al likvaj elektrolitoj estas konstrui baterion, kiu uzas solidan elektroliton por porti litiajn jonojn inter la anodo kaj katodo.

Tamen, antaŭaj studoj trovis, ke solida elektrolito kaŭzis malgrandajn metalajn kreskaĵojn, nomitajn dendritoj, kiuj amasiĝus sur la anodo dum la baterio ŝargiĝis. Ĉi tiuj dendritoj kurtcirkvitigas la bateriojn ĉe malaltaj kurentoj, igante ilin neuzeblaj.

Dendrita kresko komenciĝas ĉe malgrandaj difektoj en la elektrolito ĉe la limo inter elektrolito kaj anodo. Sciencistoj en Barato ĵus malkovris manieron malrapidigi dendritkreskon. 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. Tio estas ĉar nek aluminio nek volframo miksiĝas, aŭ alojiĝas, kun litio. La sciencistoj kredis, ke tio malpliigus la probablecon de difektoj formiĝantaj en la litio. Se la elektita metalo alojiĝus kun litio, malgrandaj kvantoj da litio povus moviĝi en la metalan tavolon laŭlonge de la tempo. Tio lasus specon de difekto nomata malpleno en la litio, kie dendrito povus tiam formiĝi.

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

Antaŭ ol testi la bateriojn, la sciencistoj uzis altpotencan mikroskopon, nomatan skana elektrona mikroskopo, por atente rigardi la limon inter anodo kaj elektrolito. Ili vidis malgrandajn interspacojn kaj truojn en la specimeno sen metala tavolo, notante, ke ĉi tiuj difektoj estas verŝajnaj lokoj por kresko de dendritoj. Ambaŭ baterioj kun aluminio- kaj volframo-tavoloj aspektis glataj kaj kontinuaj.

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

Por determini kiu metala tavolo pli bone haltigis dendritkreskon, alia eksperimento estis farita nur sur la aluminio- kaj volframo-tavolaj specimenoj. En ĉi tiu eksperimento, la baterioj estis ciklitaj tra kreskantaj kurentdensecoj, komencante ĉe la kurento uzita en la antaŭa eksperimento kaj pliiĝante je malgranda kvanto ĉe ĉiu paŝo.

La kurentdenseco, ĉe kiu la baterio kurtcirkvitis, estis konsiderata la kritika kurentdenseco por dendrita kresko. La baterio kun aluminiotavolo paneis je triobla startkurento, kaj la baterio kun volframotavolo paneis je pli ol kvinobla startkurento. 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 je du trionoj de la kritikaj kurentdensecoj mezuritaj en la antaŭa eksperimento. Tamen, malplenoj ne ĉeestis je unu triono de la kritika kurentdenseco. Ĉi tio konfirmis, ke malplenformado efektive daŭrigas dendritkreskon.

La sciencistoj poste efektivigis komputilajn kalkulojn por kompreni kiel litio interagas kun ĉi tiuj metaloj, uzante tion, kion ni scias pri kiel volframo kaj aluminio respondas al energiaj kaj temperaturŝanĝoj. Ili montris, ke aluminiotavoloj efektive havas pli altan probablecon de evoluo de malplenoj dum interagado kun litio. Uzi ĉi tiujn kalkulojn faciligus elekti alian tipon de metalo por testi en la estonteco.

Ĉi tiu studo montris, ke baterioj kun solida elektrolito estas pli fidindaj kiam maldika metala tavolo estas aldonita inter la elektrolito kaj la anodo. La sciencistoj ankaŭ pruvis, ke elekti unu metalon anstataŭ alia, en ĉi tiu kazo volframo anstataŭ aluminio, povus igi bateriojn daŭri eĉ pli longe. Plibonigi la rendimenton de ĉi tiuj specoj de baterioj alportos ilin unu paŝon pli proksimen al anstataŭigo de la tre brulemaj likva-elektrolitaj baterioj sur la merkato hodiaŭ.