Litio-ioizko bateria kargagarriak gure eguneroko bizitzan elektronika asko elikatzeko erabiltzen dira, ordenagailu eramangarrietatik eta mugikorretatik hasi eta auto elektrikoetaraino.Gaur egun merkatuan dauden litio ioizko pilek soluzio likido batean oinarritzen dira, elektrolito izenekoa, zelularen erdian.

Bateria gailu bat elikatzen ari denean, litio ioiak negatiboki kargatutako muturretik edo anodotik elektrolito likidotik positiboki kargatutako muturrera edo katodora mugitzen dira.Bateria kargatzen ari direnean, ioiak beste noranzkoan doaz katodotik, elektrolitoan zehar, anodora.

Elektrolito likidoetan oinarritzen diren litio ioizko pilek segurtasun arazo handi bat dute: gehiegi kargatzen direnean edo zirkuitulaburra egiten dutenean su har dezakete.Elektrolito likidoen alternatiba seguruagoa elektrolito solido bat erabiltzen duen bateria bat eraikitzea da, litio ioiak anodoaren eta katodoaren artean eramateko.

Hala ere, aurreko ikerketek aurkitu dute elektrolito solido batek hazkuntza metaliko txikiak eragiten zituela, dendrita izenekoak, bateria kargatzen ari zen bitartean anodoan eraikiko zirenak.Dendrita hauek bateriak zirkuitu laburtu egiten dituzte korronte baxuetan, erabilezin bihurtuz.

Dendriten hazkundea elektrolitoaren akats txikietan hasten da elektrolitoaren eta anodoaren arteko mugan.Indiako zientzialariek dendrita hazkuntza moteltzeko modu bat aurkitu dute duela gutxi.Elektrolitoaren eta anodoaren artean geruza metaliko mehe bat gehituz, dendritak anodoan haztea geldiarazi dezakete.

Zientzialariek aluminioa eta wolframioa metal posible gisa aztertzea aukeratu zuten geruza metaliko mehe hori eraikitzeko.Hau da, ez aluminioa, ez wolframioa, ez aleazioa, litioarekin nahasten direlako.Zientzialariek uste zuten horrek litioan akatsak sortzeko probabilitatea murriztuko zuela.Aukeratutako metalak litioarekin aleatuko balu, litio-kantitate txikiak denboran zehar metal-geruzara joan daitezke.Honek hutsune izeneko akats mota bat utziko luke litioan, non dendrita bat sor zitekeen.

Geruza metalikoaren eraginkortasuna probatzeko, hiru bateria-mota muntatu ziren: bata aluminiozko geruza mehe batekin litio-anodoaren eta elektrolito solidoaren artean, bestea wolframio-geruza mehe batekin eta bestea geruza metalikorik gabekoa.

Bateriak probatu aurretik, zientzialariek potentzia handiko mikroskopio bat erabili zuten, mikroskopio elektronikoa deitzen dena, anodoaren eta elektrolitoaren arteko muga gertutik aztertzeko.Laginean geruza metalikorik gabeko hutsune eta zulo txikiak ikusi zituzten, akats horiek dendritak hazteko lekuak direla ohartuz.Aluminiozko eta wolframioko geruzak zituzten bi bateriak leun eta jarraitua zuten.

Lehenengo esperimentuan, korronte elektriko konstante bat zirkulatzen zen bateria bakoitzean zehar 24 orduz.Geruza metalikorik gabeko bateria zirkuitulaburtu eta huts egin zuen lehen 9 orduetan, ziurrenik dendrita hazkuntzaren ondorioz.Aluminiozko edo wolframioko bateriak ez zuten huts egin hasierako esperimentu honetan.

Dendriten hazkuntza geldiarazteko zein metal-geruza zen hobeto zehazteko, beste esperimentu bat egin zen aluminio eta wolframio-geruzaren laginetan soilik.Esperimentu honetan, bateriak gero eta korronte dentsitateen bidez ziklatu ziren, aurreko esperimentuan erabilitako korrontetik hasi eta urrats bakoitzean kopuru txiki bat handituz.

Bateriaren zirkuitu laburrean dagoen korronte-dentsitatea dendrita hazteko korronte-dentsitate kritikoa zela uste zen.Aluminiozko geruza duen bateriak abiarazte-korrontearen hiru aldiz huts egin zuen, eta wolframio-geruza zuen bateriak abiarazte-korrontearen bost aldiz baino gehiagotan huts egin zuen.Esperimentu honek erakusten du wolframioak aluminioa gainditu zuela.

Berriz ere, zientzialariek mikroskopio elektronikoa erabili zuten anodoaren eta elektrolitoaren arteko muga aztertzeko.Aurreko esperimentuan neurtutako korronte dentsitate kritikoen bi herenean hutsuneak sortzen hasi zirela ikusi zuten metalezko geruzan.Hala ere, hutsuneak ez zeuden korronte dentsitate kritikoaren heren batean.Honek baieztatu zuen hutsuneen eraketak dendrita hazten jarraitzen duela.

Orduan, zientzialariek kalkulu konputazionalak egin zituzten litioak metal horiekin nola elkarreragiten duen ulertzeko, wolframioak eta aluminioak energia eta tenperatura aldaketei nola erantzuten dien jakiteko.Aluminiozko geruzek hutsuneak garatzeko probabilitate handiagoa dutela frogatu zuten litioarekin elkarreraginean.Kalkulu hauek erabiliz gero errazagoa izango litzateke beste metal mota bat aukeratzea etorkizunean probatzeko.

Ikerketa honek erakutsi du elektrolito solidoen bateriak fidagarriagoak direla elektrolitoaren eta anodoaren artean geruza metaliko mehe bat gehitzen denean.Zientzialariek frogatu zuten, halaber, metal bat beste bat aukeratzeak, kasu honetan tungstenoa aluminioaren ordez, bateriak are gehiago iraun dezakeela.Baterien errendimendua hobetzeak pauso bat gehiago hurbilduko ditu gaur egun merkatuan dauden elektrolito likido sukoiak diren bateriak ordezkatzera.