Litio ioizko bateria kargagarriak eguneroko bizitzan hainbat gailu elektroniko elikatzeko erabiltzen dira, ordenagailu eramangarrietatik eta telefono mugikorretatik hasi eta auto elektrikoetaraino. Gaur egun merkatuan dauden litio ioizko bateriek normalean zelularen erdian dagoen disoluzio likido batean oinarritzen dira, elektrolito izenekoan.

Bateria gailu bat elikatzen ari denean, litio ioiak karga negatiboa duen muturretik (anodoa) elektrolito likidoaren bidez karga positiboa duen muturrera (katodoa) mugitzen dira. Bateria kargatzen ari denean, ioiak kontrako noranzkoan isurtzen dira katodotik (elektrolitoa) anodora.

Elektrolito likidoetan oinarritutako litio ioizko bateriek segurtasun arazo larri bat dute: su hartu dezakete gehiegi kargatzen direnean edo zirkuitulabur bat egiten dutenean. Elektrolito likidoen alternatiba seguruagoa da anodoaren eta katodoaren artean litio ioiak eramateko elektrolito solido bat erabiltzen duen bateria bat eraikitzea.

Hala ere, aurreko ikerketek aurkitu dute elektrolito solido batek dendrita izeneko hazkuntza metaliko txikiak eragiten dituela, bateria kargatzen ari den bitartean anodoan pilatzen direnak. Dendrita hauek zirkuitulaburra eragiten diete bateriari korronte baxuetan, erabilezin bihurtuz.

Dendritaren hazkuntza elektrolitoaren eta anodoaren arteko mugan dagoen akats txikietan hasten da. Indiako zientzialariek dendritaren hazkuntza moteltzeko modu bat aurkitu berri dute. Elektrolitoaren eta anodoaren artean geruza metaliko fin bat gehituz, dendritak anodoan haztea eragotzi dezakete.

Zientzialariek aluminioa eta tungstenoa aztertzea aukeratu zuten geruza metaliko mehe hau eraikitzeko metal posible gisa. Hau horrela da, ez aluminioa ez tungstenoa ez direlako litioarekin nahasten edo aleatzen. Zientzialariek uste zuten horrek litioan akatsak sortzeko probabilitatea murriztuko zuela. Aukeratutako metala litioarekin aleatuko balitz, litio kantitate txikiak metal geruzara sartu ahal izango lirateke denborarekin. Horrek hutsune izeneko akats mota bat utziko luke litioan, non dendrita bat sor litekeen orduan.

Geruza metalikoaren eraginkortasuna probatzeko, hiru bateria mota muntatu ziren: bat litio anodoaren eta elektrolito solidoaren artean aluminiozko geruza mehe batekin, bat wolframiozko geruza mehe batekin eta bat geruza metalikorik gabe.

Bateriak probatu aurretik, zientzialariek mikroskopio elektroniko potentzial bat erabili zuten, eskaneatze-mikroskopio elektronikoa izenekoa, anodoaren eta elektrolitoaren arteko muga arretaz aztertzeko. Geruza metalikorik gabeko laginaren zulo eta hutsune txikiak ikusi zituzten, eta akats horiek dendritak hazteko lekuak direla ohartu ziren. Aluminiozko eta wolframiozko geruzak zituzten bi bateriek itxura leuna eta jarraitua zuten.

Lehenengo esperimentuan, korronte elektriko konstante bat ziklotu zen bateria bakoitzean 24 orduz. Geruza metalikorik gabeko bateriak zirkuitulabur bat izan zuen eta lehenengo 9 orduetan huts egin zuen, ziurrenik dendrita hazkuntzagatik. Aluminiozko edo tungstenozko bateriarik ez zen huts egin hasierako esperimentu honetan.

Dendrita hazkuntza geldiarazteko zein metal geruza zen hobea zehazteko, beste esperimentu bat egin zen aluminiozko eta tungsteno geruzen laginekin bakarrik. Esperimentu honetan, bateriak korronte-dentsitate gero eta handiagoak izan ziren zikloan, aurreko esperimentuan erabilitako korrontetik hasita eta urrats bakoitzean kopuru txiki bat handituz.

Bateriaren zirkuitulaburra gertatu zen korronte-dentsitatea dendrita hazkuntzarako korronte-dentsitate kritikoa zela uste zen. Aluminiozko geruza zuen bateria hasierako korrontearen hirukoitzan huts egin zuen, eta wolframiozko geruza zuen bateria hasierako korrontearen bost aldiz baino gehiagotan huts egin zuen. Esperimentu honek erakusten du wolframioak aluminioa baino hobeto funtzionatu zuela.

Berriz ere, zientzialariek eskaneatze-mikroskopio elektroniko bat erabili zuten anodoaren eta elektrolitoaren arteko muga aztertzeko. Ikusi zuten hutsuneak metal geruzan sortzen hasi zirela aurreko esperimentuan neurtutako korronte-dentsitate kritikoen bi herenetan. Hala ere, ez zegoen hutsunerik korronte-dentsitate kritikoaren heren batean. Horrek baieztatu zuen hutsuneen eraketak dendrita-hazkuntzarekin jarraitzen duela.

Zientzialariek kalkulu konputazionalak egin zituzten litioak metal hauekin nola elkarreragiten duen ulertzeko, tungstenoak eta aluminioak energia eta tenperatura aldaketei nola erantzuten dieten dakiguna erabiliz. Frogatu zuten aluminiozko geruzek hutsuneak garatzeko aukera handiagoa dutela litioarekin elkarreraginean. Kalkulu hauek erabiliz, errazagoa izango litzateke etorkizunean beste metal mota bat aukeratzea probatzeko.

Ikerketa honek erakutsi du elektrolito solidoko bateriak fidagarriagoak direla elektrolitoaren eta anodoaren artean geruza metaliko fin bat gehitzen denean. Zientzialariek ere frogatu dute metal bat beste baten gainetik aukeratzeak, kasu honetan aluminioaren ordez tungstenoa, bateriak are gehiago iraun ditzakeela. Bateria mota hauen errendimendua hobetzeak merkatuan dauden elektrolito likido sukoiak diren bateriak ordezkatzeko urrats bat gehiago emango ditu.