Les bateries recarregables d'ions de liti s'utilitzen per alimentar molts aparells electrònics a la nostra vida quotidiana, des d'ordinadors portàtils i telèfons mòbils fins a cotxes elèctrics.Les bateries d'ions de liti que hi ha al mercat avui en dia solen dependre d'una solució líquida, anomenada electròlit, al centre de la cèl·lula.

Quan la bateria està alimentant un dispositiu, els ions de liti es mouen des de l'extrem carregat negativament, o ànode, a través de l'electròlit líquid, fins a l'extrem carregat positivament o càtode.Quan es recarrega la bateria, els ions flueixen en l'altra direcció des del càtode, a través de l'electròlit, fins a l'ànode.

Les bateries d'ions de liti que depenen d'electròlits líquids tenen un problema de seguretat important: es poden incendiar quan es sobrecarreguen o es fan curtcircuits.Una alternativa més segura als electròlits líquids és construir una bateria que utilitzi un electròlit sòlid per transportar ions de liti entre l'ànode i el càtode.

Tanmateix, estudis anteriors han trobat que un electròlit sòlid va provocar petits creixements metàl·lics, anomenats dendrites, que s'acumularia a l'ànode mentre la bateria es carregava.Aquestes dendrites curtcircuita les bateries a corrents baixes, fent-les inutilitzables.

El creixement de la dendrita comença en petits defectes de l'electròlit al límit entre l'electròlit i l'ànode.Científics de l'Índia han descobert recentment una manera de frenar el creixement de les dendrites.En afegir una fina capa metàl·lica entre l'electròlit i l'ànode, poden evitar que les dendrites creixin a l'ànode.

Els científics van optar per estudiar l'alumini i el tungstè com a possibles metalls per construir aquesta fina capa metàl·lica.Això es deu al fet que ni l'alumini ni el tungstè es barregen, ni l'aliatge, amb el liti.Els científics creien que això reduiria la probabilitat que es formin defectes al liti.Si el metall escollit es va aliar amb liti, petites quantitats de liti podrien moure's a la capa metàl·lica amb el pas del temps.Això deixaria un tipus de defecte anomenat buit al liti on es podria formar una dendrita.

Per tal de provar l'eficàcia de la capa metàl·lica, es van muntar tres tipus de bateries: una amb una capa fina d'alumini entre l'ànode de liti i l'electròlit sòlid, una amb una capa fina de tungstè i una altra sense capa metàl·lica.

Abans de provar les bateries, els científics van utilitzar un microscopi d'alta potència, anomenat microscopi electrònic d'escaneig, per mirar de prop el límit entre l'ànode i l'electròlit.Van veure petits buits i forats a la mostra sense cap capa metàl·lica, i van assenyalar que aquests defectes són llocs probables perquè creixin les dendrites.Les dues bateries amb capes d'alumini i tungstè semblaven suaus i contínues.

En el primer experiment, es va fer circular un corrent elèctric constant a través de cada bateria durant 24 hores.La bateria sense capa metàl·lica es va curtcircuitar i va fallar durant les primeres 9 hores, probablement a causa del creixement de les dendrites.Ni la bateria amb alumini ni tungstè va fallar en aquest experiment inicial.

Per tal de determinar quina capa metàl·lica era millor per aturar el creixement de les dendrites, es va realitzar un altre experiment només amb les mostres de la capa d'alumini i tungstè.En aquest experiment, les bateries es van fer circular a través de densitats de corrent creixents, començant pel corrent utilitzat en l'experiment anterior i augmentant una petita quantitat a cada pas.

Es creia que la densitat de corrent a la qual es va fer un curtcircuit de la bateria era la densitat de corrent crítica per al creixement de les dendrites.La bateria amb una capa d'alumini va fallar a tres vegades el corrent d'arrencada, i la bateria amb una capa de tungstè va fallar a més de cinc vegades el corrent d'arrencada.Aquest experiment demostra que el tungstè va superar l'alumini.

De nou, els científics van utilitzar un microscopi electrònic d'escaneig per inspeccionar el límit entre l'ànode i l'electròlit.Van veure que es van començar a formar buits a la capa metàl·lica a dos terços de les densitats de corrent crítiques mesurades a l'experiment anterior.Tanmateix, no hi havia buits a un terç de la densitat crítica de corrent.Això va confirmar que la formació de buits continua amb el creixement de les dendrites.

Aleshores, els científics van fer càlculs computacionals per entendre com el liti interacciona amb aquests metalls, utilitzant el que sabem sobre com responen el tungstè i l'alumini als canvis d'energia i temperatura.Van demostrar que les capes d'alumini tenen una probabilitat més gran de desenvolupament de buits quan interactuen amb el liti.L'ús d'aquests càlculs faria més fàcil triar un altre tipus de metall per provar en el futur.

Aquest estudi ha demostrat que les bateries d'electròlit sòlid són més fiables quan s'afegeix una fina capa metàl·lica entre l'electròlit i l'ànode.Els científics també van demostrar que escollir un metall sobre un altre, en aquest cas el tungstè en lloc de l'alumini, podria fer que les bateries durin encara més.Millorar el rendiment d'aquest tipus de bateries els portarà un pas més a prop de la substitució de les bateries d'electròlit líquid altament inflamables que hi ha actualment al mercat.