Les bateries de liti-ió recarregables s'utilitzen per alimentar molts aparells electrònics de la nostra vida quotidiana, des d'ordinadors portàtils i telèfons mòbils fins a cotxes elèctrics. Les bateries de liti-ió que hi ha al mercat actualment solen basar-se en una solució líquida, anomenada electròlit, al centre de la cel·la.

Quan la bateria alimenta 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 pateixen un curtcircuit. 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.

No obstant això, estudis anteriors han descobert que un electròlit sòlid provocava petits creixements metàl·lics, anomenats dendrites, que s'acumulaven a l'ànode mentre la bateria es carregava. Aquestes dendrites curtcircuitaven les bateries a corrents baixos, fent-les inutilitzables.

El creixement de les dendrites comença en petites imperfeccions de l'electròlit a la frontera entre l'electròlit i l'ànode. Científics de l'Índia han descobert recentment una manera d'alentir el creixement de les dendrites. Afegint una fina capa metàl·lica entre l'electròlit i l'ànode, poden evitar que les dendrites creixin dins 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 és degut a que ni l'alumini ni el tungstè es barregen, ni s'alien, amb el liti. Els científics creien que això reduiria la probabilitat que es formessin defectes al liti. Si el metall escollit s'aliés amb el liti, petites quantitats de liti podrien moure's a la capa metàl·lica amb el 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 sense capa metàl·lica.

Abans de provar les bateries, els científics van utilitzar un microscopi d'alta potència, anomenat microscopi electrònic d'escombratge, per observar de prop el límit entre l'ànode i l'electròlit. Van veure petits forats i buits a la mostra sense capa metàl·lica, i van assenyalar que aquests defectes són llocs probables on creixen les dendrites. Tant les bateries amb capes d'alumini com de tungstè tenien un aspecte llis i contínu.

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 va patir un curtcircuit i va fallar durant les primeres 9 hores, probablement a causa del creixement de dendrites. En aquest experiment inicial, cap de les bateries amb alumini ni de tungstè va fallar.

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

Es creia que la densitat de corrent a la qual la bateria feia curtcircuit 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'inici, i la bateria amb una capa de tungstè va fallar a més de cinc vegades el corrent d'inici. Aquest experiment demostra que el tungstè va superar l'alumini.

De nou, els científics van utilitzar un microscopi electrònic de rastreig per inspeccionar el límit entre l'ànode i l'electròlit. Van veure que els buits començaven a formar-se 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 de corrent crítica. Això va confirmar que la formació de buits sí que procedeix del creixement de les dendrites.

Els científics van executar càlculs computacionals per entendre com el liti interactua amb aquests metalls, utilitzant el que sabem sobre com el tungstè i l'alumini responen als canvis d'energia i temperatura. Van demostrar que les capes d'alumini tenen una probabilitat més alta de desenvolupar buits quan interactuen amb el liti. L'ús d'aquests càlculs facilitaria l'elecció d'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 triar un metall per sobre d'un altre, en aquest cas tungstè en lloc d'alumini, podria fer que les bateries durin encara més. Millorar el rendiment d'aquest tipus de bateries les acostarà un pas més a la substitució de les bateries d'electròlit líquid altament inflamables que hi ha actualment al mercat.