Batterie ricaricabili di lithium ion sò aduprate per alimentà assai l'elettronica in a nostra vita di ogni ghjornu, da i laptops è i telefoni cellulari à e vitture elettriche.E batterie di lithium ion nantu à u mercatu oghje tipicamente si basanu in una suluzione liquida, chjamata elettrolitu, in u centru di a cellula.

Quandu a bateria hè alimentata da un dispositivu, i ioni di lithium si movenu da a fine carica negativa, o anodu, attraversu l'elettrolitu liquidu, à l'estremità caricata positivamente, o cathode.Quandu a bateria hè ricaricata, i ioni scorri l'altra direzzione da u catodu, attraversu l'elettrolitu, à l'anodu.

E batterie di ioni di litio chì si basanu in l'elettroliti liquidi anu un prublema maiò di sicurezza: ponu chjappà in u focu quandu sò sovraccaricati o in cortocircuiti.Una alternativa più sicura à l'elettroliti liquidi hè di custruisce una bateria chì usa un elettrolitu solidu per portà ioni di litiu trà l'anodu è u catodu.

In ogni casu, studii precedenti anu truvatu chì un elettrolitu solidu hà purtatu à picculi crescite metalliche, chjamate dendrites, chì si accumulanu annantu à l'anodu mentre a bateria era carica.Queste dendrites short circuit the batteries at low currents, facenu inutilizabili.

A crescita di dendrite principia à picculi difetti in l'elettrolitu à u cunfini trà l'elettrolitu è ​​l'anodu.I scientisti in India anu scupertu recentemente un modu per rallentà a crescita di dendrite.Aghjunghjendu una fina capa metallica trà l'elettrolitu è ​​l'anodu, ponu impedisce chì i dendriti crescenu in l'anodu.

I scientisti anu sceltu di studià l'aluminiu è u tungstenu cum'è metalli pussibuli per custruisce questa fina capa metallica.Questu hè chì nè l'aluminiu nè u tungstènu si mischianu, o alliati, cù lithium.I scientisti anu cridutu chì questu riduce a probabilità di difetti chì si formanu in u lithium.Se u metale sceltu facia l'aliazione cù lithium, picculi quantità di lithium puderanu traslassi in a capa di metallu cù u tempu.Questu lascià un tipu di difettu chjamatu un vacu in u lithium induve una dendrite puderia esse formate.

Per pruvà l'efficacità di a capa metallica, trè tippi di batterie sò stati assemblati: una cù una fina capa d'aluminiu trà l'anodu di lithium è l'elettrolitu solidu, una cù una fina capa di tungstenu, è una senza capa metallica.

Prima di pruvà e batterie, i scientisti anu utilizatu un microscopiu d'alta putenza, chjamatu microscopiu elettronicu à scanning, per fighjà attentamente u cunfini trà l'anodu è l'elettrolitu.Anu vistu picculi spazii è buchi in u campione senza strata metallica, nutendu chì questi difetti sò prubabilmente posti per i dendriti à cresce.E duie batterie cù strati d'aluminiu è di tungstenu parevanu lisci è cuntinui.

In u primu esperimentu, un currente elettricu constantu hè statu ciclatu per ogni bateria per 24 ore.A bateria senza strata metallica hè stata corta è falluta in e prime ore 9, probabilmente per via di a crescita di dendrite.Nè a bateria cù l'aluminiu o tungstenu hà fiascatu in questu esperimentu iniziale.

Per determinà quale strata di metallu era megliu per piantà a crescita di dendrite, un altru esperimentu hè statu realizatu solu nantu à i campioni di strati d'aluminiu è di tungstenu.In questu esperimentu, e batterie sò state ciclate attraversu a densità di corrente crescente, partendu da u currente utilizatu in l'esperimentu precedente è aumentendu da una piccula quantità à ogni passu.

A densità di corrente à a quale a batteria in cortocircuita hè stata criduta per esse a densità di corrente critica per a crescita di dendrite.A bateria cù una capa d'aluminiu hà fiascatu à trè volte u currente di partenza, è a bateria cù una capa di tungstenu hà fiascatu à più di cinque volte u currente di partenza.Stu esperimentu mostra chì u tungstenu superava l'aluminiu.

In novu, i scientisti anu utilizatu un microscopiu elettronicu à scanning per inspeccionà a fruntiera trà l'anodu è l'elettrolitu.Anu vistu chì i vuoti cuminciaru à furmà in a capa di metallu à dui terzi di a densità di corrente critica misurata in l'esperimentu precedente.Tuttavia, i vuoti ùn eranu micca prisenti à un terzu di a densità di corrente critica.Questu hà cunfirmatu chì a furmazione di vuoti prucede a crescita di dendrite.

I scientisti anu allora i calculi computational per capiscenu cumu u litiu interagisce cù questi metalli, utilizendu ciò chì sapemu di cumu u tungstenu è l'aluminiu rispundenu à l'energia è i cambiamenti di temperatura.Anu dimustratu chì i strati d'aluminiu anu daveru una probabilità più alta per u sviluppu di vuoti quandu interagiscenu cù u litiu.Utilizà sti calculi facia più faciule di sceglie un altru tipu di metallu per pruvà in u futuru.

Stu studiu hà dimustratu chì e batterie d'elettroliti solidi sò più affidabili quandu una fina capa metallica hè aghjuntu trà l'elettroliti è l'anodu.I scientisti anu ancu dimustratu chì a scelta di un metallu annantu à l'altru, in questu casu tungstenu invece di l'aluminiu, puderia fà chì e batterie durà ancu più.Migliurà u funziunamentu di sti tipi di batterie li portarà un passu più vicinu à rimpiazzà e batterie d'elettroliti liquidi altamente inflammabili in u mercatu oghje.