E batterie ricaricabili à ioni di litiu sò aduprate per alimentà parechji apparecchi elettronichi in a nostra vita di tutti i ghjorni, da l'urdinatori portatili è i telefoni cellulari à e vitture elettriche. E batterie à ioni di litiu in u mercatu oghje si basanu tipicamente nantu à una suluzione liquida, chjamata elettrolitu, à u centru di a cellula.

Quandu a batteria alimenta un apparechju, l'ioni di litiu si movenu da l'estremità carica negativamente, o anodu, attraversu l'elettrolitu liquidu, à l'estremità carica pusitivamente, o catodu. Quandu a batteria hè ricaricata, l'ioni scorrenu in l'altra direzzione da u catodu, attraversu l'elettrolitu, à l'anodu.

E batterie à ioni di litiu chì si basanu nantu à l'elettroliti liquidi anu un prublema maiò di sicurezza: ponu piglià focu quandu sò sovraccaricate o in cortu circuitu. Una alternativa più sicura à l'elettroliti liquidi hè di custruisce una batteria chì usa un elettrolitu solidu per trasportà l'ioni di litiu trà l'anodu è u catodu.

Tuttavia, studii precedenti anu scupertu chì un elettrolitu solidu hà purtatu à piccule crescite metalliche, chjamate dendriti, chì s'accumulavanu nantu à l'anodu mentre a batteria era in carica. Quessi dendriti cortocircuitanu e batterie à basse correnti, rendendule inutilizabili.

A crescita di e dendriti principia à picculi difetti in l'elettrolitu à u cunfine trà l'elettrolitu è ​​l'anodu. I scientifichi in India anu scupertu pocu fà un modu per rallentà a crescita di e dendriti. Aghjunghjendu un stratu metallicu finu trà l'elettrolitu è ​​l'anodu, ponu impedisce à e dendriti di cresce in l'anodu.

I scientifichi anu sceltu di studià l'aluminiu è u tungstenu cum'è metalli pussibuli per custruisce stu stratu metallicu finu. Questu hè perchè nè l'aluminiu nè u tungstenu si mischianu, o si leganu, cù u litiu. I scientifichi anu cridutu chì questu riduceria a probabilità di furmazione di difetti in u litiu. Sè u metallu sceltu si legassi cù u litiu, piccule quantità di litiu puderanu spustassi in u stratu metallicu cù u tempu. Questu lascerebbe un tipu di difettu chjamatu viotu in u litiu induve si puderebbe tandu furmà una dendrite.

Per pruvà l'efficacità di u stratu metallicu, sò stati assemblati trè tippi di batterie: una cù un stratu finu d'aluminiu trà l'anodu di litiu è l'elettrolitu solidu, una cù un stratu finu di tungstenu è una senza stratu metallicu.

Prima di pruvà e batterie, i scientifichi anu utilizatu un microscopiu di alta putenza, chjamatu microscopiu elettronicu à scansione, per osservà da vicinu a fruntiera trà l'anodu è l'elettrolitu. Anu vistu picculi spazii è buchi in u campione senza stratu metallicu, nutendu chì questi difetti sò prubabilmente lochi per a crescita di i dendriti. E duie batterie cù strati d'aluminiu è di tungstenu parevanu lisce è continue.

In u primu esperimentu, una corrente elettrica custante hè stata fatta passà per ogni batteria per 24 ore. A batteria senza stratu metallicu hà fattu un cortu circuitu è ​​s'hè guastata in e prime 9 ore, probabilmente per via di a crescita di e dendriti. Nè e batterie cù l'aluminiu nè quelle cù u tungstenu anu guastatu in questu esperimentu iniziale.

Per determinà quale stratu metallicu era megliu à fermà a crescita di e dendriti, 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 densità di corrente crescenti, cuminciendu cù a corrente aduprata in l'esperimentu precedente è aumentendu di una piccula quantità à ogni passu.

Si cunsiderava chì a densità di corrente à a quale a batteria era in cortu circuitu era a densità di corrente critica per a crescita di e dendriti. A batteria cù un stratu d'aluminiu hà fiascatu à trè volte a corrente di partenza, è a batteria cù un stratu di tungstenu hà fiascatu à più di cinque volte a corrente di partenza. Questu esperimentu mostra chì u tungstenu hà superatu l'aluminiu.

Di novu, i scientifichi anu utilizatu un microscopiu elettronicu à scansione per ispezionà a fruntiera trà l'anodu è l'elettrolitu. Anu vistu chì i vuoti cuminciavanu à furmà si in u stratu metallicu à dui terzi di e densità di corrente critica misurate in l'esperimentu precedente. Tuttavia, i vuoti ùn eranu presenti à un terzu di a densità di corrente critica. Questu hà cunfirmatu chì a furmazione di vuoti procede a crescita di e dendriti.

I scientifichi anu tandu realizatu calculi computazionali per capisce cumu u lithium interagisce cù sti metalli, aduprendu ciò chì sapemu nantu à cumu u tungstenu è l'aluminiu rispondenu à i cambiamenti d'energia è di temperatura. Anu dimustratu chì i strati d'aluminiu anu in effetti una più alta probabilità di sviluppu di vuoti quandu interagiscenu cù u lithium. L'usu di sti calculi renderebbe più faciule a scelta di un altru tipu di metallu da testà in u futuru.

Stu studiu hà dimustratu chì e batterie à elettroliti solidi sò più affidabili quandu si aghjusta un stratu metallicu finu trà l'elettrolitu è ​​l'anodu. I scientifichi anu ancu dimustratu chì sceglie un metallu invece di un altru, in questu casu u tungstenu invece di l'aluminiu, puderia fà chì e batterie durinu ancu di più. U miglioramentu di e prestazioni di sti tipi di batterie li avvicinerà un passu più à a sustituzione di e batterie à elettroliti liquidi altamente infiammabili oghje in u mercatu.