Įkraunamos ličio jonų baterijos naudojamos daugeliui elektronikos įrenginių mūsų kasdieniame gyvenime tiekti, pradedant nešiojamaisiais kompiuteriais ir mobiliaisiais telefonais, baigiant elektromobiliais.Šiandien rinkoje esančios ličio jonų baterijos paprastai naudoja skystą tirpalą, vadinamą elektrolitu, esančio elemento centre.

Kai akumuliatorius maitina įrenginį, ličio jonai juda iš neigiamai įkrauto galo arba anodo per skystą elektrolitą į teigiamai įkrautą galą arba katodą.Kai akumuliatorius įkraunamas, jonai teka kita kryptimi nuo katodo per elektrolitą į anodą.

Ličio jonų akumuliatoriai, kurie priklauso nuo skystų elektrolitų, turi didelę saugos problemą: jie gali užsidegti, kai perkraunami arba trumpai jungiami.Saugesnė alternatyva skystiems elektrolitams yra sukurti akumuliatorių, kuris naudoja kietą elektrolitą ličio jonams pernešti tarp anodo ir katodo.

Tačiau ankstesniuose tyrimuose nustatyta, kad dėl kieto elektrolito susidaro nedideli metaliniai išaugos, vadinami dendritais, kurie kaupiasi ant anodo, kol baterija kraunasi.Šie dendritai trumpai sujungia baterijas esant mažoms srovėms, todėl jos tampa netinkamos naudoti.

Dendrito augimas prasideda nuo nedidelių elektrolito trūkumų ties elektrolito ir anodo riba.Indijos mokslininkai neseniai atrado būdą, kaip sulėtinti dendrito augimą.Pridėjus ploną metalinį sluoksnį tarp elektrolito ir anodo, jie gali sustabdyti dendritų augimą į anodą.

Mokslininkai nusprendė ištirti aliuminį ir volframą kaip galimus metalus, kad sukurtų šį ploną metalinį sluoksnį.Taip yra todėl, kad nei aliuminis, nei volframas nesimaišo su ličiu.Mokslininkai manė, kad tai sumažins ličio defektų atsiradimo tikimybę.Jei pasirinktas metalas būtų legiruotas su ličiu, nedideli ličio kiekiai laikui bėgant galėtų patekti į metalo sluoksnį.Dėl to lityje liktų tam tikras trūkumas, vadinamas tuštuma, kurioje galėtų susidaryti dendritas.

Siekiant patikrinti metalo sluoksnio efektyvumą, buvo surinktos trijų tipų baterijos: viena su plonu aliuminio sluoksniu tarp ličio anodo ir kieto elektrolito, viena su plonu volframo sluoksniu ir viena be metalinio sluoksnio.

Prieš išbandydami baterijas, mokslininkai naudojo didelės galios mikroskopą, vadinamą skenuojančiu elektroniniu mikroskopu, norėdami atidžiai pažvelgti į ribą tarp anodo ir elektrolito.Jie pamatė mažus spragas ir skylutes mėginyje be metalinio sluoksnio, pažymėdami, kad šie trūkumai yra dendritų augimo vieta.Abu akumuliatoriai su aliuminio ir volframo sluoksniais atrodė sklandžiai ir ištisai.

Pirmajame eksperimente per kiekvieną bateriją 24 valandas buvo nuolatinė elektros srovė.Akumuliatorius be metalinio sluoksnio buvo trumpas ir sugedo per pirmąsias 9 valandas, greičiausiai dėl dendrito augimo.Šiame pradiniame eksperimente nepavyko nė vienai baterijai su aliuminiu ar volframu.

Siekiant nustatyti, kuris metalo sluoksnis geriau stabdo dendrito augimą, buvo atliktas kitas eksperimentas tik su aliuminio ir volframo sluoksnių pavyzdžiais.Šiame eksperimente baterijos buvo įjungiamos didėjant srovės tankiui, pradedant nuo ankstesniame eksperimente naudotos srovės ir kiekvienu žingsniu didėjant.

Manoma, kad srovės tankis, kuriam esant trumpai susijungė baterija, yra kritinis dendrito augimo srovės tankis.Akumuliatorius su aliuminio sluoksniu sugedo esant tris kartus už paleidimo srovę, o akumuliatorius su volframo sluoksniu sugedo daugiau nei penkis kartus už paleidimo srovę.Šis eksperimentas rodo, kad volframas pralenkė aliuminį.

Vėlgi, mokslininkai naudojo skenuojantį elektroninį mikroskopą, kad patikrintų ribą tarp anodo ir elektrolito.Jie pamatė, kad tuštumos metaliniame sluoksnyje pradėjo formuotis esant dviem trečdaliams kritinio srovės tankio, išmatuoto ankstesniame eksperimente.Tačiau esant trečdaliui kritinio srovės tankio, tuštumų nebuvo.Tai patvirtino, kad tuštumų susidarymas skatina dendrito augimą.

Tada mokslininkai atliko skaičiavimus, kad suprastų, kaip litis sąveikauja su šiais metalais, naudodamiesi tuo, ką žinome apie tai, kaip volframas ir aliuminis reaguoja į energijos ir temperatūros pokyčius.Jie parodė, kad aliuminio sluoksniai iš tikrųjų turi didesnę tikimybę, kad sąveikaudami su ličiu susidarys tuštumos.Naudojant šiuos skaičiavimus būtų lengviau pasirinkti kitą metalo rūšį, kurią ateityje būtų galima išbandyti.

Šis tyrimas parodė, kad kieto elektrolito baterijos yra patikimesnės, kai tarp elektrolito ir anodo dedamas plonas metalinis sluoksnis.Mokslininkai taip pat įrodė, kad pasirinkus vieną metalą, o ne kitą, šiuo atveju volframą, o ne aliuminį, baterijos gali tarnauti dar ilgiau.Pagerinus šių tipų akumuliatorių veikimą, jie vienu žingsniu priartės prie šiandien rinkoje esančių labai degių skysto elektrolito akumuliatorių pakeitimo.