Baterei ion litium sing bisa diisi ulang digunakake kanggo nguripi akeh elektronik ing urip saben dina, saka laptop lan ponsel nganti mobil listrik. Baterei ion litium sing ana ing pasar saiki biasane gumantung marang larutan cair, sing diarani elektrolit, ing tengah sel.

Nalika batere nguripi piranti, ion litium pindhah saka ujung sing diisi daya negatif, utawa anoda, liwat elektrolit cair, menyang ujung sing diisi daya positif, utawa katoda. Nalika batere lagi diisi daya, ion-ion kasebut mili menyang arah liyane saka katoda, liwat elektrolit, menyang anoda.

Baterei ion litium sing gumantung marang elektrolit cair nduweni masalah keamanan utama: bisa kobong nalika diisi daya kakehan utawa korsleting. Alternatif sing luwih aman tinimbang elektrolit cair yaiku nggawe batere sing nggunakake elektrolit padat kanggo nggawa ion litium antarane anoda lan katoda.

Nanging, panliten sadurunge nemokake yen elektrolit padat nyebabake pertumbuhan logam cilik, sing diarani dendrit, sing bakal numpuk ing anoda nalika batere lagi diisi daya. Dendrit iki nyebabake korsleting batere kanthi arus endhek, saengga ora bisa digunakake.

Pertumbuhan dendrit diwiwiti saka cacat cilik ing elektrolit ing wates antarane elektrolit lan anoda. Para ilmuwan ing India bubar nemokake cara kanggo ngalangi pertumbuhan dendrit. Kanthi nambahake lapisan logam tipis ing antarane elektrolit lan anoda, dheweke bisa nyegah dendrit tuwuh menyang anoda.

Para ilmuwan milih kanggo nyinaoni aluminium lan tungsten minangka logam sing bisa digunakake kanggo mbangun lapisan logam tipis iki. Iki amarga aluminium utawa tungsten ora nyampur, utawa paduan, karo litium. Para ilmuwan percaya iki bakal nyuda kemungkinan cacat sing kawangun ing litium. Yen logam sing dipilih nyampur karo litium, jumlah litium sing sithik bisa pindhah menyang lapisan logam kanthi suwe. Iki bakal ninggalake jinis cacat sing diarani rongga ing litium ing ngendi dendrit banjur bisa kawangun.

Kanggo nguji efektifitas lapisan logam, telung jinis baterei dirakit: siji nganggo lapisan aluminium tipis ing antarane anoda litium lan elektrolit padat, siji nganggo lapisan tungsten tipis, lan siji tanpa lapisan logam.

Sadurunge nguji batere, para ilmuwan nggunakake mikroskop daya dhuwur, sing diarani mikroskop elektron pindai, kanggo ndeleng kanthi teliti wates antarane anoda lan elektrolit. Dheweke weruh celah lan bolongan cilik ing sampel tanpa lapisan logam, lan nyathet yen cacat kasebut minangka papan sing bisa uga kanggo dendrit tuwuh. Loro-lorone batere kanthi lapisan aluminium lan tungsten katon alus lan terus-terusan.

Ing eksperimen pisanan, arus listrik tetep dialirake liwat saben baterei sajrone 24 jam. Baterai tanpa lapisan logam kasebut korsleting lan rusak sajrone 9 jam pisanan, kemungkinan amarga tuwuhing dendrit. Ora ana baterei nganggo aluminium utawa tungsten sing gagal ing eksperimen pisanan iki.

Kanggo nemtokake lapisan logam endi sing luwih apik kanggo nyegah tuwuhing dendrit, eksperimen liyane ditindakake mung ing sampel lapisan aluminium lan tungsten. Ing eksperimen iki, baterei didaur ulang kanthi nambah kapadhetan arus, diwiwiti saka arus sing digunakake ing eksperimen sadurunge lan tambah sithik ing saben langkah.

Kapadhetan arus nalika batere korsleting diyakini minangka kapadhetan arus kritis kanggo pertumbuhan dendrit. Batere kanthi lapisan aluminium gagal ing kaping telu arus wiwitan, lan batere kanthi lapisan tungsten gagal ing luwih saka kaping lima arus wiwitan. Eksperimen iki nuduhake yen tungsten ngluwihi aluminium.

Maneh, para ilmuwan nggunakake mikroskop elektron pindai kanggo mriksa wates antarane anoda lan elektrolit. Dheweke weruh yen rongga wiwit kawangun ing lapisan logam ing rong pertiga saka kapadhetan arus kritis sing diukur ing eksperimen sadurunge. Nanging, rongga ora ana ing sapratelo saka kapadhetan arus kritis. Iki ngonfirmasi yen pembentukan rongga pancen nerusake pertumbuhan dendrit.

Para ilmuwan banjur nglakokake perhitungan komputasi kanggo mangerteni kepiye litium sesambungan karo logam-logam kasebut, nggunakake apa sing kita ngerteni babagan kepiye tungsten lan aluminium nanggepi owah-owahan energi lan suhu. Dheweke nduduhake manawa lapisan aluminium pancen duwe kemungkinan sing luwih dhuwur kanggo ngembangake rongga nalika sesambungan karo litium. Nggunakake perhitungan kasebut bakal nggampangake milih jinis logam liyane kanggo dites ing mangsa ngarep.

Panliten iki nuduhake yen baterei elektrolit padat luwih dipercaya nalika lapisan logam tipis ditambahake ing antarane elektrolit lan anoda. Para ilmuwan uga nuduhake yen milih siji logam tinimbang liyane, ing kasus iki tungsten tinimbang aluminium, bisa nggawe baterei luwih awet. Ningkatake kinerja jinis baterei iki bakal nggawa dheweke selangkah luwih cedhak kanggo ngganti baterei elektrolit cair sing gampang kobong ing pasar saiki.