As baterías de iones de litio recargables utilízanse para alimentar moitos produtos electrónicos na nosa vida cotiá, desde ordenadores portátiles e teléfonos móbiles ata coches eléctricos.As baterías de iones de litio existentes no mercado normalmente dependen dunha solución líquida, chamada electrólito, no centro da célula.

Cando a batería alimenta un dispositivo, os ións de litio móvense desde o extremo cargado negativamente, ou ánodo, a través do electrólito líquido ata o extremo cargado positivamente ou cátodo.Cando se está a recargar a batería, os ións flúen na outra dirección desde o cátodo, a través do electrólito, ata o ánodo.

As baterías de iones de litio que dependen de electrólitos líquidos teñen un importante problema de seguridade: poden incendiarse cando se sobrecargan ou se fan curtocircuítos.Unha alternativa máis segura aos electrólitos líquidos é construír unha batería que utilice un electrólito sólido para transportar ións de litio entre o ánodo e o cátodo.

Non obstante, estudos anteriores descubriron que un electrólito sólido provocaba pequenos crecementos metálicos, chamados dendritas, que se acumularían no ánodo mentres se estaba cargando a batería.Estas dendritas curtocircuita as baterías a baixas correntes, facéndoas inutilizables.

O crecemento da dendrita comeza en pequenos defectos no electrólito no límite entre o electrólito e o ánodo.Científicos da India descubriron recentemente un xeito de retardar o crecemento das dendritas.Ao engadir unha fina capa metálica entre o electrólito e o ánodo, poden evitar que as dendritas crezan no ánodo.

Os científicos optaron por estudar o aluminio e o volframio como posibles metais para construír esta fina capa metálica.Isto débese a que nin o aluminio nin o volframio se mesturan, nin a aliaxe, co litio.Os científicos crían que isto reduciría a probabilidade de que se formasen defectos no litio.Se o metal elixido se aliase con litio, pequenas cantidades de litio poderían moverse á capa de metal co paso do tempo.Isto deixaría un tipo de defecto chamado baleiro no litio onde entón podería formarse unha dendrita.

Para comprobar a eficacia da capa metálica, ensamblaron tres tipos de baterías: unha cunha fina capa de aluminio entre o ánodo de litio e o electrólito sólido, outra cunha fina capa de wolframio e outra sen capa metálica.

Antes de probar as baterías, os científicos utilizaron un microscopio de alta potencia, chamado microscopio electrónico de varrido, para observar de cerca o límite entre o ánodo e o electrólito.Viron pequenos ocos e buratos na mostra sen capa metálica, observando que estes defectos son lugares probables para o crecemento das dendritas.Ambas as baterías con capas de aluminio e volframio parecían suaves e continuas.

No primeiro experimento, pasou unha corrente eléctrica constante a través de cada batería durante 24 horas.A batería sen capa metálica cortocircuitou e fallou nas primeiras 9 horas, probablemente debido ao crecemento de dendritas.Nin a batería con aluminio nin tungsteno fallaron neste experimento inicial.

Para determinar que capa metálica era mellor para deter o crecemento das dendritas, realizouse outro experimento só con mostras de capas de aluminio e volframio.Neste experimento, cicláronse as baterías a través de densidades de corrente crecentes, comezando pola corrente utilizada no experimento anterior e aumentando nunha pequena cantidade en cada paso.

Crese que a densidade de corrente á que se cortocircuitaba a batería era a densidade de corrente crítica para o crecemento das dendritas.A batería cunha capa de aluminio fallou a tres veces a corrente de arranque e a batería cunha capa de tungsteno fallou a máis de cinco veces a corrente de arranque.Este experimento mostra que o volframio superou ao aluminio.

De novo, os científicos utilizaron un microscopio electrónico de varrido para inspeccionar o límite entre o ánodo e o electrólito.Viron que comezaron a formarse baleiros na capa metálica a dous terzos das densidades de corrente críticas medidas no experimento anterior.Non obstante, os baleiros non estaban presentes nun terzo da densidade de corrente crítica.Isto confirmou que a formación de baleiros segue o crecemento das dendritas.

A continuación, os científicos realizaron cálculos computacionais para comprender como o litio interactúa con estes metais, utilizando o que sabemos sobre como responden o volframio e o aluminio aos cambios de enerxía e temperatura.Demostraron que as capas de aluminio realmente teñen unha maior probabilidade de desenvolvemento de ocos ao interactuar co litio.Usar estes cálculos facilitaría a elección doutro tipo de metal para probar no futuro.

Este estudo demostrou que as baterías de electrólitos sólidos son máis fiables cando se engade unha fina capa metálica entre o electrólito e o ánodo.Os científicos tamén demostraron que escoller un metal sobre outro, neste caso volframio en lugar do aluminio, podería facer que as baterías duren aínda máis.Mellorar o rendemento deste tipo de baterías achegaraas un paso máis á substitución das baterías de electrólitos líquidos altamente inflamables que existen no mercado.