As baterías recargables de ións de litio úsanse para alimentar moitos aparellos electrónicos na nosa vida cotiá, desde portátiles e teléfonos móbiles ata coches eléctricos. As baterías de ións de litio que se comercializan hoxe en día adoitan depender dunha solución líquida, chamada electrolito, no centro da cela.

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

As baterías de ións de litio que dependen de electrolitos líquidos teñen un importante problema de seguridade: poden incendiarse cando se sobrecargan ou sofren un curtocircuíto. Unha alternativa máis segura aos electrolitos líquidos é construír unha batería que empregue un electrolito sólido para transportar ións de litio entre o ánodo e o cátodo.

Non obstante, estudos previos descubriron que un electrolito sólido provocaba pequenos crecementos metálicos, chamados dendritas, que se acumulaban no ánodo mentres se cargaba a batería. Estas dendritas provocaban un curtocircuíto nas baterías a baixas correntes, facéndoas inutilizables.

O crecemento das dendritas comeza en pequenos defectos no electrolito no límite entre o electrolito e o ánodo. Científicos da India descubriron recentemente un xeito de frear o crecemento das dendritas. Engadindo unha fina capa metálica entre o electrolito e o ánodo, poden impedir que as dendritas medren cara ao ánodo.

Os científicos decidiron 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 se alian co litio. Os científicos crían que isto reduciría a probabilidade de que se formasen defectos no litio. Se o metal escollido se aliase co litio, pequenas cantidades de litio poderían entrar na capa metálica co paso do tempo. Isto deixaría un tipo de defecto chamado baleiro no litio onde se podería formar unha dendrita.

Para probar a eficacia da capa metálica, ensambláronse tres tipos de baterías: unha cunha fina capa de aluminio entre o ánodo de litio e o electrolito sólido, unha cunha fina capa de tungsteno e outra sen capa metálica.

Antes de probar as baterías, os científicos empregaron un microscopio de alta potencia, chamado microscopio electrónico de varrido, para observar de preto o límite entre o ánodo e o electrolito. Viron pequenos ocos e buratos na mostra sen capa metálica, e sinalaron que estes defectos son probablemente lugares onde medran as dendritas. Tanto as baterías con capas de aluminio como de tungsteno parecían lisas e continuas.

No primeiro experimento, pasou unha corrente eléctrica constante a través de cada batería durante 24 horas. A batería sen capa metálica sufriu un curtocircuíto e fallou nas primeiras 9 horas, probablemente debido ao crecemento de dendritas. Neste experimento inicial, ningunha das baterías de aluminio nin de tungsteno fallou.

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

Críase que a densidade de corrente á que a batería sufriu un curtocircuíto era a densidade de corrente crítica para o crecemento das dendritas. A batería cunha capa de aluminio fallou a unha corrente de arranque tres veces maior e a batería cunha capa de tungsteno fallou a máis de cinco veces maior. Este experimento demostra que o tungsteno superou ao aluminio.

De novo, os científicos empregaron un microscopio electrónico de varrido para inspeccionar o límite entre o ánodo e o electrolito. Observaron que os ocos comezaban a formarse na capa metálica a dous terzos das densidades de corrente crítica medidas no experimento anterior. Non obstante, non había ocos a un terzo da densidade de corrente crítica. Isto confirmou que a formación de ocos si procede do crecemento das dendritas.

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

Este estudo demostrou que as baterías de electrolitos sólidos son máis fiables cando se engade unha fina capa metálica entre o electrolito e o ánodo. Os científicos tamén demostraron que elixir un metal sobre outro, neste caso volframio en lugar de aluminio, podería facer que as baterías duren aínda máis. Mellorar o rendemento destes tipos de baterías achegaraas un paso máis á substitución das baterías de electrolitos líquidos altamente inflamables que hai hoxe en día no mercado.