Betri za ioni za lithiamu zinazoweza kuchajiwa hutumika kuwasha umeme mwingi katika maisha yetu ya kila siku, kuanzia kompyuta za mkononi na simu za mkononi hadi magari yanayotumia umeme.Betri za ioni za lithiamu kwenye soko kwa kawaida hutegemea myeyusho wa kioevu, unaoitwa elektroliti, katikati ya seli.

Betri inapowasha kifaa, ayoni za lithiamu husogea kutoka ncha iliyo na chaji hasi, au anodi, kupitia elektroliti kioevu, hadi ncha yenye chaji chanya, au cathode.Wakati betri inachajiwa tena, ioni hutiririka mwelekeo mwingine kutoka kwa cathode, kupitia elektroliti, hadi anode.

Betri za ioni za lithiamu zinazotegemea elektroliti za kioevu zina suala kubwa la usalama: zinaweza kuwaka moto zinapochajiwa kupita kiasi au kwa mzunguko mfupi.Njia mbadala salama kwa elektroliti kioevu ni kutengeneza betri inayotumia elektroliti thabiti kubeba ioni za lithiamu kati ya anode na cathode.

Walakini, tafiti za hapo awali zimegundua kuwa elektroliti dhabiti ilisababisha ukuaji mdogo wa metali, unaoitwa dendrites, ambao ungejilimbikiza kwenye anode wakati betri ilikuwa inachaji.Dendrites hizi hupitisha mzunguko mfupi wa betri kwenye mikondo ya chini, na kuzifanya kuwa zisizoweza kutumika.

Ukuaji wa dendrite huanza na dosari ndogo katika elektroliti kwenye mpaka kati ya elektroliti na anode.Wanasayansi nchini India hivi karibuni wamegundua njia ya kupunguza ukuaji wa dendrite.Kwa kuongeza safu nyembamba ya metali kati ya elektroliti na anode, wanaweza kuzuia dendrites kukua hadi anode.

Wanasayansi walichagua kusoma alumini na tungsten kama metali iwezekanavyo ili kujenga safu hii nyembamba ya metali.Hii ni kwa sababu alumini au tungsten haichanganyiki, au aloi, na lithiamu.Wanasayansi waliamini hii ingepunguza uwezekano wa dosari kutengeneza lithiamu.Ikiwa chuma kilichochaguliwa kilifanya aloi na lithiamu, kiasi kidogo cha lithiamu kinaweza kuhamia kwenye safu ya chuma baada ya muda.Hii ingeacha aina ya dosari inayoitwa utupu katika lithiamu ambapo dendrite inaweza kuunda.

Ili kupima ufanisi wa safu ya metali, aina tatu za betri zilikusanywa: moja na safu nyembamba ya alumini kati ya anode ya lithiamu na electrolyte imara, moja na safu nyembamba ya tungsten, na moja bila safu ya metali.

Kabla ya kuzifanyia majaribio betri, wanasayansi hao walitumia darubini yenye nguvu nyingi, iitwayo darubini ya elektroni ya skanning, ili kuangalia kwa karibu mpaka kati ya anode na elektroliti.Waliona mapengo madogo na mashimo kwenye sampuli bila safu ya metali, wakibainisha kuwa dosari hizi ni mahali pa kukuza dendrites.Betri zote mbili zilizo na tabaka za alumini na tungsten zilionekana laini na endelevu.

Katika jaribio la kwanza, mkondo wa umeme usiobadilika ulisafirishwa kwa kila betri kwa masaa 24.Betri isiyo na safu ya metali ilifanya mzunguko mfupi na kushindwa ndani ya saa 9 za kwanza, pengine kutokana na ukuaji wa dendrite.Betri iliyo na alumini au tungsten haikufaulu katika jaribio hili la awali.

Ili kubainisha ni safu gani ya chuma iliyokuwa bora zaidi katika kuzuia ukuaji wa dendrite, jaribio lingine lilifanyika kwa sampuli za safu ya alumini na tungsten pekee.Katika jaribio hili, betri ziliendeshwa kwa baisikeli kupitia kuongezeka kwa msongamano wa sasa, kuanzia sasa iliyotumika katika jaribio la awali na kuongezeka kwa kiwango kidogo kwa kila hatua.

Msongamano wa sasa ambapo betri ina mzunguko mfupi iliaminika kuwa msongamano muhimu wa sasa wa ukuaji wa dendrite.Betri yenye safu ya alumini imeshindwa mara tatu ya sasa ya kuanzia, na betri yenye safu ya tungsten imeshindwa kwa zaidi ya mara tano ya sasa ya kuanzia.Jaribio hili linaonyesha kuwa tungsten ilifanya vyema zaidi kuliko alumini.

Tena, wanasayansi walitumia darubini ya elektroni ya skanning kukagua mpaka kati ya anode na elektroliti.Waliona kuwa utupu ulianza kuunda katika safu ya chuma katika theluthi mbili ya msongamano muhimu wa sasa uliopimwa katika jaribio la hapo awali.Walakini, utupu haukuwepo katika theluthi moja ya msongamano muhimu wa sasa.Hii ilithibitisha kuwa malezi ya utupu huendeleza ukuaji wa dendrite.

Kisha wanasayansi waliendesha mahesabu ya kimahesabu ili kuelewa jinsi lithiamu inavyoingiliana na metali hizi, kwa kutumia kile tunachojua kuhusu jinsi tungsten na alumini hujibu mabadiliko ya nishati na joto.Walionyesha kuwa tabaka za alumini kweli zina uwezekano mkubwa zaidi wa kutokea kwa utupu wakati wa kuingiliana na lithiamu.Kutumia hesabu hizi kutafanya iwe rahisi kuchagua aina nyingine ya chuma ya kujaribu katika siku zijazo.

Utafiti huu umeonyesha kuwa betri dhabiti za elektroliti hutegemewa zaidi wakati safu nyembamba ya metali inapoongezwa kati ya elektroliti na anodi.Wanasayansi pia walionyesha kuwa kuchagua chuma moja juu ya nyingine, katika kesi hii tungsten badala ya alumini, inaweza kufanya betri kudumu zaidi.Kuboresha utendakazi wa aina hizi za betri kutazileta hatua moja karibu na kuchukua nafasi ya betri za elektroliti kioevu zinazoweza kuwaka kwenye soko leo.