Betri za ioni za lithiamu zinazoweza kuchajiwa tena hutumika kuwasha vifaa vingi vya kielektroniki katika maisha yetu ya kila siku, kuanzia kompyuta mpakato na simu za mkononi hadi magari ya umeme. Betri za ioni za lithiamu sokoni leo kwa kawaida hutegemea myeyusho wa kimiminika, unaoitwa elektroliti, katikati ya seli.

Wakati betri inapoendesha kifaa, ioni za lithiamu husogea kutoka ncha iliyochajiwa vibaya, au anodi, kupitia elektroliti ya kioevu, hadi ncha iliyochajiwa vyema, au kathodi. Wakati betri inachajiwa, ioni hutiririka upande mwingine kutoka kathodi, kupitia elektroliti, hadi anodi.

Betri za ioni za lithiamu zinazotegemea elektroliti za kioevu zina tatizo kubwa la usalama: zinaweza kuwaka moto zinapochajiwa kupita kiasi au kufupishwa kwa mzunguko. Njia mbadala salama zaidi ya elektroliti za kioevu ni kujenga betri inayotumia elektroliti imara kubeba ioni za lithiamu kati ya anodi na kathodi.

Hata hivyo, tafiti za awali zimegundua kuwa elektroliti imara ilisababisha ukuaji mdogo wa metali, unaoitwa dendrites, ambao ungejikusanya kwenye anodi wakati betri inachaji. Dendrites hizi hufupisha mzunguko wa betri kwenye mikondo ya chini, na kuzifanya zisiweze kutumika.

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

Wanasayansi walichagua kuchunguza alumini na tungsten kama metali zinazowezekana ili kujenga safu hii nyembamba ya metali. Hii ni kwa sababu hakuna mchanganyiko wa alumini wala tungsten, au aloi, pamoja na lithiamu. Wanasayansi waliamini kwamba hii ingepunguza uwezekano wa dosari zinazojitokeza katika lithiamu. Ikiwa chuma kilichochaguliwa kingeunganisha na lithiamu, kiasi kidogo cha lithiamu kingeweza kuingia kwenye safu ya chuma baada ya muda. Hii ingeacha aina ya dosari inayoitwa utupu katika lithiamu ambapo dendrite ingeweza kuunda.

Ili kujaribu ufanisi wa safu ya metali, aina tatu za betri zilikusanywa: moja ikiwa na safu nyembamba ya alumini kati ya anodi ya lithiamu na elektroliti ngumu, moja ikiwa na safu nyembamba ya tungsten, na moja isiyo na safu ya metali.

Kabla ya kujaribu betri, wanasayansi walitumia darubini yenye nguvu nyingi, inayoitwa darubini ya elektroni ya kuchanganua, ili kuangalia kwa karibu mpaka kati ya anodi na elektroliti. Waliona mapengo na mashimo madogo kwenye sampuli bila safu ya metali, wakibainisha kuwa kasoro hizi zinaweza kuwa mahali ambapo dendriti hukua. Betri zote mbili zenye tabaka za alumini na tungsten zilionekana laini na zenye kuendelea.

Katika jaribio la kwanza, mkondo wa umeme usiobadilika ulizungushwa kupitia kila betri kwa saa 24. Betri isiyo na safu fupi ya metali ilishindwa kufanya kazi ndani ya saa 9 za kwanza, labda kutokana na ukuaji wa dendrite. Hakuna betri iliyo na alumini au tungsten iliyoshindwa katika jaribio hili la awali.

Ili kubaini ni safu gani ya chuma iliyokuwa bora zaidi katika kuzuia ukuaji wa dendrite, jaribio lingine lilifanywa kwenye sampuli za safu ya alumini na tungsten pekee. Katika jaribio hili, betri zilizungushwa kupitia msongamano unaoongezeka wa mkondo, kuanzia na mkondo uliotumika katika jaribio lililopita na kuongezeka kwa kiasi kidogo katika kila hatua.

Msongamano wa sasa ambao betri ilizunguka kwa muda mfupi uliaminika kuwa msongamano muhimu wa mkondo kwa ukuaji wa dendrite. Betri yenye safu ya alumini ilishindwa kufanya kazi kwa mara tatu ya mkondo wa kuanzia, na betri yenye safu ya tungsten ilishindwa kufanya kazi kwa zaidi ya mara tano ya mkondo wa kuanzia. Jaribio hili linaonyesha kwamba tungsten ilifanya kazi vizuri zaidi kuliko alumini.

Tena, wanasayansi walitumia darubini ya elektroni ya skanning kukagua mpaka kati ya anodi na elektroliti. Waliona kwamba mapengo yalianza kuunda kwenye safu ya chuma kwa theluthi mbili ya msongamano muhimu wa mkondo uliopimwa katika jaribio lililopita. Hata hivyo, mapengo hayakuwepo kwa theluthi moja ya msongamano muhimu wa mkondo. Hii ilithibitisha kwamba uundaji wa mapengo huendeleza ukuaji wa dendrite.

Kisha wanasayansi waliendesha hesabu za kompyuta ili kuelewa jinsi lithiamu inavyoingiliana na metali hizi, kwa kutumia kile tunachojua kuhusu jinsi tungsten na alumini huitikia mabadiliko ya nishati na halijoto. Walionyesha kwamba tabaka za alumini zina uwezekano mkubwa wa kutokea kwa utupu wakati wa kuingiliana na lithiamu. Kutumia hesabu hizi kungerahisisha kuchagua aina nyingine ya chuma ili kujaribu katika siku zijazo.

Utafiti huu umeonyesha kuwa betri imara za elektroliti zinaaminika zaidi wakati safu nyembamba ya metali inapoongezwa kati ya elektroliti na anodi. Wanasayansi pia walionyesha kwamba kuchagua chuma kimoja kuliko kingine, katika kesi hii tungsten badala ya alumini, kunaweza kufanya betri kudumu kwa muda mrefu zaidi. Kuboresha utendaji wa aina hizi za betri kutawaleta hatua moja karibu na kubadilisha betri za elektroliti kioevu zinazowaka sana sokoni leo.