可充电锂离子电池为我们日常生活中的许多电子产品供电，从笔记本电脑、手机到电动汽车。当今市场上的锂离子电池通常依赖于电池中心的液体溶液，称为电解质。

当电池为设备供电时，锂离子从带负电的一端或阳极通过液体电解质移动到带正电的一端或阴极。当电池充电时，离子从阴极向另一个方向流动，穿过电解质，到达阳极。

依赖液体电解质的锂离子电池存在一个重大安全问题：过度充电或短路时可能会着火。液体电解质的一种更安全的替代方案是制造一种使用固体电解质在阳极和阴极之间携带锂离子的电池。

然而，之前的研究发现，固体电解质会导致小的金属生长，称为枝晶，在电池充电时会在阳极上堆积。这些枝晶会在低电流下使电池短路，导致电池无法使用。

枝晶生长始于电解质和阳极之间边界处电解质中的小缺陷。印度科学家最近发现了一种减缓枝晶生长的方法。通过在电解质和阳极之间添加薄金属层，它们可以阻止枝晶生长到阳极中。

科学家们选择研究铝和钨作为可能的金属来构建这种薄金属层。这是因为铝和钨都不会与锂混合或形成合金。科学家们相信这会降低锂中形成缺陷的可能性。如果选择的金属与锂形成合金，随着时间的推移，少量的锂可能会移动到金属层中。这会在锂中留下一种称为空隙的缺陷，然后可以在其中形成枝晶。

为了测试金属层的有效性，组装了三种类型的电池：一种在锂阳极和固体电解质之间有一层薄薄的铝，一种有一层薄薄的钨，还有一种没有金属层。

在测试电池之前，科学家们使用高倍显微镜（称为扫描电子显微镜）仔细观察阳极和电解质之间的边界。他们在没有金属层的样品中看到了小间隙和孔洞，并指出这些缺陷可能是枝晶生长的地方。具有铝层和钨层的电池看起来光滑且连续。

在第一个实验中，恒定电流在每个电池中循环 24 小时。没有金属层的电池在最初 9 小时内发生短路并失效，可能是由于枝晶生长所致。在这个最初的实验中，铝电池或钨电池都没有失败。

为了确定哪种金属层能够更好地阻止枝晶生长，仅对铝和钨层样品进行了另一项实验。在此实验中，电池通过增加电流密度进行循环，从先前实验中使用的电流开始，并在每个步骤中少量增加。

电池短路时的电流密度被认为是枝晶生长的临界电流密度。具有铝层的电池在启动电流的三倍时失效，具有钨层的电池在启动电流的五倍以上时失效。该实验表明钨的性能优于铝。

科学家们再次使用扫描电子显微镜检查阳极和电解质之间的边界。他们发现，当达到先前实验中测量的临界电流密度的三分之二时，金属层中开始形成空隙。然而，在临界电流密度的三分之一处不存在空隙。这证实了空隙的形成确实促进了枝晶的生长。

然后，科学家们利用我们对钨和铝如何响应能量和温度变化的了解，进行了计算，以了解锂如何与这些金属相互作用。他们证明，铝层在与锂相互作用时确实更有可能形成空隙。使用这些计算将使将来更容易选择另一种金属进行测试。

这项研究表明，当电解质和阳极之间添加薄金属层时，固体电解质电池更加可靠。科学家们还证明，选择一种金属而不是另一种金属（在这种情况下选择钨而不是铝）可以使电池的使用寿命更长。提高这些类型电池的性能将使它们距离取代当今市场上高度易燃的液体电解质电池又近了一步。