रिचार्ज करण्यायोग्य लिथियम आयन बॅटरी आपल्या दैनंदिन जीवनात लॅपटॉप आणि सेलफोनपासून इलेक्ट्रिक कारपर्यंत अनेक इलेक्ट्रॉनिक्सला उर्जा देण्यासाठी वापरली जातात.आज बाजारात असलेल्या लिथियम आयन बॅटरियां विशेषत: सेलच्या मध्यभागी असलेल्या इलेक्ट्रोलाइट नावाच्या द्रव द्रावणावर अवलंबून असतात.

जेव्हा बॅटरी एखाद्या उपकरणाला उर्जा देत असते, तेव्हा लिथियम आयन नकारात्मक चार्ज केलेल्या टोकापासून किंवा एनोड, द्रव इलेक्ट्रोलाइटद्वारे, सकारात्मक चार्ज केलेल्या टोकाकडे किंवा कॅथोडकडे जातात.जेव्हा बॅटरी रिचार्ज केली जाते, तेव्हा आयन कॅथोडमधून, इलेक्ट्रोलाइटद्वारे, एनोडकडे इतर दिशेने प्रवाहित होतात.

लिथियम आयन बॅटरियां ज्या लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्सवर अवलंबून असतात त्यांच्या सुरक्षिततेचा एक मोठा प्रश्न असतो: जास्त चार्ज किंवा शॉर्ट सर्किट झाल्यावर त्यांना आग लागू शकते.द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सचा एक सुरक्षित पर्याय म्हणजे एनोड आणि कॅथोड दरम्यान लिथियम आयन वाहून नेण्यासाठी घन इलेक्ट्रोलाइट वापरणारी बॅटरी तयार करणे.

तथापि, मागील अभ्यासात असे आढळून आले आहे की घन इलेक्ट्रोलाइटमुळे लहान धातूची वाढ होते, ज्याला डेंड्राइट म्हणतात, जे बॅटरी चार्ज होत असताना एनोडवर तयार होते.हे डेंड्राइट्स कमी विद्युत् प्रवाहात बॅटरीला शॉर्ट सर्किट करतात, ज्यामुळे त्या निरुपयोगी होतात.

इलेक्ट्रोलाइट आणि एनोडच्या सीमेवर इलेक्ट्रोलाइटमधील लहान दोषांपासून डेंड्राइटची वाढ सुरू होते.भारतातील शास्त्रज्ञांनी अलीकडेच डेंड्राइटची वाढ कमी करण्याचा एक मार्ग शोधला आहे.इलेक्ट्रोलाइट आणि एनोडमध्ये पातळ धातूचा थर जोडून, ​​ते डेंड्राइट्सना एनोडमध्ये वाढण्यापासून थांबवू शकतात.

हा पातळ धातूचा थर तयार करण्यासाठी शास्त्रज्ञांनी ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टनचा संभाव्य धातू म्हणून अभ्यास करणे निवडले.याचे कारण म्हणजे लिथियमसह ॲल्युमिनियम किंवा टंगस्टन मिक्स किंवा मिश्रधातू नाही.शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की यामुळे लिथियममध्ये दोष निर्माण होण्याची शक्यता कमी होईल.जर निवडलेल्या धातूने लिथियमसह मिश्रित केले असेल, तर कालांतराने लिथियमच्या थोड्या प्रमाणात धातूच्या थरात जाऊ शकते.यामुळे लिथियममध्ये व्हॉइड नावाचा एक प्रकारचा दोष निघेल जिथे डेंड्राइट तयार होऊ शकते.

मेटलिक लेयरची प्रभावीता तपासण्यासाठी, तीन प्रकारच्या बॅटरी एकत्र केल्या गेल्या: एक लिथियम एनोड आणि घन इलेक्ट्रोलाइट दरम्यान ॲल्युमिनियमचा पातळ थर असलेली, टंगस्टनचा पातळ थर असलेली आणि एक धातूचा थर नसलेली.

बॅटरीची चाचणी घेण्यापूर्वी, शास्त्रज्ञांनी एनोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील सीमा जवळून पाहण्यासाठी, स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप नावाचा उच्च शक्तीचा सूक्ष्मदर्शक वापरला.त्यांनी नमुन्यामध्ये धातूचा थर नसलेले लहान अंतर आणि छिद्रे पाहिली, हे लक्षात घेतले की या दोषांमुळे डेंड्राइट्सची वाढ होण्याची शक्यता आहे.ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टनच्या थर असलेल्या दोन्ही बॅटरी गुळगुळीत आणि सतत दिसत होत्या.

पहिल्या प्रयोगात, प्रत्येक बॅटरीमधून 24 तास सतत विद्युत प्रवाह चालविला गेला.धातूचा थर नसलेली बॅटरी पहिल्या 9 तासांत शॉर्ट सर्किट झाली आणि निकामी झाली, बहुधा डेंड्राइटच्या वाढीमुळे.या सुरुवातीच्या प्रयोगात ॲल्युमिनियम किंवा टंगस्टन असलेली बॅटरी अयशस्वी झाली नाही.

डेंड्राइटची वाढ थांबवण्यासाठी कोणता धातूचा थर चांगला आहे हे ठरवण्यासाठी, फक्त ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टन लेयरच्या नमुन्यांवर दुसरा प्रयोग केला गेला.या प्रयोगात, मागील प्रयोगात वापरल्या गेलेल्या विद्युतप्रवाहापासून सुरुवात करून आणि प्रत्येक पायरीवर थोड्या प्रमाणात वाढ करून, वर्तमान घनता वाढवून बॅटरी सायकल चालवल्या गेल्या.

ज्या वर्तमान घनतेवर बॅटरी शॉर्ट सर्किट झाली ती डेंड्राइटच्या वाढीसाठी गंभीर वर्तमान घनता मानली जाते.ॲल्युमिनियम थर असलेली बॅटरी सुरुवातीच्या प्रवाहाच्या तीन पटीने अयशस्वी झाली आणि टंगस्टन थर असलेली बॅटरी सुरुवातीच्या प्रवाहाच्या पाच पटीने निकामी झाली.हा प्रयोग दर्शवितो की टंगस्टनने ॲल्युमिनियमपेक्षा जास्त कामगिरी केली.

पुन्हा, शास्त्रज्ञांनी एनोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील सीमा तपासण्यासाठी स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा वापर केला.त्यांनी पाहिले की मागील प्रयोगात मोजलेल्या गंभीर प्रवाहाच्या घनतेच्या दोन तृतीयांश भागावर धातूच्या थरामध्ये व्हॉईड्स तयार होऊ लागल्या.तथापि, निर्णायक वर्तमान घनतेच्या एक तृतीयांश वर व्हॉईड्स उपस्थित नव्हते.याने पुष्टी केली की व्हॉइड निर्मितीमुळे डेंड्राइटची वाढ होते.

टंगस्टन आणि ॲल्युमिनियम ऊर्जा आणि तापमान बदलांना कसा प्रतिसाद देतात याबद्दल आम्हाला जे माहिती आहे त्याचा वापर करून, शास्त्रज्ञांनी नंतर लिथियम या धातूंशी कसा संवाद साधतो हे समजून घेण्यासाठी संगणकीय गणना केली.त्यांनी दाखवून दिले की लिथियमशी संवाद साधताना ॲल्युमिनियमच्या थरांमध्ये व्हॉईड्स विकसित होण्याची शक्यता जास्त असते.या गणनेचा वापर केल्याने भविष्यात चाचणीसाठी धातूचा दुसरा प्रकार निवडणे सोपे होईल.

या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की जेव्हा इलेक्ट्रोलाइट आणि एनोडमध्ये पातळ धातूचा थर जोडला जातो तेव्हा घन इलेक्ट्रोलाइट बॅटरी अधिक विश्वासार्ह असतात.शास्त्रज्ञांनी हे देखील दाखवून दिले की, या प्रकरणात ॲल्युमिनियमऐवजी टंगस्टनऐवजी एक धातू निवडल्याने बॅटरी अधिक काळ टिकू शकते.या प्रकारच्या बॅटरीच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा केल्याने ते आज बाजारात असलेल्या अत्यंत ज्वलनशील द्रव इलेक्ट्रोलाइट बॅटरीज बदलण्याच्या एक पाऊल जवळ आणतील.