आपल्या दैनंदिन जीवनातील लॅपटॉप आणि सेलफोनपासून ते इलेक्ट्रिक कारपर्यंत अनेक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना ऊर्जा देण्यासाठी रिचार्जेबल लिथियम आयन बॅटरी वापरल्या जातात. आज बाजारात उपलब्ध असलेल्या लिथियम आयन बॅटरी सामान्यतः सेलच्या केंद्रस्थानी असलेल्या इलेक्ट्रोलाइट नावाच्या द्रव द्रावणावर अवलंबून असतात.

जेव्हा बॅटरी एखाद्या उपकरणाला ऊर्जा पुरवत असते, तेव्हा लिथियम आयन ऋणप्रभारित टोकाकडून (म्हणजेच ॲनोडकडून) द्रव इलेक्ट्रोलाइटमधून धनप्रभारित टोकाकडे (म्हणजेच कॅथोडकडे) जातात. जेव्हा बॅटरी रिचार्ज केली जात असते, तेव्हा हे आयन उलट दिशेने, कॅथोडकडून इलेक्ट्रोलाइटमधून ॲनोडकडे वाहतात.

द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सवर अवलंबून असलेल्या लिथियम आयन बॅटरींमध्ये एक मोठी सुरक्षिततेची समस्या आहे: ओव्हरचार्ज झाल्यास किंवा शॉर्ट सर्किट झाल्यास त्यांना आग लागू शकते. द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सला एक अधिक सुरक्षित पर्याय म्हणजे अशी बॅटरी तयार करणे, जी ॲनोड आणि कॅथोड दरम्यान लिथियम आयन वाहून नेण्यासाठी घन इलेक्ट्रोलाइटचा वापर करते.

मात्र, पूर्वीच्या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की, सॉलिड इलेक्ट्रोलाइटमुळे बॅटरी चार्ज होत असताना ॲनोडवर डेंड्राइट्स नावाच्या लहान धातूच्या वाढी तयार होतात. हे डेंड्राइट्स कमी विद्युत प्रवाहावर बॅटरीमध्ये शॉर्ट सर्किट घडवतात, ज्यामुळे त्या निरुपयोगी होतात.

इलेक्ट्रोलाइट आणि ॲनोड यांच्या सीमेवरील इलेक्ट्रोलाइटमधील लहान दोषांवर डेंड्राइटची वाढ सुरू होते. भारतातील शास्त्रज्ञांनी अलीकडेच डेंड्राइटची वाढ मंदावण्याचा एक मार्ग शोधला आहे. इलेक्ट्रोलाइट आणि ॲनोड यांच्यामध्ये धातूचा एक पातळ थर टाकून, ते डेंड्राइटला ॲनोडमध्ये वाढण्यापासून रोखू शकतात.

शास्त्रज्ञांनी हा पातळ धातूचा थर तयार करण्यासाठी संभाव्य धातू म्हणून ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टनचा अभ्यास करण्याचे निवडले. याचे कारण असे की ॲल्युमिनियम किंवा टंगस्टन हे लिथियमसोबत मिसळत नाहीत किंवा त्यांचे संमिश्रण होत नाही. शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की यामुळे लिथियममध्ये दोष निर्माण होण्याची शक्यता कमी होईल. जर निवडलेल्या धातूचे लिथियमसोबत संमिश्रण झाले असते, तर कालांतराने लिथियमचे लहान कण धातूच्या थरात शिरू शकले असते. यामुळे लिथियममध्ये 'व्हॉइड' नावाचा एक प्रकारचा दोष निर्माण झाला असता, जिथे नंतर डेंड्राइट तयार होऊ शकला असता.

धातूच्या थराची परिणामकारकता तपासण्यासाठी, तीन प्रकारच्या बॅटरी तयार करण्यात आल्या: एकामध्ये लिथियम ॲनोड आणि घन इलेक्ट्रोलाइट यांच्यामध्ये ॲल्युमिनियमचा पातळ थर होता, एकामध्ये टंगस्टनचा पातळ थर होता आणि एकामध्ये कोणताही धातूचा थर नव्हता.

बॅटरींची चाचणी करण्यापूर्वी, शास्त्रज्ञांनी ॲनोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील सीमारेषेचे बारकाईने निरीक्षण करण्यासाठी स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप नावाच्या उच्च शक्तीच्या सूक्ष्मदर्शकाचा वापर केला. धातूचा थर नसलेल्या नमुन्यामध्ये त्यांना लहान फटी आणि छिद्रे दिसली. त्यांनी नोंदवले की, या त्रुटी डेंड्राइट्स वाढण्यासाठी संभाव्य जागा आहेत. ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टनचे थर असलेल्या दोन्ही बॅटरी गुळगुळीत आणि सलग दिसत होत्या.

पहिल्या प्रयोगात, प्रत्येक बॅटरीमधून २४ तासांसाठी स्थिर विद्युत प्रवाह प्रवाहित करण्यात आला. धातूचा थर नसलेली बॅटरी, बहुधा डेंड्राइटच्या वाढीमुळे, पहिल्या ९ तासांतच शॉर्ट सर्किट होऊन निकामी झाली. या प्राथमिक प्रयोगात ॲल्युमिनियम किंवा टंगस्टन असलेली कोणतीही बॅटरी निकामी झाली नाही.

डेंड्राइटची वाढ रोखण्यासाठी धातूचा कोणता थर अधिक प्रभावी आहे हे ठरवण्यासाठी, केवळ ॲल्युमिनियम आणि टंगस्टनच्या थरांच्या नमुन्यांवर आणखी एक प्रयोग करण्यात आला. या प्रयोगात, मागील प्रयोगात वापरलेल्या प्रवाहापासून सुरुवात करून आणि प्रत्येक टप्प्यावर थोड्या प्रमाणात वाढ करून, बॅटरींना वाढत्या विद्युत प्रवाहाच्या घनतेमधून चक्राकार चालवण्यात आले.

ज्या विद्युत प्रवाहाच्या घनतेवर बॅटरी शॉर्ट सर्किट झाली, ती घनता डेंड्राइट वाढीसाठीची क्रांतिकारक विद्युत प्रवाह घनता मानली जात होती. ॲल्युमिनियमचा थर असलेली बॅटरी सुरुवातीच्या प्रवाहाच्या तिप्पट प्रवाहावर निकामी झाली, आणि टंगस्टनचा थर असलेली बॅटरी सुरुवातीच्या प्रवाहाच्या पाच पटीहून अधिक प्रवाहावर निकामी झाली. या प्रयोगावरून असे दिसून येते की टंगस्टनने ॲल्युमिनियमपेक्षा सरस कामगिरी केली.

पुन्हा, शास्त्रज्ञांनी ॲनोड आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील सीमेची तपासणी करण्यासाठी स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा वापर केला. त्यांना दिसले की, मागील प्रयोगात मोजलेल्या क्रांतिकारक विद्युत प्रवाहाच्या घनतेच्या दोन-तृतीयांश पातळीवर धातूच्या थरात पोकळ्या तयार होऊ लागल्या. तथापि, क्रांतिकारक विद्युत प्रवाहाच्या घनतेच्या एक-तृतीयांश पातळीवर पोकळ्या आढळल्या नाहीत. यावरून हे सिद्ध झाले की, डेंड्राइटच्या वाढीपूर्वी पोकळ्यांची निर्मिती होते.

त्यानंतर शास्त्रज्ञांनी, टंगस्टन आणि ॲल्युमिनियम ऊर्जा आणि तापमानातील बदलांना कसा प्रतिसाद देतात याबद्दलच्या आपल्या ज्ञानाचा वापर करून, लिथियम या धातूंशी कशी आंतरक्रिया करते हे समजून घेण्यासाठी संगणकीय गणना केली. त्यांनी हे दाखवून दिले की लिथियमशी आंतरक्रिया करताना ॲल्युमिनियमच्या थरांमध्ये पोकळ्या निर्माण होण्याची शक्यता खरोखरच जास्त असते. या गणनांचा वापर केल्याने भविष्यात चाचणीसाठी दुसऱ्या प्रकारचा धातू निवडणे सोपे होईल.

या अभ्यासात असे दिसून आले आहे की, इलेक्ट्रोलाइट आणि ॲनोड यांच्यामध्ये धातूचा एक पातळ थर टाकल्यास सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट बॅटरी अधिक विश्वसनीय ठरतात. शास्त्रज्ञांनी हे देखील दाखवून दिले की, एका धातूऐवजी दुसऱ्या धातूची निवड केल्यास, या प्रकरणात ॲल्युमिनियमऐवजी टंगस्टनचा वापर केल्यास, बॅटरीचे आयुष्य आणखी वाढू शकते. या प्रकारच्या बॅटरींची कार्यक्षमता सुधारल्याने, त्या आज बाजारात उपलब्ध असलेल्या अत्यंत ज्वलनशील लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट बॅटरींची जागा घेण्याच्या एक पाऊल जवळ पोहोचतील.