रिचार्जेबल लिथियम आयन ब्याट्रीहरू हाम्रो दैनिक जीवनमा ल्यापटप र सेलफोनदेखि इलेक्ट्रिक कारहरूमा धेरै इलेक्ट्रोनिक्सलाई शक्ति दिन प्रयोग गरिन्छ।आज बजारमा लिथियम आयन ब्याट्रीहरू सामान्यतया सेलको केन्द्रमा इलेक्ट्रोलाइट भनिने तरल समाधानमा निर्भर हुन्छन्।

जब ब्याट्रीले यन्त्रलाई पावर गरिरहेको हुन्छ, लिथियम आयनहरू नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको छेउबाट, वा एनोड, तरल इलेक्ट्रोलाइट मार्फत, सकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको छेउमा, वा क्याथोडमा सर्छन्।जब ब्याट्री रिचार्ज भइरहेको छ, आयनहरू क्याथोडबाट अर्को दिशामा, इलेक्ट्रोलाइट मार्फत, एनोडमा प्रवाहित हुन्छन्।

लिथियम आयन ब्याट्रीहरू जसले तरल इलेक्ट्रोलाइटहरूमा निर्भर गर्दछ एक प्रमुख सुरक्षा समस्या छ: तिनीहरूले अधिक चार्ज वा सर्ट सर्किट हुँदा आगोमा समात्न सक्छ।तरल इलेक्ट्रोलाइटहरूको सुरक्षित विकल्प भनेको ब्याट्री निर्माण गर्नु हो जसले एनोड र क्याथोडको बीचमा लिथियम आयनहरू बोक्न ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रयोग गर्दछ।

यद्यपि, अघिल्लो अध्ययनहरूले पत्ता लगाएका छन् कि ठोस इलेक्ट्रोलाइटले सानो धातुको वृद्धिलाई निम्त्याउँछ, जसलाई डेन्ड्राइट भनिन्छ, जुन ब्याट्री चार्ज हुँदा एनोडमा निर्माण हुनेछ।यी डेन्ड्राइटहरूले कम प्रवाहमा ब्याट्रीहरूलाई सर्ट सर्किट गर्दछ, तिनीहरूलाई प्रयोग गर्न नसकिने बनाउँछ।

डेन्ड्राइट वृद्धि इलेक्ट्रोलाइट र एनोड बीचको सीमामा इलेक्ट्रोलाइटमा साना त्रुटिहरूमा सुरु हुन्छ।भारतका वैज्ञानिकहरूले भर्खरै डेन्ड्राइटको वृद्धिलाई सुस्त बनाउने तरिका पत्ता लगाएका छन्।इलेक्ट्रोलाइट र एनोडको बीचमा पातलो धातुको तह थपेर, तिनीहरूले डेन्ड्राइटहरूलाई एनोडमा बढ्नबाट रोक्न सक्छन्।

वैज्ञानिकहरूले यो पातलो धातु तह निर्माण गर्न सम्भावित धातुहरूको रूपमा एल्युमिनियम र टंगस्टन अध्ययन गर्न छनौट गरे।यो किनभने न त एल्युमिनियम न टंगस्टन मिश्रण, वा मिश्र धातु, लिथियम संग।वैज्ञानिकहरूले विश्वास गरे कि यसले लिथियममा त्रुटिहरू बन्ने सम्भावना कम गर्नेछ।यदि छनोट गरिएको धातुले लिथियमसँग मिश्रित गर्यो भने, लिथियमको सानो मात्रा समयको साथ धातु तहमा जान सक्छ।यसले लिथियममा शून्य भनिने एक प्रकारको दोष छोड्छ जहाँ डेन्ड्राइट बन्न सक्छ।

धातु तहको प्रभावकारिता परीक्षण गर्नको लागि, तीन प्रकारका ब्याट्रीहरू भेला गरियो: लिथियम एनोड र ठोस इलेक्ट्रोलाइट बीचको एल्युमिनियमको पातलो तह भएको, टंगस्टनको पातलो तह भएको र धातुको तह बिनाको।

ब्याट्री परीक्षण गर्नु अघि, वैज्ञानिकहरूले एनोड र इलेक्ट्रोलाइट बीचको सीमालाई नजिकबाट हेर्नको लागि स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप भनिने उच्च शक्तिको माइक्रोस्कोप प्रयोग गरे।तिनीहरूले नमूनामा धातुको तह बिना साना खाली ठाउँहरू र प्वालहरू देखे, यी त्रुटिहरू डेन्ड्राइटहरू बढ्नको लागि सम्भावित ठाउँहरू हुन् भनेर उल्लेख गर्दै।एल्युमिनियम र टंगस्टन तहहरू भएका दुवै ब्याट्रीहरू चिल्लो र निरन्तर देखिन्थे।

पहिलो प्रयोगमा, प्रत्येक ब्याट्रीमा २४ घण्टासम्म निरन्तर विद्युतीय प्रवाह चलाइएको थियो।मेटालिक लेयर नभएको ब्याट्री पहिलो ९ घन्टा भित्र सर्ट भई असफल भयो, सम्भवतः डेन्ड्राइटको वृद्धिको कारणले।यस प्रारम्भिक प्रयोगमा न त एल्युमिनियम वा टंगस्टन भएको ब्याट्री असफल भयो।

डेन्ड्राइट वृद्धि रोक्न कुन धातुको तह राम्रो थियो भनेर निर्धारण गर्न, अर्को प्रयोग मात्र एल्युमिनियम र टंगस्टन तह नमूनाहरूमा गरिएको थियो।यस प्रयोगमा, ब्याट्रीहरू अघिल्लो प्रयोगमा प्रयोग गरिएको वर्तमानबाट सुरु गरी प्रत्येक चरणमा थोरै मात्रामा बढ्दै, वर्तमान घनत्व बढाएर साइकल गरिएको थियो।

ब्याट्री सर्ट सर्किट भएको वर्तमान घनत्व डेन्ड्राइट वृद्धिको लागि महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्व हो भन्ने विश्वास गरिएको थियो।एल्युमिनियम तह भएको ब्याट्री सुरुको प्रवाहको तीन गुणा असफल भयो, र टंगस्टन तहको ब्याट्री सुरुको प्रवाहको पाँच गुणा बढी असफल भयो।यो प्रयोगले देखाउँछ कि टंगस्टनले एल्युमिनियमलाई राम्रो बनायो।

फेरि, वैज्ञानिकहरूले एनोड र इलेक्ट्रोलाइट बीचको सीमा निरीक्षण गर्न स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप प्रयोग गरे।तिनीहरूले देखे कि पहिलेको प्रयोगमा मापन गरिएको महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्वको दुई तिहाइमा धातु तहमा शून्यताहरू बन्न थाले।यद्यपि, महत्वपूर्ण वर्तमान घनत्वको एक तिहाइमा शून्यहरू उपस्थित थिएनन्।यसले पुष्टि गर्‍यो कि शून्य गठनले डेन्ड्राइटको वृद्धिलाई अगाडि बढाउँछ।

त्यसपछि वैज्ञानिकहरूले टंगस्टन र एल्युमिनियमले ऊर्जा र तापक्रम परिवर्तनलाई कसरी प्रतिक्रिया दिन्छन् भन्ने बारे हामीलाई थाहा भएको कुरा प्रयोग गरेर लिथियमले यी धातुहरूसँग कसरी अन्तरक्रिया गर्छ भनेर बुझ्न कम्प्युटेशनल गणनाहरू चलाए।तिनीहरूले प्रदर्शन गरे कि एल्युमिनियम तहहरू वास्तवमा लिथियमसँग अन्तरक्रिया गर्दा शून्यताको विकासको लागि उच्च सम्भावना हुन्छ।यी गणनाहरू प्रयोग गरेर भविष्यमा परीक्षण गर्नको लागि अर्को प्रकारको धातु छनौट गर्न सजिलो हुनेछ।

यस अध्ययनले देखाएको छ कि ठोस इलेक्ट्रोलाइट ब्याट्रीहरू अधिक भरपर्दो हुन्छन् जब इलेक्ट्रोलाइट र एनोड बीच पातलो धातुको तह थपिन्छ।यस अवस्थामा एल्युमिनियमको सट्टा टंगस्टनले एउटा धातुलाई अर्को धातु छनोट गर्दा ब्याट्री अझ लामो समयसम्म टिक्न सक्छ भनी वैज्ञानिकहरूले देखाए।यी प्रकारका ब्याट्रीहरूको कार्यसम्पादनमा सुधारले तिनीहरूलाई आज बजारमा अत्यधिक ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट ब्याट्रीहरू प्रतिस्थापन गर्न एक कदम नजिक ल्याउनेछ।