റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾ നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ ലാപ്‌ടോപ്പുകളും സെൽഫോണുകളും മുതൽ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾ വരെയുള്ള നിരവധി ഇലക്ട്രോണിക്‌സ് പവർ ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.ഇന്ന് വിപണിയിലുള്ള ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾ സാധാരണയായി സെല്ലിൻ്റെ മധ്യഭാഗത്തുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്ന ദ്രാവക ലായനിയെ ആശ്രയിക്കുന്നു.

ബാറ്ററി ഒരു ഉപകരണത്തിന് ശക്തി പകരുമ്പോൾ, ലിഥിയം അയോണുകൾ നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത അറ്റത്ത് നിന്ന് അല്ലെങ്കിൽ ആനോഡിൽ നിന്ന് ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള അറ്റത്തേക്ക് അല്ലെങ്കിൽ കാഥോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു.ബാറ്ററി റീചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ കാഥോഡിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി ആനോഡിലേക്ക് മറ്റൊരു ദിശയിലേക്ക് ഒഴുകുന്നു.

ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളെ ആശ്രയിക്കുന്ന ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾക്ക് ഒരു പ്രധാന സുരക്ഷാ പ്രശ്‌നമുണ്ട്: അമിതമായി ചാർജുചെയ്യുമ്പോഴോ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ആകുമ്പോഴോ അവയ്ക്ക് തീപിടിക്കാം.ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകൾ കൊണ്ടുപോകാൻ സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററി നിർമ്മിക്കുക എന്നതാണ് ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് സുരക്ഷിതമായ ഒരു ബദൽ.

എന്നിരുന്നാലും, ബാറ്ററി ചാർജുചെയ്യുമ്പോൾ ആനോഡിൽ അടിഞ്ഞുകൂടുന്ന ഡെൻഡ്രൈറ്റ്സ് എന്ന ചെറിയ ലോഹവളർച്ചകളിലേക്ക് ഒരു സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് നയിച്ചതായി മുൻ പഠനങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.ഈ ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ കുറഞ്ഞ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൽ ബാറ്ററികളെ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഉപയോഗശൂന്യമാക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ആനോഡിനും ഇടയിലുള്ള അതിർത്തിയിലുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ ചെറിയ പിഴവുകളിൽ നിന്നാണ് ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച ആരംഭിക്കുന്നത്.ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ചയെ മന്ദഗതിയിലാക്കാനുള്ള ഒരു മാർഗം അടുത്തിടെ ഇന്ത്യയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ഒരു നേർത്ത ലോഹ പാളി ചേർക്കുന്നതിലൂടെ, ആനോഡിലേക്ക് ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ വളരുന്നത് തടയാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയും.

ഈ നേർത്ത ലോഹ പാളി നിർമ്മിക്കാൻ സാധ്യമായ ലോഹങ്ങൾ എന്ന നിലയിൽ അലൂമിനിയവും ടങ്സ്റ്റണും പഠിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ തിരഞ്ഞെടുത്തു.കാരണം, അലൂമിനിയമോ ടങ്സ്റ്റണോ ലിഥിയവുമായി മിശ്രണം ചെയ്യുന്നില്ല.ഇത് ലിഥിയത്തിൽ ന്യൂനതകൾ ഉണ്ടാകാനുള്ള സാധ്യത കുറയ്ക്കുമെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിശ്വസിച്ചു.തിരഞ്ഞെടുത്ത ലോഹം ലിഥിയവുമായി അലോയ് ചെയ്താൽ, ചെറിയ അളവിലുള്ള ലിഥിയം കാലക്രമേണ ലോഹ പാളിയിലേക്ക് നീങ്ങും.ഇത് ലിഥിയത്തിൽ ഒരു ശൂന്യത എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു തരം തകരാർ അവശേഷിപ്പിക്കും, അവിടെ ഒരു ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപപ്പെടാം.

മെറ്റാലിക് പാളിയുടെ ഫലപ്രാപ്തി പരിശോധിക്കുന്നതിനായി, മൂന്ന് തരം ബാറ്ററികൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കപ്പെട്ടു: ഒന്ന് ലിഥിയം ആനോഡിനും സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ഇടയിൽ അലൂമിനിയത്തിൻ്റെ നേർത്ത പാളി, ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ നേർത്ത പാളി, ലോഹ പാളി ഇല്ലാത്ത ഒന്ന്.

ബാറ്ററികൾ പരിശോധിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ആനോഡും ഇലക്ട്രോലൈറ്റും തമ്മിലുള്ള അതിരുകൾ സൂക്ഷ്മമായി പരിശോധിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് എന്ന് വിളിക്കുന്ന ഉയർന്ന പവർ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു.സാമ്പിളിൽ ലോഹ പാളികളില്ലാത്ത ചെറിയ വിടവുകളും ദ്വാരങ്ങളും അവർ കണ്ടു, ഈ ന്യൂനതകൾ ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ വളരാനുള്ള സാധ്യതയുള്ള സ്ഥലങ്ങളാണെന്ന് അഭിപ്രായപ്പെട്ടു.അലുമിനിയം, ടങ്സ്റ്റൺ പാളികളുള്ള രണ്ട് ബാറ്ററികളും മിനുസമാർന്നതും തുടർച്ചയായി കാണപ്പെട്ടു.

ആദ്യ പരീക്ഷണത്തിൽ, ഓരോ ബാറ്ററിയിലൂടെയും 24 മണിക്കൂർ സ്ഥിരമായ വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൈക്കിൾ ചെയ്തു.മെറ്റാലിക് ലെയർ ഇല്ലാത്ത ബാറ്ററി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്ത് ആദ്യത്തെ 9 മണിക്കൂറിനുള്ളിൽ പരാജയപ്പെട്ടു, ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച കാരണം.ഈ പ്രാരംഭ പരീക്ഷണത്തിൽ അലുമിനിയം അല്ലെങ്കിൽ ടങ്സ്റ്റൺ ഉള്ള ബാറ്ററികളൊന്നും പരാജയപ്പെട്ടില്ല.

ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച തടയാൻ ഏത് ലോഹ പാളിയാണ് മികച്ചതെന്ന് നിർണ്ണയിക്കാൻ, അലുമിനിയം, ടങ്സ്റ്റൺ ലെയർ സാമ്പിളുകളിൽ മറ്റൊരു പരീക്ഷണം നടത്തി.ഈ പരീക്ഷണത്തിൽ, മുമ്പത്തെ പരീക്ഷണത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച വൈദ്യുതധാരയിൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് ഓരോ ഘട്ടത്തിലും ചെറിയ അളവിൽ വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിലൂടെ ബാറ്ററികൾ സൈക്കിൾ ചെയ്തു.

ബാറ്ററി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്ത നിലവിലെ സാന്ദ്രത ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ചയുടെ നിർണായകമായ നിലവിലെ സാന്ദ്രതയാണെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.അലൂമിനിയം ലെയറുള്ള ബാറ്ററി പ്രാരംഭ കറൻ്റിൻ്റെ മൂന്നിരട്ടിയിൽ പരാജയപ്പെട്ടു, ടങ്സ്റ്റൺ ലെയറുള്ള ബാറ്ററി പ്രാരംഭ കറൻ്റിൻ്റെ അഞ്ചിരട്ടിയിൽ പരാജയപ്പെട്ടു.ഈ പരീക്ഷണം കാണിക്കുന്നത് ടങ്സ്റ്റൺ അലൂമിനിയത്തെ മറികടന്നു എന്നാണ്.

വീണ്ടും, ആനോഡും ഇലക്ട്രോലൈറ്റും തമ്മിലുള്ള അതിർത്തി പരിശോധിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു.മുൻ പരീക്ഷണത്തിൽ അളന്ന ക്രിട്ടിക്കൽ കറൻ്റ് ഡെൻസിറ്റിയുടെ മൂന്നിൽ രണ്ട് ഭാഗത്ത് ലോഹ പാളിയിൽ ശൂന്യത രൂപപ്പെടാൻ തുടങ്ങിയതായി അവർ കണ്ടു.എന്നിരുന്നാലും, നിർണ്ണായകമായ നിലവിലെ സാന്ദ്രതയുടെ മൂന്നിലൊന്നിൽ ശൂന്യത ഉണ്ടായിരുന്നില്ല.ശൂന്യമായ രൂപീകരണം ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ചയ്ക്ക് കാരണമാകുമെന്ന് ഇത് സ്ഥിരീകരിച്ചു.

ടങ്സ്റ്റണും അലൂമിനിയവും ഊർജ്ജത്തോടും താപനില വ്യതിയാനത്തോടും എങ്ങനെ പ്രതികരിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ച് നമുക്കറിയാവുന്ന കാര്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, ഈ ലോഹങ്ങളുമായി ലിഥിയം എങ്ങനെ ഇടപഴകുന്നുവെന്ന് മനസിലാക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്തി.ലിഥിയവുമായി ഇടപഴകുമ്പോൾ അലുമിനിയം പാളികൾക്ക് ശൂന്യത ഉണ്ടാകാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണെന്ന് അവർ തെളിയിച്ചു.ഈ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഭാവിയിൽ പരീക്ഷിക്കാൻ മറ്റൊരു തരം ലോഹം തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് എളുപ്പമാക്കും.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ഒരു നേർത്ത ലോഹ പാളി ചേർക്കുമ്പോൾ ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററികൾ കൂടുതൽ വിശ്വസനീയമാണെന്ന് ഈ പഠനം തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്.അലൂമിനിയത്തിനുപകരം ടങ്സ്റ്റൺ, ഈ സാഹചര്യത്തിൽ ഒരു ലോഹത്തെ മറ്റൊന്നിനു മുകളിൽ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് ബാറ്ററികൾ കൂടുതൽ നേരം നിലനിൽക്കാൻ സഹായിക്കുമെന്നും ശാസ്ത്രജ്ഞർ തെളിയിച്ചു.ഇത്തരത്തിലുള്ള ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത്, ഇന്ന് വിപണിയിലുള്ള അത്യധികം ജ്വലിക്കുന്ന ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററികൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് ഒരു പടി കൂടി അടുപ്പിക്കും.