നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ, ലാപ്‌ടോപ്പുകൾ, സെൽഫോണുകൾ മുതൽ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾ വരെയുള്ള നിരവധി ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം പകരാൻ റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇന്ന് വിപണിയിലുള്ള ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ സാധാരണയായി സെല്ലിന്റെ മധ്യഭാഗത്തുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു ദ്രാവക ലായനിയെ ആശ്രയിക്കുന്നു.

ബാറ്ററി ഒരു ഉപകരണത്തിന് പവർ നൽകുമ്പോൾ, ലിഥിയം അയോണുകൾ നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത അറ്റത്ത് നിന്ന്, അല്ലെങ്കിൽ ആനോഡിൽ നിന്ന്, ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി, പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത അറ്റത്തേക്ക് അല്ലെങ്കിൽ കാഥോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ബാറ്ററി റീചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ കാഥോഡിൽ നിന്ന്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി, ആനോഡിലേക്ക് മറുവശത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നു.

ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളെ ആശ്രയിക്കുന്ന ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് ഒരു പ്രധാന സുരക്ഷാ പ്രശ്‌നമുണ്ട്: അമിതമായി ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോഴോ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്യുമ്പോഴോ അവ തീപിടിക്കാം. ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് സുരക്ഷിതമായ ഒരു ബദൽ, ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകൾ കൊണ്ടുപോകാൻ ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ബാറ്ററി നിർമ്മിക്കുക എന്നതാണ്.

എന്നിരുന്നാലും, മുൻ പഠനങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയിരിക്കുന്നത് ഒരു ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ ആനോഡിൽ അടിഞ്ഞുകൂടുന്ന ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ചെറിയ ലോഹ വളർച്ചകൾക്ക് കാരണമാകുമെന്നാണ്. ഈ ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതധാരകളിൽ ബാറ്ററികളെ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്യുകയും അവ ഉപയോഗശൂന്യമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ആനോഡിനും ഇടയിലുള്ള അതിർത്തിയിലുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ ചെറിയ ന്യൂനതകളിലാണ് ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച ആരംഭിക്കുന്നത്. ഇന്ത്യയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ അടുത്തിടെ ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച മന്ദഗതിയിലാക്കാനുള്ള ഒരു മാർഗം കണ്ടെത്തി. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ഒരു നേർത്ത ലോഹ പാളി ചേർക്കുന്നതിലൂടെ, ആനോഡിലേക്ക് ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ വളരുന്നത് തടയാൻ അവർക്ക് കഴിയും.

ഈ നേർത്ത ലോഹ പാളി നിർമ്മിക്കുന്നതിന് സാധ്യമായ ലോഹങ്ങളായി അലൂമിനിയവും ടങ്സ്റ്റണും പഠിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ തീരുമാനിച്ചു. കാരണം അലൂമിനിയമോ ടങ്സ്റ്റണോ ലിഥിയവുമായി കലരുന്നില്ല, അല്ലെങ്കിൽ അലോയ് അല്ല. ഇത് ലിഥിയത്തിൽ രൂപപ്പെടുന്ന ന്യൂനതകൾ കുറയ്ക്കുമെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിശ്വസിച്ചു. തിരഞ്ഞെടുത്ത ലോഹം ലിഥിയവുമായി അലോയ് ഉണ്ടാക്കിയാൽ, കാലക്രമേണ ചെറിയ അളവിൽ ലിഥിയം ലോഹ പാളിയിലേക്ക് നീങ്ങും. ഇത് ലിഥിയത്തിൽ ഒരു ശൂന്യത എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു തരം ന്യൂനത അവശേഷിപ്പിക്കും, അവിടെ ഒരു ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപപ്പെടാം.

ലോഹ പാളിയുടെ ഫലപ്രാപ്തി പരിശോധിക്കുന്നതിനായി, മൂന്ന് തരം ബാറ്ററികൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കപ്പെട്ടു: ലിഥിയം ആനോഡിനും സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ഇടയിൽ അലുമിനിയത്തിന്റെ നേർത്ത പാളിയുള്ള ഒന്ന്, ടങ്സ്റ്റണിന്റെ നേർത്ത പാളിയുള്ള ഒന്ന്, ലോഹ പാളിയില്ലാത്ത ഒന്ന്.

ബാറ്ററികൾ പരീക്ഷിക്കുന്നതിനു മുമ്പ്, ആനോഡിനും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള അതിർത്തി സൂക്ഷ്മമായി പരിശോധിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു ഉയർന്ന പവർ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു. ലോഹ പാളിയില്ലാത്ത സാമ്പിളിൽ ചെറിയ വിടവുകളും ദ്വാരങ്ങളും അവർ കണ്ടു, ഈ കുറവുകൾ ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ വളരാൻ സാധ്യതയുള്ള സ്ഥലങ്ങളാണെന്ന് അവർ ശ്രദ്ധിച്ചു. അലുമിനിയം, ടങ്സ്റ്റൺ പാളികളുള്ള രണ്ട് ബാറ്ററികളും സുഗമവും തുടർച്ചയായതുമായി കാണപ്പെട്ടു.

ആദ്യ പരീക്ഷണത്തിൽ, ഓരോ ബാറ്ററിയിലൂടെയും 24 മണിക്കൂർ സ്ഥിരമായ ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം കടന്നുപോയി. ലോഹ പാളിയില്ലാത്ത ബാറ്ററി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്ത് ആദ്യത്തെ 9 മണിക്കൂറിനുള്ളിൽ പരാജയപ്പെട്ടു, ഒരുപക്ഷേ ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച മൂലമാകാം. ഈ പ്രാരംഭ പരീക്ഷണത്തിൽ അലൂമിനിയമോ ടങ്സ്റ്റണോ ഉള്ള ബാറ്ററികളൊന്നും പരാജയപ്പെട്ടില്ല.

ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ച തടയുന്നതിൽ ഏത് ലോഹ പാളിയാണ് നല്ലതെന്ന് നിർണ്ണയിക്കാൻ, അലുമിനിയം, ടങ്സ്റ്റൺ പാളി സാമ്പിളുകളിൽ മാത്രം മറ്റൊരു പരീക്ഷണം നടത്തി. ഈ പരീക്ഷണത്തിൽ, മുമ്പത്തെ പരീക്ഷണത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച വൈദ്യുതധാരയിൽ നിന്ന് ആരംഭിച്ച് ഓരോ ഘട്ടത്തിലും ചെറിയ അളവിൽ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന വൈദ്യുതധാര സാന്ദ്രതയിലൂടെ ബാറ്ററികൾ സൈക്കിൾ ചെയ്തു.

ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ചയ്ക്ക് നിർണായകമായ വൈദ്യുത സാന്ദ്രത ബാറ്ററി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്ത വൈദ്യുത സാന്ദ്രതയാണെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെട്ടു. അലുമിനിയം പാളിയുള്ള ബാറ്ററി ആരംഭ വൈദ്യുതധാരയുടെ മൂന്ന് മടങ്ങ് പരാജയപ്പെട്ടു, ടങ്സ്റ്റൺ പാളിയുള്ള ബാറ്ററി ആരംഭ വൈദ്യുതധാരയുടെ അഞ്ച് മടങ്ങ് കൂടുതൽ പരാജയപ്പെട്ടു. ടങ്സ്റ്റൺ അലുമിനിയത്തേക്കാൾ മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവച്ചു എന്നാണ് ഈ പരീക്ഷണം കാണിക്കുന്നത്.

വീണ്ടും, ആനോഡിനും ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള അതിർത്തി പരിശോധിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ചു. മുൻ പരീക്ഷണത്തിൽ അളന്ന ക്രിട്ടിക്കൽ കറന്റ് സാന്ദ്രതയുടെ മൂന്നിൽ രണ്ട് ഭാഗത്തിൽ ലോഹ പാളിയിൽ ശൂന്യത രൂപപ്പെടാൻ തുടങ്ങിയതായി അവർ കണ്ടു. എന്നിരുന്നാലും, ക്രിട്ടിക്കൽ കറന്റ് സാന്ദ്രതയുടെ മൂന്നിലൊന്നിൽ ശൂന്യത ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. ശൂന്യത രൂപപ്പെടുന്നത് ഡെൻഡ്രൈറ്റ് വളർച്ചയെ മുന്നോട്ട് കൊണ്ടുപോകുന്നുവെന്ന് ഇത് സ്ഥിരീകരിച്ചു.

ടങ്സ്റ്റണും അലുമിനിയവും ഊർജ്ജത്തിനും താപനില മാറ്റങ്ങൾക്കും എങ്ങനെ പ്രതികരിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ച് നമുക്കറിയാവുന്ന കാര്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, ലിഥിയം ഈ ലോഹങ്ങളുമായി എങ്ങനെ ഇടപഴകുന്നുവെന്ന് മനസ്സിലാക്കാൻ 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. ഒരു ലോഹത്തിന് പകരം മറ്റൊന്ന് തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്, ഈ സാഹചര്യത്തിൽ അലൂമിനിയത്തിന് പകരം ടങ്സ്റ്റൺ, ബാറ്ററികൾ കൂടുതൽ കാലം നിലനിൽക്കാൻ സഹായിക്കുമെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ തെളിയിച്ചു. ഇത്തരത്തിലുള്ള ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് ഇന്ന് വിപണിയിലുള്ള വളരെ കത്തുന്ന ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാറ്ററികൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിലേക്ക് അവയെ ഒരു പടി അടുപ്പിക്കും.