રિચાર્જેબલ લિથિયમ આયન બેટરીનો ઉપયોગ આપણા રોજિંદા જીવનમાં લેપટોપ અને સેલફોનથી લઈને ઈલેક્ટ્રિક કાર સુધીના ઘણા ઈલેક્ટ્રોનિક્સને પાવર આપવા માટે થાય છે.બજારમાં આજે લિથિયમ આયન બેટરીઓ સામાન્ય રીતે કોષના કેન્દ્રમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઓળખાતા પ્રવાહી દ્રાવણ પર આધાર રાખે છે.

જ્યારે બેટરી ઉપકરણને પાવર કરતી હોય, ત્યારે લિથિયમ આયનો નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા છેડામાંથી અથવા એનોડ, પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા છેડા અથવા કેથોડ તરફ જાય છે.જ્યારે બેટરી રિચાર્જ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આયનો કેથોડમાંથી બીજી દિશામાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા, એનોડ તરફ વહે છે.

લિથિયમ આયન બેટરીઓ જે લિક્વિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ પર આધાર રાખે છે તેમાં મુખ્ય સલામતી સમસ્યા હોય છે: જ્યારે વધારે ચાર્જ થાય અથવા શોર્ટ સર્કિટ થાય ત્યારે તે આગ પકડી શકે છે.લિક્વિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો સલામત વિકલ્પ એ બેટરી બનાવવાનો છે જે એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે લિથિયમ આયનોને વહન કરવા માટે ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરે છે.

જો કે, અગાઉના અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે ઘન ઈલેક્ટ્રોલાઈટ નાની ધાતુની વૃદ્ધિ તરફ દોરી જાય છે, જેને ડેંડ્રાઈટ્સ કહેવાય છે, જે બેટરી ચાર્જ કરતી વખતે એનોડ પર બને છે.આ ડેંડ્રાઈટ્સ બેટરીને ઓછા પ્રવાહમાં શોર્ટ સર્કિટ કરે છે, જે તેમને બિનઉપયોગી બનાવે છે.

ડેંડ્રાઇટ વૃદ્ધિ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને એનોડ વચ્ચેની સીમા પર ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં નાની ખામીઓથી શરૂ થાય છે.ભારતમાં વૈજ્ઞાનિકોએ તાજેતરમાં ડેંડ્રાઈટની વૃદ્ધિ ધીમી કરવાની રીત શોધી કાઢી છે.ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને એનોડ વચ્ચે પાતળું મેટાલિક સ્તર ઉમેરીને, તેઓ ડેંડ્રાઇટ્સને એનોડમાં વધતા અટકાવી શકે છે.

વૈજ્ઞાનિકોએ આ પાતળા ધાતુના સ્તરને બનાવવા માટે શક્ય ધાતુઓ તરીકે એલ્યુમિનિયમ અને ટંગસ્ટનનો અભ્યાસ કરવાનું પસંદ કર્યું.આ એટલા માટે છે કારણ કે લિથિયમ સાથે એલ્યુમિનિયમ કે ટંગસ્ટન મિશ્રણ અથવા એલોય નથી.વૈજ્ઞાનિકોનું માનવું હતું કે આનાથી લિથિયમમાં ખામી સર્જાવાની સંભાવના ઘટી જશે.જો પસંદ કરેલી ધાતુ લિથિયમ સાથે એલોય કરે છે, તો લિથિયમની થોડી માત્રા સમય જતાં ધાતુના સ્તરમાં જઈ શકે છે.આનાથી લિથિયમમાં રદબાતલ નામનો એક પ્રકારનો ક્ષતિ રહી જશે જ્યાં પછી ડેંડ્રાઈટ બની શકે છે.

ધાતુના સ્તરની અસરકારકતા ચકાસવા માટે, ત્રણ પ્રકારની બેટરીઓ એસેમ્બલ કરવામાં આવી હતી: એક લિથિયમ એનોડ અને ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચે એલ્યુમિનિયમના પાતળા સ્તર સાથે, એક ટંગસ્ટનના પાતળા સ્તર સાથે અને એક ધાતુના સ્તર વિના.

બેટરીનું પરીક્ષણ કરતા પહેલા, વૈજ્ઞાનિકોએ એનોડ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચેની સીમાને નજીકથી જોવા માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળા માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કર્યો, જેને સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ કહેવાય છે.તેઓએ નમૂનામાં ધાતુના સ્તર વગરના નાના ગાબડા અને છિદ્રો જોયા, નોંધ્યું કે આ ખામીઓ ડેંડ્રાઈટ્સ માટે સંભવિત સ્થાનો છે.એલ્યુમિનિયમ અને ટંગસ્ટન સ્તરોવાળી બંને બેટરીઓ સરળ અને સતત દેખાતી હતી.

પ્રથમ પ્રયોગમાં, દરેક બેટરી દ્વારા 24 કલાક માટે સતત વિદ્યુત પ્રવાહ સાયકલ કરવામાં આવ્યો હતો.મેટાલિક લેયર વગરની બેટરી પ્રથમ 9 કલાકમાં શોર્ટ સર્કિટ થઈ અને નિષ્ફળ ગઈ, સંભવતઃ ડેંડ્રાઈટ વૃદ્ધિને કારણે.આ પ્રારંભિક પ્રયોગમાં એલ્યુમિનિયમ અથવા ટંગસ્ટન સાથેની બેટરી નિષ્ફળ ગઈ.

ડેંડ્રાઇટની વૃદ્ધિને રોકવા માટે કયું ધાતુનું સ્તર વધુ સારું છે તે નિર્ધારિત કરવા માટે, માત્ર એલ્યુમિનિયમ અને ટંગસ્ટન સ્તરના નમૂનાઓ પર બીજો પ્રયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.આ પ્રયોગમાં, બેટરીને વર્તમાન ઘનતામાં વધારો કરીને, અગાઉના પ્રયોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વર્તમાનથી શરૂ કરીને અને દરેક પગલા પર થોડી માત્રામાં વધારો કરીને સાયકલ કરવામાં આવી હતી.

વર્તમાન ઘનતા કે જેના પર બેટરી શોર્ટ સર્કિટ થાય છે તે ડેંડ્રાઈટ વૃદ્ધિ માટે નિર્ણાયક વર્તમાન ઘનતા હોવાનું માનવામાં આવતું હતું.એલ્યુમિનિયમ સ્તરવાળી બેટરી પ્રારંભિક પ્રવાહના ત્રણ ગણા પર નિષ્ફળ ગઈ, અને ટંગસ્ટન સ્તરવાળી બેટરી પ્રારંભિક પ્રવાહના પાંચ ગણાથી વધુ નિષ્ફળ ગઈ.આ પ્રયોગ બતાવે છે કે ટંગસ્ટન એલ્યુમિનિયમ કરતાં વધુ પ્રદર્શન કરે છે.

ફરીથી, વૈજ્ઞાનિકોએ એનોડ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચેની સીમાનું નિરીક્ષણ કરવા માટે સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કર્યો.તેઓએ જોયું કે અગાઉના પ્રયોગમાં માપવામાં આવેલી નિર્ણાયક વર્તમાન ઘનતાના બે તૃતીયાંશ ભાગમાં ધાતુના સ્તરમાં ખાલીપો બનવાનું શરૂ થયું હતું.જો કે, નિર્ણાયક વર્તમાન ઘનતાના ત્રીજા ભાગ પર voids હાજર ન હતા.આ પુષ્ટિ કરે છે કે રદબાતલ રચના ડેંડ્રાઇટ વૃદ્ધિને આગળ ધપાવે છે.

ટંગસ્ટન અને એલ્યુમિનિયમ ઊર્જા અને તાપમાનના ફેરફારોને કેવી રીતે પ્રતિસાદ આપે છે તે વિશે આપણે જે જાણીએ છીએ તેનો ઉપયોગ કરીને, વૈજ્ઞાનિકોએ પછી લિથિયમ આ ધાતુઓ સાથે કેવી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે તે સમજવા માટે કોમ્પ્યુટેશનલ ગણતરીઓ ચલાવી.તેઓએ દર્શાવ્યું હતું કે એલ્યુમિનિયમ સ્તરો લિથિયમ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વખતે ખાલી જગ્યાઓના વિકાસની ઉચ્ચ સંભાવના ધરાવે છે.આ ગણતરીઓનો ઉપયોગ કરવાથી ભવિષ્યમાં પરીક્ષણ કરવા માટે અન્ય પ્રકારની ધાતુ પસંદ કરવાનું સરળ બનશે.

આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને એનોડ વચ્ચે પાતળું મેટાલિક સ્તર ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે નક્કર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બેટરીઓ વધુ વિશ્વસનીય હોય છે.વૈજ્ઞાનિકોએ એ પણ દર્શાવ્યું હતું કે આ કિસ્સામાં એલ્યુમિનિયમને બદલે ટંગસ્ટનને બદલે એક ધાતુને પસંદ કરવાથી બેટરી વધુ લાંબો સમય ટકી શકે છે.આ પ્રકારની બેટરીઓના પ્રદર્શનમાં સુધારો કરવાથી તેઓ આજે બજારમાં અત્યંત જ્વલનશીલ પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બેટરીને બદલવાની એક પગલું નજીક લાવશે.