పునర్వినియోగపరచదగిన లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు మన దైనందిన జీవితంలో ల్యాప్‌టాప్‌లు మరియు సెల్‌ఫోన్‌ల నుండి ఎలక్ట్రిక్ కార్ల వరకు అనేక ఎలక్ట్రానిక్‌లకు శక్తినివ్వడానికి ఉపయోగించబడతాయి.నేడు మార్కెట్లో ఉన్న లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు సాధారణంగా సెల్ మధ్యలో ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ అని పిలువబడే ద్రవ ద్రావణంపై ఆధారపడతాయి.

బ్యాటరీ పరికరాన్ని శక్తివంతం చేస్తున్నప్పుడు, లిథియం అయాన్లు ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన ముగింపు లేదా యానోడ్ నుండి ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ముగింపు లేదా కాథోడ్‌కు కదులుతాయి.బ్యాటరీ రీఛార్జ్ అయినప్పుడు, అయాన్లు కాథోడ్ నుండి ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా యానోడ్‌కు ఇతర దిశలో ప్రవహిస్తాయి.

లిక్విడ్ ఎలక్ట్రోలైట్స్‌పై ఆధారపడే లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు ప్రధాన భద్రతా సమస్యను కలిగి ఉంటాయి: ఓవర్‌చార్జ్ చేయబడినప్పుడు లేదా షార్ట్ సర్క్యూట్ అయినప్పుడు అవి మంటల్లో చిక్కుకుంటాయి.ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు సురక్షితమైన ప్రత్యామ్నాయం యానోడ్ మరియు కాథోడ్ మధ్య లిథియం అయాన్‌లను తీసుకువెళ్లడానికి ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగించే బ్యాటరీని నిర్మించడం.

అయినప్పటికీ, మునుపటి అధ్యయనాలు ఒక ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ చిన్న లోహ పెరుగుదలకు దారితీస్తుందని కనుగొన్నారు, దీనిని డెండ్రైట్‌లు అని పిలుస్తారు, ఇది బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు యానోడ్‌పై నిర్మించబడుతుంది.ఈ డెండ్రైట్‌లు తక్కువ కరెంట్‌ల వద్ద బ్యాటరీలను షార్ట్ సర్క్యూట్ చేసి వాటిని ఉపయోగించలేనివిగా చేస్తాయి.

ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు యానోడ్ మధ్య సరిహద్దు వద్ద ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని చిన్న లోపాల వద్ద డెండ్రైట్ పెరుగుదల ప్రారంభమవుతుంది.భారతదేశంలోని శాస్త్రవేత్తలు ఇటీవల డెండ్రైట్ పెరుగుదలను తగ్గించే మార్గాన్ని కనుగొన్నారు.ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు యానోడ్ మధ్య సన్నని లోహ పొరను జోడించడం ద్వారా, అవి యానోడ్‌లోకి డెండ్రైట్‌లు పెరగకుండా ఆపగలవు.

ఈ సన్నని లోహ పొరను నిర్మించడానికి శాస్త్రవేత్తలు అల్యూమినియం మరియు టంగ్‌స్టన్‌లను సాధ్యమైనంత లోహాలుగా అధ్యయనం చేయడానికి ఎంచుకున్నారు.ఎందుకంటే అల్యూమినియం లేదా టంగ్‌స్టన్ మిక్స్, లేదా మిశ్రమం, లిథియంతో ఉండవు.ఇది లిథియంలో ఏర్పడే లోపాల సంభావ్యతను తగ్గిస్తుందని శాస్త్రవేత్తలు విశ్వసించారు.ఎంచుకున్న లోహం లిథియంతో మిశ్రమం చేస్తే, చిన్న మొత్తంలో లిథియం కాలక్రమేణా లోహ పొరలోకి కదులుతుంది.ఇది లిథియంలో శూన్యం అని పిలువబడే ఒక రకమైన లోపాన్ని వదిలివేస్తుంది, అక్కడ డెండ్రైట్ ఏర్పడుతుంది.

లోహ పొర యొక్క ప్రభావాన్ని పరీక్షించడానికి, మూడు రకాల బ్యాటరీలు సమీకరించబడ్డాయి: ఒకటి లిథియం యానోడ్ మరియు ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య అల్యూమినియం యొక్క పలుచని పొరతో, టంగ్స్టన్ యొక్క పలుచని పొరతో మరియు లోహ పొర లేనిది.

బ్యాటరీలను పరీక్షించే ముందు, శాస్త్రవేత్తలు యానోడ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య సరిహద్దును దగ్గరగా చూడటానికి స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ అని పిలిచే అధిక శక్తితో కూడిన మైక్రోస్కోప్‌ను ఉపయోగించారు.వారు నమూనాలో లోహ పొర లేకుండా చిన్న ఖాళీలు మరియు రంధ్రాలను చూశారు, ఈ లోపాలు డెండ్రైట్‌లు పెరగడానికి అవకాశం ఉన్న ప్రదేశాలని గుర్తించారు.అల్యూమినియం మరియు టంగ్‌స్టన్ లేయర్‌లతో రెండు బ్యాటరీలు మృదువైన మరియు నిరంతరంగా కనిపించాయి.

మొదటి ప్రయోగంలో, ప్రతి బ్యాటరీ ద్వారా 24 గంటలపాటు స్థిరమైన విద్యుత్తును సైకిల్ చేయడం జరిగింది.మెటాలిక్ లేయర్ లేని బ్యాటరీ షార్ట్ సర్క్యూట్ చేయబడి మొదటి 9 గంటల్లో విఫలమైంది, డెండ్రైట్ పెరుగుదల కారణంగా ఉండవచ్చు.ఈ ప్రారంభ ప్రయోగంలో అల్యూమినియం లేదా టంగ్‌స్టన్‌తో కూడిన బ్యాటరీ ఏదీ విఫలం కాలేదు.

డెండ్రైట్ పెరుగుదలను ఆపడంలో ఏ లోహపు పొర మంచిదో గుర్తించడానికి, కేవలం అల్యూమినియం మరియు టంగ్‌స్టన్ లేయర్ నమూనాలపై మరొక ప్రయోగం జరిగింది.ఈ ప్రయోగంలో, బ్యాటరీలు కరెంట్ సాంద్రతలను పెంచడం ద్వారా సైకిల్ చేయబడి, మునుపటి ప్రయోగంలో ఉపయోగించిన కరెంట్‌తో ప్రారంభించి, ప్రతి దశలో కొద్ది మొత్తంలో పెరుగుతాయి.

బ్యాటరీ షార్ట్ సర్క్యూట్ చేయబడిన ప్రస్తుత సాంద్రత డెండ్రైట్ పెరుగుదలకు కీలకమైన కరెంట్ సాంద్రత అని నమ్ముతారు.అల్యూమినియం లేయర్‌తో బ్యాటరీ స్టార్టింగ్ కరెంట్ కంటే మూడు రెట్లు విఫలమైంది మరియు టంగ్‌స్టన్ లేయర్‌తో బ్యాటరీ ప్రారంభ కరెంట్ కంటే ఐదు రెట్లు ఎక్కువ విఫలమైంది.ఈ ప్రయోగం టంగ్‌స్టన్ అల్యూమినియంను అధిగమించిందని చూపిస్తుంది.

మళ్ళీ, శాస్త్రవేత్తలు యానోడ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య సరిహద్దును పరిశీలించడానికి స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌ను ఉపయోగించారు.మునుపటి ప్రయోగంలో కొలిచిన క్రిటికల్ కరెంట్ సాంద్రతలలో మూడింట రెండు వంతుల వద్ద లోహపు పొరలో శూన్యాలు ఏర్పడటం ప్రారంభించినట్లు వారు చూశారు.అయినప్పటికీ, క్రిటికల్ కరెంట్ డెన్సిటీలో మూడింట ఒక వంతు వద్ద శూన్యాలు లేవు.శూన్యం ఏర్పడటం డెండ్రైట్ పెరుగుదలను కొనసాగిస్తుందని ఇది ధృవీకరించింది.

శక్తి మరియు ఉష్ణోగ్రత మార్పులకు టంగ్‌స్టన్ మరియు అల్యూమినియం ఎలా స్పందిస్తాయనే దాని గురించి మనకు తెలిసిన వాటిని ఉపయోగించి, ఈ లోహాలతో లిథియం ఎలా సంకర్షణ చెందుతుందో అర్థం చేసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలు గణన గణనలను అమలు చేశారు.లిథియంతో సంకర్షణ చెందుతున్నప్పుడు అల్యూమినియం పొరలు శూన్యాలు అభివృద్ధి చెందడానికి అధిక సంభావ్యతను కలిగి ఉన్నాయని వారు నిరూపించారు.ఈ గణనలను ఉపయోగించడం వల్ల భవిష్యత్తులో పరీక్షించడానికి మరొక రకమైన లోహాన్ని ఎంచుకోవడం సులభం అవుతుంది.

ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు యానోడ్ మధ్య సన్నని లోహ పొరను జోడించినప్పుడు ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ బ్యాటరీలు మరింత నమ్మదగినవని ఈ అధ్యయనం చూపించింది.అల్యూమినియంకు బదులుగా టంగ్‌స్టన్‌లో ఒక లోహాన్ని మరొకదానిపై ఎంచుకోవడం వల్ల బ్యాటరీలు ఎక్కువ కాలం ఉండేలా చేయగలవని శాస్త్రవేత్తలు నిరూపించారు.ఈ రకమైన బ్యాటరీల పనితీరును మెరుగుపరచడం ఈరోజు మార్కెట్లో ఉన్న అత్యంత మండే ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ బ్యాటరీలను భర్తీ చేయడానికి వాటిని ఒక అడుగు దగ్గరగా తీసుకువస్తుంది.