রিচার্জেবল লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি আমাদের দৈনন্দিন জীবনে ল্যাপটপ এবং সেলফোন থেকে বৈদ্যুতিক গাড়ি পর্যন্ত অনেক ইলেকট্রনিক্সকে পাওয়ার জন্য ব্যবহার করা হয়।বর্তমানে বাজারে লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিগুলি সাধারণত কোষের কেন্দ্রে একটি তরল দ্রবণ, যাকে ইলেক্ট্রোলাইট বলা হয়, এর উপর নির্ভর করে।

যখন ব্যাটারি একটি ডিভাইসকে শক্তি দেয়, তখন লিথিয়াম আয়ন নেতিবাচকভাবে চার্জ করা প্রান্ত থেকে, বা অ্যানোড, তরল ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে, ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্রান্তে বা ক্যাথোডে চলে যায়।যখন ব্যাটারি রিচার্জ করা হচ্ছে, আয়নগুলি ক্যাথোড থেকে অন্য দিকে প্রবাহিত হয়, ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে, অ্যানোডে।

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি যা তরল ইলেক্ট্রোলাইটের উপর নির্ভর করে তাদের একটি প্রধান নিরাপত্তা সমস্যা রয়েছে: অতিরিক্ত চার্জ বা শর্ট সার্কিট হলে তারা আগুন ধরতে পারে।তরল ইলেক্ট্রোলাইটগুলির একটি নিরাপদ বিকল্প হল একটি ব্যাটারি তৈরি করা যা অ্যানোড এবং ক্যাথোডের মধ্যে লিথিয়াম আয়ন বহন করতে একটি কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে।

যাইহোক, পূর্ববর্তী গবেষণায় দেখা গেছে যে একটি কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ছোট ধাতব বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে, যা ডেনড্রাইট নামে পরিচিত, যা ব্যাটারি চার্জ হওয়ার সময় অ্যানোডে তৈরি হবে।এই ডেনড্রাইটগুলি কম স্রোতে ব্যাটারিগুলিকে শর্ট সার্কিট করে, যা তাদের ব্যবহার অযোগ্য করে তোলে।

ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যানোডের মধ্যে সীমানায় ইলেক্ট্রোলাইটের ছোট ত্রুটির কারণে ডেনড্রাইটের বৃদ্ধি শুরু হয়।ভারতের বিজ্ঞানীরা সম্প্রতি ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে ধীর করার একটি উপায় আবিষ্কার করেছেন।ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যানোডের মধ্যে একটি পাতলা ধাতব স্তর যুক্ত করে, তারা ডেনড্রাইটগুলিকে অ্যানোডে বৃদ্ধি করা বন্ধ করতে পারে।

বিজ্ঞানীরা এই পাতলা ধাতব স্তরটি তৈরি করতে সম্ভাব্য ধাতু হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম এবং টংস্টেন অধ্যয়ন করতে বেছে নিয়েছিলেন।এর কারণ হল লিথিয়ামের সাথে অ্যালুমিনিয়াম বা টংস্টেন মিশ্রণ বা মিশ্র ধাতু নয়।বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেছিলেন যে এটি লিথিয়ামে গঠনের ত্রুটির সম্ভাবনা কমিয়ে দেবে।যদি নির্বাচিত ধাতুটি লিথিয়ামের সাথে খাদ করে থাকে তবে সময়ের সাথে সাথে অল্প পরিমাণে লিথিয়াম ধাতব স্তরে যেতে পারে।এটি লিথিয়ামে একটি শূন্যতা নামক এক ধরণের ত্রুটি ছেড়ে দেবে যেখানে একটি ডেনড্রাইট তৈরি হতে পারে।

ধাতব স্তরের কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য, তিন ধরণের ব্যাটারি একত্রিত করা হয়েছিল: একটি লিথিয়াম অ্যানোড এবং কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে অ্যালুমিনিয়ামের পাতলা স্তর সহ, একটি টংস্টেনের পাতলা স্তরযুক্ত এবং একটি ধাতব স্তরবিহীন।

ব্যাটারি পরীক্ষা করার আগে, বিজ্ঞানীরা অ্যানোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে সীমানা ঘনিষ্ঠভাবে দেখতে একটি উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করেছিলেন, যাকে স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ বলা হয়।তারা কোনো ধাতব স্তর ছাড়াই নমুনায় ছোট ফাঁক এবং গর্ত দেখেছেন, উল্লেখ করেছেন যে এই ত্রুটিগুলি সম্ভবত ডেনড্রাইটের বৃদ্ধির জায়গা।অ্যালুমিনিয়াম এবং টাংস্টেন স্তরযুক্ত উভয় ব্যাটারিই মসৃণ এবং অবিচ্ছিন্ন দেখায়।

প্রথম পরীক্ষায়, 24 ঘন্টার জন্য প্রতিটি ব্যাটারির মাধ্যমে একটি ধ্রুবক বৈদ্যুতিক প্রবাহ চক্র করা হয়েছিল।কোনো ধাতব স্তরবিহীন ব্যাটারি শর্ট সার্কিট হয় এবং প্রথম 9 ঘন্টার মধ্যে ব্যর্থ হয়, সম্ভবত ডেনড্রাইট বৃদ্ধির কারণে।এই প্রাথমিক পরীক্ষায় অ্যালুমিনিয়াম বা টংস্টেন সহ ব্যাটারি ব্যর্থ হয়নি।

ডেনড্রাইটের বৃদ্ধি বন্ধ করার জন্য কোন ধাতব স্তরটি ভাল তা নির্ধারণ করার জন্য, শুধুমাত্র অ্যালুমিনিয়াম এবং টংস্টেন স্তরের নমুনাগুলিতে আরেকটি পরীক্ষা করা হয়েছিল।এই পরীক্ষায়, ব্যাটারিগুলিকে বর্তমানের ঘনত্ব বৃদ্ধির মাধ্যমে সাইকেল করা হয়েছিল, পূর্ববর্তী পরীক্ষায় ব্যবহৃত বর্তমান থেকে শুরু করে এবং প্রতিটি ধাপে অল্প পরিমাণে বৃদ্ধি পায়।

যে বর্তমান ঘনত্বে ব্যাটারি শর্ট সার্কিট হয় তা ডেনড্রাইট বৃদ্ধির জন্য গুরুত্বপূর্ণ বর্তমান ঘনত্ব বলে মনে করা হয়।একটি অ্যালুমিনিয়াম স্তর সহ ব্যাটারি প্রারম্ভিক কারেন্টের তিনগুণে ব্যর্থ হয়েছে এবং একটি টাংস্টেন স্তর সহ ব্যাটারি প্রারম্ভিক কারেন্টের পাঁচগুণ বেশি ব্যর্থ হয়েছে।এই পরীক্ষাটি দেখায় যে টংস্টেন অ্যালুমিনিয়ামকে ছাড়িয়ে গেছে।

আবার, বিজ্ঞানীরা অ্যানোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে সীমানা পরিদর্শন করতে একটি স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করেছিলেন।তারা দেখেছিল যে আগের পরীক্ষায় পরিমাপ করা সমালোচনামূলক বর্তমান ঘনত্বের দুই তৃতীয়াংশে ধাতব স্তরে শূন্যতা তৈরি হতে শুরু করেছে।যাইহোক, সমালোচনামূলক বর্তমান ঘনত্বের এক তৃতীয়াংশে শূন্যতা উপস্থিত ছিল না।এটি নিশ্চিত করেছে যে অকার্যকর গঠন ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে এগিয়ে নিয়ে যায়।

টংস্টেন এবং অ্যালুমিনিয়াম কীভাবে শক্তি এবং তাপমাত্রার পরিবর্তনে সাড়া দেয় সে সম্পর্কে আমরা যা জানি তা ব্যবহার করে বিজ্ঞানীরা তারপরে লিথিয়াম কীভাবে এই ধাতুগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করে তা বোঝার জন্য গণনামূলক গণনা চালিয়েছিলেন।তারা প্রমাণ করেছে যে অ্যালুমিনিয়াম স্তরগুলি লিথিয়ামের সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সময় শূন্যতার বিকাশের উচ্চ সম্ভাবনা রয়েছে।এই গণনাগুলি ব্যবহার করে ভবিষ্যতে পরীক্ষা করার জন্য অন্য ধরণের ধাতু বেছে নেওয়া সহজ হবে৷

এই গবেষণায় দেখা গেছে যে শক্ত ইলেক্ট্রোলাইট ব্যাটারিগুলি আরও নির্ভরযোগ্য যখন ইলেক্ট্রোলাইট এবং অ্যানোডের মধ্যে একটি পাতলা ধাতব স্তর যুক্ত করা হয়।বিজ্ঞানীরা আরও দেখিয়েছেন যে এই ক্ষেত্রে অ্যালুমিনিয়ামের পরিবর্তে একটি ধাতুর উপর অন্য একটি ধাতু বেছে নিলে ব্যাটারিগুলি আরও দীর্ঘস্থায়ী হতে পারে।এই ধরনের ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করা আজকে বাজারে অত্যন্ত দাহ্য তরল ইলেক্ট্রোলাইট ব্যাটারি প্রতিস্থাপনের এক ধাপ কাছাকাছি নিয়ে আসবে।