আমাদের দৈনন্দিন জীবনের ল্যাপটপ ও সেলফোন থেকে শুরু করে বৈদ্যুতিক গাড়ি পর্যন্ত অনেক ইলেকট্রনিক্স যন্ত্রে শক্তি জোগাতে রিচার্জেবল লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি ব্যবহৃত হয়। বর্তমানে বাজারে উপলব্ধ লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিগুলো সাধারণত সেলের কেন্দ্রে থাকা একটি তরল দ্রবণের উপর নির্ভর করে, যাকে ইলেক্ট্রোলাইট বলা হয়।

যখন ব্যাটারি কোনো যন্ত্রে শক্তি যোগায়, তখন লিথিয়াম আয়নগুলো ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্রান্ত বা অ্যানোড থেকে তরল ইলেকট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্রান্ত বা ক্যাথোডের দিকে যায়। যখন ব্যাটারি রিচার্জ করা হয়, তখন আয়নগুলো বিপরীত দিকে—ক্যাথোড থেকে ইলেকট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে—অ্যানোডের দিকে প্রবাহিত হয়।

যেসব লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি তরল ইলেকট্রোলাইটের ওপর নির্ভর করে, সেগুলোর একটি বড় নিরাপত্তা ঝুঁকি রয়েছে: অতিরিক্ত চার্জ হলে বা শর্ট সার্কিট হলে সেগুলোতে আগুন লেগে যেতে পারে। তরল ইলেকট্রোলাইটের একটি নিরাপদ বিকল্প হলো এমন একটি ব্যাটারি তৈরি করা, যা অ্যানোড ও ক্যাথোডের মধ্যে লিথিয়াম আয়ন পরিবহনের জন্য কঠিন ইলেকট্রোলাইট ব্যবহার করে।

তবে, পূর্ববর্তী গবেষণায় দেখা গেছে যে, কঠিন ইলেকট্রোলাইটের কারণে ডেনড্রাইট নামক ছোট ছোট ধাতব কণা তৈরি হয়, যা ব্যাটারি চার্জ হওয়ার সময় অ্যানোডের উপর জমা হতে থাকে। এই ডেনড্রাইটগুলো কম কারেন্টে ব্যাটারিতে শর্ট সার্কিট ঘটায়, ফলে সেগুলো ব্যবহারের অযোগ্য হয়ে পড়ে।

ইলেকট্রোলাইট এবং অ্যানোডের সীমানায়, ইলেকট্রোলাইটের ক্ষুদ্র ত্রুটি থেকে ডেনড্রাইটের বৃদ্ধি শুরু হয়। ভারতের বিজ্ঞানীরা সম্প্রতি ডেনড্রাইটের বৃদ্ধি ধীর করার একটি উপায় আবিষ্কার করেছেন। ইলেকট্রোলাইট এবং অ্যানোডের মধ্যে একটি পাতলা ধাতব স্তর যুক্ত করে, তাঁরা ডেনড্রাইটকে অ্যানোডের দিকে বাড়তে বাধা দিতে পারেন।

এই পাতলা ধাতব স্তরটি তৈরি করার জন্য বিজ্ঞানীরা সম্ভাব্য ধাতু হিসেবে অ্যালুমিনিয়াম এবং টাংস্টেন নিয়ে গবেষণা করার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন। এর কারণ হলো, অ্যালুমিনিয়াম বা টাংস্টেন কোনোটিই লিথিয়ামের সাথে মেশে না বা সংকর তৈরি করে না। বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করতেন যে, এর ফলে লিথিয়ামে ত্রুটি তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা কমে যাবে। যদি নির্বাচিত ধাতুটি লিথিয়ামের সাথে সংকর তৈরি করত, তবে সময়ের সাথে সাথে অল্প পরিমাণে লিথিয়াম ধাতব স্তরে প্রবেশ করতে পারত। এর ফলে লিথিয়ামের মধ্যে 'ভয়েড' নামক এক ধরনের ত্রুটি তৈরি হতো, যেখানে পরবর্তীতে ডেনড্রাইট গঠিত হতে পারত।

ধাতব স্তরটির কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য তিন ধরনের ব্যাটারি তৈরি করা হয়েছিল: একটিতে লিথিয়াম অ্যানোড এবং কঠিন ইলেকট্রোলাইটের মধ্যে অ্যালুমিনিয়ামের একটি পাতলা স্তর, একটিতে টাংস্টেনের একটি পাতলা স্তর এবং অন্যটিতে কোনো ধাতব স্তর ছিল না।

ব্যাটারিগুলো পরীক্ষা করার আগে, বিজ্ঞানীরা অ্যানোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যবর্তী সীমানাটি ভালোভাবে পর্যবেক্ষণ করার জন্য স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ নামক একটি উচ্চ ক্ষমতাসম্পন্ন মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করেন। ধাতব স্তরবিহীন নমুনাটিতে তাঁরা ছোট ছোট ফাঁক ও গর্ত দেখতে পান এবং উল্লেখ করেন যে এই ত্রুটিগুলোই সম্ভবত ডেনড্রাইট বৃদ্ধির উপযুক্ত স্থান। অ্যালুমিনিয়াম এবং টাংস্টেন উভয় স্তরযুক্ত ব্যাটারিই মসৃণ এবং অবিচ্ছিন্ন দেখাচ্ছিল।

প্রথম পরীক্ষায়, প্রতিটি ব্যাটারির মধ্য দিয়ে ২৪ ঘণ্টা ধরে একটি স্থির তড়িৎ প্রবাহ চালনা করা হয়েছিল। ধাতব স্তরবিহীন ব্যাটারিটি প্রথম ৯ ঘণ্টার মধ্যেই শর্ট সার্কিট হয়ে বিকল হয়ে যায়, সম্ভবত ডেনড্রাইট বৃদ্ধির কারণে। এই প্রাথমিক পরীক্ষায় অ্যালুমিনিয়াম বা টাংস্টেনযুক্ত কোনো ব্যাটারিই বিকল হয়নি।

ডেনড্রাইট বৃদ্ধি রোধে কোন ধাতব স্তরটি বেশি কার্যকর তা নির্ধারণ করার জন্য, শুধুমাত্র অ্যালুমিনিয়াম এবং টাংস্টেন স্তরের নমুনাগুলোর উপর আরেকটি পরীক্ষা করা হয়েছিল। এই পরীক্ষায়, পূর্ববর্তী পরীক্ষায় ব্যবহৃত কারেন্ট থেকে শুরু করে প্রতিটি ধাপে অল্প পরিমাণে বাড়িয়ে ব্যাটারিগুলোকে ক্রমবর্ধমান কারেন্ট ডেনসিটির মধ্য দিয়ে চালনা করা হয়েছিল।

যে কারেন্ট ডেনসিটিতে ব্যাটারিটি শর্ট সার্কিট হয়েছিল, সেটিকে ডেনড্রাইট বৃদ্ধির জন্য ক্রিটিক্যাল কারেন্ট ডেনসিটি বলে মনে করা হতো। অ্যালুমিনিয়ামের স্তরযুক্ত ব্যাটারিটি স্টার্টিং কারেন্টের তিনগুণে এবং টাংস্টেনের স্তরযুক্ত ব্যাটারিটি স্টার্টিং কারেন্টের পাঁচগুণেরও বেশি কারেন্টে বিকল হয়েছিল। এই পরীক্ষাটি দেখায় যে টাংস্টেন অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে ভালো কাজ করেছে।

পুনরায়, বিজ্ঞানীরা অ্যানোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যবর্তী সীমানা পরীক্ষা করার জন্য একটি স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করেন। তাঁরা দেখতে পান যে, পূর্ববর্তী পরীক্ষায় পরিমাপ করা সংকটপূর্ণ প্রবাহ ঘনত্বের দুই-তৃতীয়াংশে ধাতব স্তরে শূন্যস্থান তৈরি হতে শুরু করেছে। তবে, সংকটপূর্ণ প্রবাহ ঘনত্বের এক-তৃতীয়াংশে কোনো শূন্যস্থান উপস্থিত ছিল না। এটি নিশ্চিত করে যে শূন্যস্থান গঠন ডেনড্রাইট বৃদ্ধির আগে ঘটে।

এরপর বিজ্ঞানীরা টাংস্টেন এবং অ্যালুমিনিয়াম শক্তি ও তাপমাত্রার পরিবর্তনে কীভাবে সাড়া দেয়, সে সম্পর্কে আমাদের জানা তথ্য ব্যবহার করে লিথিয়াম এই ধাতুগুলোর সাথে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা বোঝার জন্য গণনাভিত্তিক হিসাব চালান। তাঁরা দেখিয়েছেন যে লিথিয়ামের সংস্পর্শে এলে অ্যালুমিনিয়ামের স্তরে শূন্যস্থান বা ভয়েড তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা সত্যিই বেশি থাকে। এই গণনাগুলো ব্যবহার করলে ভবিষ্যতে পরীক্ষার জন্য অন্য ধরনের ধাতু বেছে নেওয়া আরও সহজ হবে।

এই গবেষণায় দেখা গেছে যে, ইলেকট্রোলাইট ও অ্যানোডের মাঝে একটি পাতলা ধাতব স্তর যুক্ত করা হলে সলিড ইলেকট্রোলাইট ব্যাটারিগুলো আরও নির্ভরযোগ্য হয়। বিজ্ঞানীরা আরও দেখিয়েছেন যে, একটি ধাতুর পরিবর্তে অন্য একটি ধাতু, যেমন এক্ষেত্রে অ্যালুমিনিয়ামের বদলে টাংস্টেন, ব্যবহার করলে ব্যাটারির স্থায়িত্ব আরও বাড়তে পারে। এই ধরনের ব্যাটারির কার্যক্ষমতা উন্নত করা গেলে, তা আজকের বাজারে থাকা অত্যন্ত দাহ্য লিকুইড ইলেকট্রোলাইট ব্যাটারিগুলোকে প্রতিস্থাপন করার পথে আরও এক ধাপ এগিয়ে নিয়ে যাবে।