ریچارج ایبل لیتھیم آئن بیٹریاں ہماری روزمرہ کی زندگیوں میں لیپ ٹاپ اور سیل فون سے لے کر الیکٹرک کاروں تک بہت سے الیکٹرانکس کو پاور کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔آج مارکیٹ میں موجود لتیم آئن بیٹریاں عام طور پر سیل کے مرکز میں ایک مائع محلول پر انحصار کرتی ہیں، جسے الیکٹرولائٹ کہتے ہیں۔

جب بیٹری کسی آلے کو طاقت دے رہی ہوتی ہے، تو لیتھیم آئن منفی چارج شدہ سرے سے، یا اینوڈ، مائع الیکٹرولائٹ کے ذریعے، مثبت چارج شدہ سرے، یا کیتھوڈ کی طرف منتقل ہوتے ہیں۔جب بیٹری ری چارج ہو رہی ہوتی ہے، تو آئن کیتھوڈ سے الیکٹرولائٹ کے ذریعے، انوڈ کی طرف دوسری سمت بہہ جاتے ہیں۔

لیتھیم آئن بیٹریاں جو مائع الیکٹرولائٹس پر انحصار کرتی ہیں ان میں حفاظت کا ایک بڑا مسئلہ ہوتا ہے: وہ زیادہ چارج یا شارٹ سرکٹ ہونے پر آگ پکڑ سکتی ہیں۔مائع الیکٹرولائٹس کا ایک محفوظ متبادل ایک ایسی بیٹری بنانا ہے جو اینوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان لتیم آئنوں کو لے جانے کے لیے ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتی ہے۔

تاہم، پچھلے مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ چھوٹی دھاتی نشوونما کا باعث بنتی ہے، جسے ڈینڈرائٹس کہتے ہیں، جو بیٹری کے چارج ہونے کے دوران انوڈ پر جمع ہو جاتے ہیں۔یہ ڈینڈرائٹس بیٹریوں کو کم کرنٹ پر شارٹ سرکٹ کرتے ہیں جس سے وہ ناقابل استعمال ہو جاتی ہیں۔

ڈینڈرائٹ کی نشوونما الیکٹرولائٹ اور انوڈ کے درمیان کی حدود میں الیکٹرولائٹ میں چھوٹی خامیوں سے شروع ہوتی ہے۔ہندوستان میں سائنسدانوں نے حال ہی میں ڈینڈرائٹ کی افزائش کو سست کرنے کا ایک طریقہ دریافت کیا ہے۔الیکٹرولائٹ اور انوڈ کے درمیان ایک پتلی دھاتی تہہ جوڑ کر، وہ ڈینڈرائٹس کو انوڈ میں بڑھنے سے روک سکتے ہیں۔

سائنسدانوں نے اس پتلی دھاتی تہہ کو بنانے کے لیے ممکنہ دھاتوں کے طور پر ایلومینیم اور ٹنگسٹن کا مطالعہ کرنے کا انتخاب کیا۔اس کی وجہ یہ ہے کہ نہ تو ایلومینیم اور نہ ہی ٹنگسٹن مکس، یا لتیم کے ساتھ ملاوٹ۔سائنسدانوں کا خیال تھا کہ اس سے لیتھیم میں خامیوں کے پیدا ہونے کا امکان کم ہو جائے گا۔اگر منتخب کردہ دھات نے لتیم کے ساتھ ملاوٹ کیا تو وقت کے ساتھ ساتھ لتیم کی تھوڑی مقدار دھات کی تہہ میں منتقل ہو سکتی ہے۔اس سے لتیم میں ایک قسم کی خامی رہ جائے گی جسے صفر کہا جاتا ہے جہاں ایک ڈینڈرائٹ بن سکتا ہے۔

دھاتی تہہ کی تاثیر کو جانچنے کے لیے، تین قسم کی بیٹریاں جمع کی گئیں: ایک لتیم انوڈ اور ٹھوس الیکٹرولائٹ کے درمیان ایلومینیم کی پتلی پرت کے ساتھ، ایک ٹانگسٹن کی پتلی تہہ کے ساتھ، اور ایک دھاتی تہہ کے بغیر۔

بیٹریوں کی جانچ کرنے سے پہلے، سائنسدانوں نے انوڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان حد کو قریب سے دیکھنے کے لیے ایک اعلیٰ طاقت والی خوردبین کا استعمال کیا، جسے سکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ کہا جاتا ہے۔انہوں نے نمونے میں چھوٹے خلاء اور سوراخ دیکھے جس میں کوئی دھاتی تہہ نہیں تھی، یہ نوٹ کرتے ہوئے کہ یہ خامیاں ممکنہ طور پر ڈینڈرائٹس کے بڑھنے کی جگہ ہیں۔ایلومینیم اور ٹنگسٹن پرتوں والی دونوں بیٹریاں ہموار اور مسلسل لگ رہی تھیں۔

پہلے تجربے میں، ہر بیٹری کے ذریعے 24 گھنٹے تک ایک مستقل برقی کرنٹ چلایا گیا۔بغیر دھاتی تہہ والی بیٹری شارٹ سرکٹ ہوئی اور پہلے 9 گھنٹوں میں فیل ہو گئی، ممکنہ طور پر ڈینڈرائٹ بڑھنے کی وجہ سے۔اس ابتدائی تجربے میں نہ تو ایلومینیم یا ٹنگسٹن والی بیٹری ناکام ہوئی۔

ڈینڈرائٹ کی نشوونما کو روکنے میں دھات کی کونسی پرت بہتر تھی اس بات کا تعین کرنے کے لیے، صرف ایلومینیم اور ٹنگسٹن پرت کے نمونوں پر ایک اور تجربہ کیا گیا۔اس تجربے میں، بیٹریوں کو موجودہ کثافت میں اضافے کے ذریعے سائیکل کیا گیا، پچھلے تجربے میں استعمال ہونے والے کرنٹ سے شروع ہو کر اور ہر قدم پر تھوڑی مقدار میں اضافہ ہوا۔

موجودہ کثافت جس پر بیٹری کا شارٹ سرکٹ ہوا اسے ڈینڈرائٹ کی نشوونما کے لئے اہم موجودہ کثافت سمجھا جاتا تھا۔ایلومینیم کی پرت والی بیٹری شروع ہونے والے کرنٹ سے تین گنا زیادہ ناکام ہو گئی، اور ٹنگسٹن پرت والی بیٹری ابتدائی کرنٹ سے پانچ گنا زیادہ ناکام ہو گئی۔یہ تجربہ ظاہر کرتا ہے کہ ٹنگسٹن نے ایلومینیم سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔

ایک بار پھر، سائنسدانوں نے انوڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان حد کا معائنہ کرنے کے لیے ایک سکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ کا استعمال کیا۔انہوں نے دیکھا کہ پچھلے تجربے میں ماپا جانے والے اہم موجودہ کثافت کے دو تہائی حصے پر دھات کی تہہ میں خالی جگہیں بننا شروع ہوگئیں۔تاہم، اہم موجودہ کثافت کے ایک تہائی پر voids موجود نہیں تھے۔اس نے اس بات کی تصدیق کی کہ باطل کی تشکیل ڈینڈرائٹ کی نشوونما کو آگے بڑھاتی ہے۔

اس کے بعد سائنسدانوں نے یہ سمجھنے کے لیے کمپیوٹیشنل حسابات چلائے کہ لتیم ان دھاتوں کے ساتھ کس طرح تعامل کرتا ہے، اس کا استعمال کرتے ہوئے جو ہم جانتے ہیں کہ ٹنگسٹن اور ایلومینیم توانائی اور درجہ حرارت کی تبدیلیوں کا کیا جواب دیتے ہیں۔انہوں نے یہ ظاہر کیا کہ ایلومینیم کی تہوں میں لتیم کے ساتھ تعامل کرتے وقت voids کی نشوونما کا زیادہ امکان ہوتا ہے۔ان حسابات کو استعمال کرنے سے مستقبل میں جانچ کے لیے دھات کی دوسری قسم کا انتخاب کرنا آسان ہو جائے گا۔

اس مطالعے سے معلوم ہوا ہے کہ ٹھوس الیکٹرولائٹ بیٹریاں زیادہ قابل اعتماد ہوتی ہیں جب الیکٹرولائٹ اور اینوڈ کے درمیان ایک پتلی دھاتی تہہ شامل کی جاتی ہے۔سائنسدانوں نے یہ بھی ثابت کیا کہ اس معاملے میں ایلومینیم کے بجائے ٹنگسٹن ایک دھات پر دوسری دھات کا انتخاب کرنے سے بیٹریاں زیادہ دیر تک چل سکتی ہیں۔اس قسم کی بیٹریوں کی کارکردگی کو بہتر بنانا انہیں آج مارکیٹ میں انتہائی آتش گیر مائع الیکٹرولائٹ بیٹریوں کو تبدیل کرنے کے ایک قدم کے قریب لے آئے گا۔