दशकों से, वैज्ञानिकों का मानना है कि रिचार्जेबल बैटरी इलेक्ट्रोड पर अपरिहार्य फिल्म निर्माण प्रदर्शन में गिरावट के लिए जिम्मेदार है। लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका में एक हालिया अध्ययन में पाया गया कि प्रदर्शन में गिरावट के पीछे वास्तव में अन्य कारण भी हैं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग के पैसिफ़िक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी (पीएनएनएल) की एक शोध टीम ने पाया है कि बैटरी इलेक्ट्रोड पर काई या पेड़ जैसी संरचनाओं में लिथियम धातु जमा होना प्रदर्शन में गिरावट का मूल कारण नहीं है, बल्कि एक दुष्प्रभाव है।
उनके नवीनतम निष्कर्ष हाल ही में नेचर एनर्जी पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
उनके नतीजे बताते हैं कि तथाकथित ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (एसईआई) एक इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेटर नहीं है जैसा कि पहले सोचा गया था, लेकिन अर्धचालक की तरह व्यवहार करता है। एसईआई एक संरक्षक की तरह कार्य करता है, जो लिथियम आयनों को एनोड के अंदर और बाहर स्वतंत्र रूप से जाने की अनुमति देता है। वैज्ञानिक लंबे समय से इस एसईआई परत का अध्ययन करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, जो कागज के टुकड़े से भी पतली होने के बावजूद बैटरी के प्रदर्शन में बहुत बड़ी भूमिका निभाती है।
एसईआई पहले चार्ज चक्र के दौरान बनता है जब बैटरी अभी भी नई होती है और बैटरी के अपेक्षित जीवन के लिए आदर्श रूप से स्थिर रहती है। लेकिन पुरानी रिचार्जेबल बैटरी के अंदर देखने से आमतौर पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर ठोस लिथियम का एक बड़ा संचय दिखाई देता है। बैटरी शोधकर्ताओं का मानना है कि इस बिल्डअप के कारण प्रदर्शन में गिरावट आती है। लेकिन पहले कारण और प्रभाव को मापना असंभव रहा है।
अपने नवीनतम शोध में, उन्होंने प्रायोगिक प्रणालियों में एसईआई की चालकता को सीधे मापने के लिए एक नई तकनीक विकसित करके इस समस्या का समाधान किया। टीम ने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को माइक्रोस्कोप के भीतर माइक्रोफैब्रिकेटेड धातु सुइयों के नैनोस्केल हेरफेर के साथ जोड़ा। इसके बाद शोधकर्ताओं ने चार अलग-अलग प्रकार के इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके तांबे या लिथियम धातु पर बनी एसईआई परतों के विद्युत गुणों को मापा।
ऐसा करने पर, उन्होंने लंबे समय से चले आ रहे रहस्य को सुलझा लिया कि एसईआई बैटरी संचालन में कैसे कार्य करता है। टीम के माप से पता चला कि जैसे-जैसे सेल वोल्टेज बढ़ा, एसईआई परत ने सभी मामलों में इलेक्ट्रॉनों का रिसाव किया, जिससे यह अर्धचालक बन गया। इसके अलावा, एसईआई परत के कार्बन युक्त कार्बनिक घटक आसानी से इलेक्ट्रॉनों का रिसाव करते हैं और बैटरी जीवन को छोटा कर देते हैं।
अध्ययन के सह-नेतृत्व करने वाले पीएनएनएल प्रयोगशाला शोधकर्ता और बैटरी प्रौद्योगिकी विशेषज्ञ चोंगमिन वांग ने कहा, "उच्च चालकता मोटे एसईआई और जटिल ठोस लिथियम रूपों की ओर ले जाती है, जिससे अंततः खराब बैटरी प्रदर्शन होता है।"
इस बिंदु पर, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि एसईआई में कार्बनिक घटकों को कम करने से बैटरी जीवन लंबा हो जाएगा।
वांग ने कहा, "एसईआई के माध्यम से चालन दर में छोटे बदलाव से भी दक्षता और बैटरी साइक्लिंग स्थिरता में भारी अंतर हो सकता है।"