چینی کا ایک چمچ ڈینڈرائٹس کو نیچے کر دیتا ہے۔

آبی زنک بیٹریاں اپنے لیتھیم آئن کزن کے متبادل کا وعدہ کر رہی ہیں، لیکن وہ انہی مسائل میں سے ایک کا شکار ہیں: ڈینڈرائٹس کی تشکیل۔ یہ سوئی نما ڈھانچے زنک انوڈ کی سطح پر بنتے ہیں اور الیکٹرولائٹ میں بڑھ جاتے ہیں، جس کی وجہ سے بیٹری مختصر ہو جاتی ہے یا بعض صورتوں میں بھڑک اٹھتی ہے۔ چین میں محققین کی ایک ٹیم نے اب یہ ظاہر کیا ہے کہ ہائیڈروکسیل گروپس کے ساتھ کیمیاوی طور پر تبدیل شدہ عام ٹیبل شوگر (سوکروز) کو الیکٹرولائٹ میں شامل کرنے سے سالوینٹ ماحول کو تبدیل کرکے زنک ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو کم کیا جاسکتا ہے۔ مزید یہ کہ سوکروز انوڈ پر ایک حفاظتی کوٹنگ بھی بناتا ہے اور اس کے سنکنرن کو کم کرتا ہے۔

لیتھیم آئن بیٹریاں آج کل پورٹیبل الیکٹرانکس اور الیکٹرک گاڑیوں میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی بیٹریاں ہیں، لیکن ان میں موجود آتش گیر اور زہریلے نامیاتی الیکٹرولائٹس تشویش کا باعث ہیں۔ لیتھیم بھی کچھ دیگر، زیادہ عام دھاتوں کے مقابلے مہنگا ہے، اور عالمی سپلائی مختلف غیر یقینی صورتحال کا شکار ہے۔ زنک بیٹریاں، جو عام طور پر پانی کے الیکٹرولائٹس کے ساتھ بنتی ہیں، ایک پرکشش متبادل ہیں کیونکہ زنک سستی، کم زہریلا، زیادہ آسانی سے ری سائیکل اور لیتھیم کے مقابلے میں زیادہ وسیع پیمانے پر دستیاب ہے۔ ان میں اعلی توانائی کی کثافت بھی ہوتی ہے، ایک اعلی مخصوص صلاحیت (820 mAh/g اور 5 855 mAh/cm³) اور زیڈ این اینوڈ کا ایک سازگار ریڈوکس پوٹینشل (−0.76V بمقابلہ معیاری ہائیڈروجن الیکٹروڈ)۔

مسئلہ یہ ہے کہ جب زنک آئن (Zn²⁺) انوڈ کی سطح پر ارتکاز صفر تک گر جاتا ہے، اس پر ڈینڈرائٹس اگنا شروع ہو جاتے ہیں۔ ان ڈھانچے کی موجودگی بیٹری کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو خراب کرنے کا سبب بنتی ہے اور اگر اسے بے قابو کر دیا جائے تو خطرناک ہو سکتا ہے۔

سالوینٹ ماحول کو تبدیل کرنا

حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ سالوینٹ ماحول (یا "حل کا ڈھانچہ") میں ترمیم کرنے سے، مثال کے طور پر، نمکیات کو متعارف کرانا یا پانی کے کم مالیکیولز کو شامل کرنا، Zn کی رفتار کو بڑھا سکتا ہے۔²⁺ آئن برقی میدان کے جواب میں حرکت کرتے ہیں اور اس وجہ سے ڈینڈرائٹ کی نمو کو دباتے ہیں۔ تاہم، اس طرح کی ایڈجسٹمنٹ بدقسمتی سے بیٹری سسٹم کی آئنک چالکتا کو کم کرتی ہے، جس کی وجہ سے مجموعی کارکردگی خراب ہوتی ہے۔

نئے مطالعہ میں، محققین نینو ٹیکنالوجی ماہر کی قیادت میں مینان لیو کی چین کی سائنس اور ٹیکنالوجی یونیورسٹی پتہ چلا کہ ہائیڈروکسیل گروپس پر مشتمل سوکروز متعارف کروانا Zn کے حل کے ڈھانچے کو منظم کرنے کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔²⁺ آئن، جو اس رفتار کو بڑھاتا ہے جس پر آئن کی چالکتا میں کمی کے بغیر آئنز پھیلتے ہیں۔ سوکروز پانی والے الیکٹرولائٹ کو بھی مستحکم کر سکتا ہے جبکہ اسی وقت Zn انوڈ پر جذب ہو کر اس پر حفاظتی تہہ بنا سکتا ہے۔ ان کا کہنا ہے کہ یہ Zn انوڈ پر الیکٹرولائٹ کے سنکنرن کو روکتا ہے۔

"ہائیڈروکسیل گروپوں کے ساتھ سوکروز Zn کے ساتھ مضبوطی سے تعامل کرتا ہے۔²⁺ الیکٹرولائٹ میں پانی کے مالیکیولز کے مقابلے،" لیو بتاتے ہیں۔ "لہذا یہ پانی کے کچھ مالیکیولز کی جگہ لے سکتا ہے اور Zn کے ساتھ ہم آہنگی پیدا کر سکتا ہے۔²⁺، لہذا آئنوں کے حل کے ڈھانچے کو منظم کرنا۔"

ڈینڈرائٹ کی تشکیل کم ہوگئی

ترمیم شدہ Zn²⁺ حل کی ساخت کا آئنوں کے حرکیات پر ایک اہم اثر ہے، بشمول وہ شرح جس پر وہ الیکٹرولائٹ کے ذریعے پھیلتے ہیں،" وہ بتاتی ہیں۔ طبیعیات کی دنیا. "ہمارے تجرباتی نتائج واضح طور پر ظاہر کرتے ہیں کہ Zn کی منتقلی نمبر²⁺ سوکروز کے داخل ہونے کے ساتھ آئنوں میں اضافہ ہوتا ہے۔ آئنوں کی یہ بہتر نقل و حرکت ڈینڈرائٹس کی تشکیل کو کم کرنے میں مدد کرتی ہے جیسا کہ ذکر کیا گیا ہے۔

محققین کے مطابق، ان کی تکنیک سائنسدانوں کو اعلیٰ کارکردگی والی Zn بیٹریاں تیار کرنے میں مدد دے سکتی ہے اور ایک محفوظ، ماحول دوست، Zn بیٹری کو حقیقت کے قریب لاتی ہے۔

آگے دیکھتے ہوئے، لیو اور ساتھیوں کا کہنا ہے کہ وہ اچھی آئنک چالکتا کے ساتھ الیکٹرولائٹس تیار کرنے پر توجہ مرکوز کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں جو کم درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں۔ انہوں نے اپنے موجودہ مطالعے کی تفصیل اس میں دی ہے۔ نینو ریسرچ.