লিথিয়ামধাতব অ্যানোডগুলি অত্যন্ত উচ্চ তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট ক্ষমতা (3860 mA·bg) এবং সর্বনিম্ন ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সম্ভাব্য (-3.040 V (বনাম SHE)) ধারণ করে, যার ফলে অনেক ইলেক্ট্রোড পদার্থের মধ্যে তাদের "পবিত্র গ্রেইল" ইলেক্ট্রোড হিসাবে বিবেচিত হয়। লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারির মধ্যে রয়েছে লিথিয়াম-সালফার এবং লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারি। লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির শক্তির ঘনত্ব প্রায় 2600 W·h/kg, যেখানে লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারির শক্তির ঘনত্ব প্রায় 3500 W·h/kg, প্রচলিত ব্যাটারির তুলনায় প্রায় 7 এবং 10 গুণ।{1}} অতএব, লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলিকে সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থাগুলির মধ্যে একটি এবং পরবর্তী প্রজন্মের ব্যাটারি সিস্টেমগুলির জন্য একটি শীর্ষ প্রার্থী হিসাবে বিবেচনা করা হয়, যা যথেষ্ট মনোযোগ আকর্ষণ করে৷ যাইহোক, লিথিয়াম ডেনড্রাইট সমস্যার কারণে, প্রাথমিক লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলি শুধুমাত্র নির্দিষ্ট বিশেষ ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং তাদের বাণিজ্যিকীকরণ বিলম্বিত হয়েছে।
রিচার্জেবল লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারি 1970 এর দশকের প্রথম দিকে উদ্ভাবিত হয়েছিল এবং ঘড়ি, ক্যালকুলেটর এবং অন্যান্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল।
লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারি ব্যাপকভাবে বৈদ্যুতিক যন্ত্রপাতি এবং পোর্টেবল চিকিৎসা ডিভাইসে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, লিথিয়াম ধাতুর কিছু ত্রুটির কারণে তাদের বাণিজ্যিকীকরণ বাধাগ্রস্ত হয়েছে। পর্যায় সারণীর গ্রুপ 1-এর সদস্য হিসাবে, লিথিয়াম পরমাণুর বাইরের শেলের মধ্যে শুধুমাত্র একটি ইলেকট্রন থাকে, যার ফলে তারা এই ইলেকট্রনটি সহজেই হারিয়ে ফেলে বলে তাদের অত্যন্ত রাসায়নিকভাবে প্রতিক্রিয়াশীল করে তোলে। যখন একটি জৈব ইলেক্ট্রোলাইটের সংস্পর্শে, লিথিয়াম ধাতু তার পৃষ্ঠে সলিড ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) নামে একটি ফিল্ম গঠন করে। এই ফিল্মের প্রধান কাজ হল ইলেক্ট্রোলাইট থেকে লিথিয়াম ধাতুকে বিচ্ছিন্ন করা, লিথিয়ামের আরও ক্ষয় রোধ করা। যাইহোক, চার্জিং এবং ডিসচার্জের সময় লিথিয়াম ধাতুর উল্লেখযোগ্য ভলিউম পরিবর্তনের কারণে, SEI ফিল্মটি প্রায়শই ফেটে যায়। উদ্ভাসিত তাজা লিথিয়াম ধাতব পৃষ্ঠটি ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে আবার বিক্রিয়া করে একটি নতুন SEI ফিল্ম তৈরি করে। এই প্রক্রিয়াটি শুধুমাত্র ফাটল বরাবর লিথিয়াম ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে না কিন্তু ব্যাটারির ভিতরে বিভাজক ভেদ করে শর্ট সার্কিট সৃষ্টি করতে পারে। যখন একটি শর্ট সার্কিট ঘটে, তখন ব্যাটারির ভিতরে প্রচুর পরিমাণে তাপ উৎপন্ন হয়, যা চরম ক্ষেত্রে জ্বলন বা বিস্ফোরণ ঘটাতে পারে, যা লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারির নিরাপত্তা কর্মক্ষমতা এবং বিপণনযোগ্যতাকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করে। তদ্ব্যতীত, লিথিয়াম ডেনড্রাইটের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে, তারা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডকে ইলেক্ট্রোলাইটের সংস্পর্শে আসার আরও সুযোগ দেয়, যার ফলে পার্শ্ব প্রতিক্রিয়ার হার ত্বরান্বিত হয়। এই অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়াগুলি ইলেক্ট্রোড সামগ্রী এবং ইলেক্ট্রোলাইটগুলিকে গ্রাস করে, ব্যাটারির শক্তির ঘনত্ব এবং কুলম্বিক দক্ষতা হ্রাস করে৷ দীর্ঘায়িত ব্যবহারের পরে, অনেক লিথিয়াম ডেনড্রাইট নবগঠিত SEI ফিল্মে আবদ্ধ হয়ে পড়ে, স্বাভাবিক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করতে অক্ষম; একই সাথে, সাবস্ট্রেটের কাছাকাছি লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলি দ্রুত পচে যায়, যার ফলে "মৃত" লিথিয়াম হয়, যার অর্থ লিথিয়ামের এই অংশটি বৈদ্যুতিক রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় হয়ে যায়, সামগ্রিক ব্যাটারির কার্যকারিতা উল্লেখযোগ্যভাবে দুর্বল করে দেয়। গত 40 বছরে, লিথিয়াম ডেনড্রাইট গঠন প্রক্রিয়ার গবেষণা এবং সিমুলেশনে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে।
ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে দমন করার সবচেয়ে সাধারণ কৌশলগুলির মধ্যে একটি হল ইলেক্ট্রোলাইট সংমিশ্রণ সামঞ্জস্য করে এবং নির্দিষ্ট পদার্থ যোগ করার মাধ্যমে লিথিয়াম ধাতব পৃষ্ঠের কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) স্তরের স্থায়িত্ব এবং সামঞ্জস্যতা বৃদ্ধি করা। যাইহোক, যেহেতু লিথিয়াম ধাতু জৈব সংযোজনগুলিতে তাপগতিগতভাবে অস্থির, তাই একটি তরল ইলেক্ট্রোলাইট পরিবেশে এর পৃষ্ঠে একটি কার্যকর প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করা বেশ চ্যালেঞ্জিং। SEI স্তরকে অপ্টিমাইজ করার পাশাপাশি, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি সহ পলিমার বা কঠিন বাধা স্তর প্রবর্তন করাও বিভাজকের মধ্যে ডেনড্রাইটের অনুপ্রবেশ রোধ করার একটি কার্যকর উপায় হতে পারে। এই পদ্ধতিগুলির লক্ষ্য SEI স্তর বা বিভাজক নিজেই যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে বিভাজককে লিথিয়াম ডেনড্রাইটের ক্ষতি প্রতিরোধ করা, তবে তারা মৌলিকভাবে ডেনড্রাইট গঠনের সমস্যা দূর করে না। যদিও এই চ্যালেঞ্জের সম্পূর্ণ কাটিয়ে ওঠার এখনও কিছু সময় বাকি, এবং লিথিয়াম মেটাল অ্যানোড-ভিত্তিক ব্যাটারি পণ্য এখনও বাজারে ব্যাপকভাবে উপলব্ধ নয়, গবেষকরা তাত্ত্বিকভাবে বেশ কিছু ধারণাগত লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারি ডিজাইনের প্রস্তাব করেছেন, ব্যবহারিক প্রয়োগের সম্ভাবনা প্রদর্শন করে৷ এর মধ্যে, ক্যাথোড উপাদান হিসাবে সালফার ব্যবহার করে লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারি এবং ক্যাথোড সক্রিয় উপাদান হিসাবে অক্সিজেন ব্যবহার করে লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারিগুলি তাদের অনন্য সুবিধার কারণে যথেষ্ট মনোযোগ আকর্ষণ করেছে এবং দুটি অত্যন্ত বাণিজ্যিকভাবে প্রতিশ্রুতিশীল সমস্ত-কোষ সিস্টেম হিসাবে বিবেচিত হয়৷ লিথিয়াম{10}}সালফার ব্যাটারিগুলি অত্যন্ত উচ্চ শক্তির ঘনত্ব (প্রায় 2600 W·kg) ধারণ করে এবং পরবর্তী প্রজন্মের ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয় করার সিস্টেমগুলির জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী হিসাবে ব্যাপকভাবে স্বীকৃত। আরও গুরুত্বপূর্ণ, মৌলিক সালফার প্রকৃতিতে প্রচুর এবং পরিবেশ বান্ধব, লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির সুবিধাগুলিকে আরও হাইলাইট করে৷ তাই, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারি বিশ্বব্যাপী মনোযোগ পেয়েছে৷
লিথিয়ামের চার্জিং এবং ডিসচার্জের সময় পলিসালফাইড ইন্টারমিডিয়েটস-সালফার ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটে দ্রবীভূত হয় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে চলে যায়৷ তাই, পলিসালফাইড মধ্যবর্তীগুলির উপস্থিতিতে লিথিয়াম ডেনড্রাইটের দমন আরও জটিল হয়ে ওঠে, বিশেষ করে যখন সালফার ক্যাথোড উচ্চ লোড হয়৷ পলিসালফাইডগুলি SEI ফিল্মে প্রবেশ করতে পারে এবং পৃষ্ঠের স্তরের নীচে তাজা লিথিয়াম ধাতুকে ক্ষয় করতে পারে, যার ফলে ক্ষমতা হ্রাস পায়। তাই, পলিসালফাইড শাটল প্রতিরোধ করা শুধুমাত্র লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারি অপারেশনের সময় ক্যাথোড ক্ষমতার উন্নতির জন্য নয় বরং SEI ফিল্মের স্থায়িত্ব এবং একটি ডেনড্রাইট-মুক্ত ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড পাওয়ার জন্যও প্রয়োজনীয়। ক্রমাগত প্রচেষ্টার মাধ্যমে, ইতিবাচক সীমাবদ্ধ ডোমেন এবং শোষণ, ইলেক্ট্রোলাইট পরিবর্তন এবং বিভাজক নকশা সহ অনেক পদ্ধতি তৈরি করা হয়েছে। যাইহোক, এই পদ্ধতিগুলি লিথিয়াম ধাতব অ্যানোডে ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে সরাসরি দমন না করে পলিসালফাইড শাটল দমন এবং সালফার ক্যাথোডের ব্যবহারের হার উন্নত করার উপর আরও বেশি মনোযোগ দেয় বলে মনে হয়। লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির কার্যক্ষমতা লিথিয়াম ধাতব অ্যানোডের সুরক্ষার উপর নির্ভর করে। বিভিন্ন ডেনড্রাইট বৃদ্ধি দমন পদ্ধতির সিনারজিস্টিক প্রভাব লিথিয়াম{11}}সালফার ব্যাটারির ব্যবহারিক প্রয়োগকে ত্বরান্বিত করতে পারে।
লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারি হল এক ধরনের ব্যাটারি যা বায়ু থেকে অক্সিজেনকে পজিটিভ ইলেক্ট্রোড হিসেবে ব্যবহার করে; এগুলিকে কখনও কখনও লিথিয়াম-এয়ার ব্যাটারি বলা হয়৷ লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারির তাত্ত্বিক শক্তির ঘনত্ব 3500 Wh/kg, বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে অনেক বেশি। তাই, লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারিগুলি শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে একটি বৈপ্লবিক অগ্রগতি হয়ে উঠেছে, বিশ্বব্যাপী মনোযোগ আকর্ষণ করেছে এবং পরবর্তী-প্রজন্মের শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থায় একটি শক্তিশালী প্রতিযোগী হিসেবে বিবেচিত হয়েছে৷
পলিসালফাইড ইন্টারমিডিয়েটের মতো, অক্সিজেন ক্রস-লিথিয়ামের লিথিয়াম মেটাল নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড থেকে লিথিয়ামের লিথিয়াম মেটাল নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডের সাথে লিঙ্ক করা-লিথিয়াম ধাতব পৃষ্ঠের ক্রমান্বয়ে অবক্ষয় ঘটাতে পারে, যার ফলে চার্জিংয়ের সময় ইলেক্ট্রোলাইট পচন এবং LiOH এবং LiCO3 তৈরি হয়৷ তাই, অক্সিজেন ক্রস-লিঙ্কিং দমন করার জন্য বেশ কিছু কৌশল তৈরি করা হয়েছে। ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড সমস্যা ছাড়াও, ডেনড্রাইটের বৃদ্ধির কারণে লিথিয়ামের ক্ষয় এবং প্যাসিভেশন ফিল্মের ক্ষতি রিচার্জেবল লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারিতে লিথিয়াম ধাতুর ব্যবহারকে মারাত্মকভাবে বাধা দেয়। লিথিয়াম ডেনড্রাইটের বৃদ্ধি দমন করার জন্য উল্লিখিত কৌশলগুলি লিথিয়াম-অক্সিজেন ব্যাটারির ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য। ইলেক্ট্রোলাইট সংযোজন, বিভাজক পরিবর্তন এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড ডিজাইনের মাধ্যমে, লিথিয়াম ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করা যেতে পারে।