இந்த ஆற்றல் நிரம்பிய பேட்டரிகள் கடுமையான குளிர் மற்றும் வெப்பத்தில் நன்றாக வேலை செய்கின்றன

கலிபோர்னியா சான் டியாகோ பல்கலைக்கழகத்தின் பொறியாளர்கள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை உருவாக்கியுள்ளனர், அவை உறைபனி மற்றும் எரியும் வெப்பமான வெப்பநிலையில் சிறப்பாக செயல்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் அதிக ஆற்றலைப் பொதி செய்கின்றன.பரந்த வெப்பநிலை வரம்பில் பல்துறை மற்றும் வலுவானது மட்டுமல்லாமல், அதிக ஆற்றல் அனோட் மற்றும் கேத்தோடுடன் இணக்கமான எலக்ட்ரோலைட்டை உருவாக்குவதன் மூலம் ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த சாதனையை நிறைவேற்றினர்.
வெப்பநிலை தாங்கும் பேட்டரிகள்தேசிய அறிவியல் அகாடமியின் (PNAS) செயல்முறைகளில் ஜூலை 4 வாரத்தில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு தாளில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன.
இத்தகைய பேட்டரிகள் குளிர்ந்த காலநிலையில் மின்சார வாகனங்களை ஒரே சார்ஜில் அதிக தூரம் பயணிக்க அனுமதிக்கும்;வெப்பமான காலநிலையில் வாகனங்களின் பேட்டரி பேக்குகள் அதிக வெப்பமடையாமல் இருக்க குளிரூட்டும் அமைப்புகளின் தேவையையும் குறைக்கலாம் என்று யுசி சான் டியாகோ ஜேக்கப்ஸ் இன்ஜினியரிங் பள்ளியின் நானோ இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரும் ஆய்வின் மூத்த ஆசிரியருமான ஜெங் சென் கூறினார்.
"சுற்றுப்புற வெப்பநிலை மூன்று இலக்கங்களை அடையக்கூடிய மற்றும் சாலைகள் இன்னும் சூடாக இருக்கும் பகுதிகளில் உங்களுக்கு அதிக வெப்பநிலை செயல்பாடு தேவை.மின்சார வாகனங்களில், பேட்டரி பேக்குகள் பொதுவாக தரையின் கீழ் இருக்கும், இந்த சூடான சாலைகளுக்கு அருகில் இருக்கும்,” என்று UC சான் டியாகோ நிலையான சக்தி மற்றும் ஆற்றல் மையத்தின் ஆசிரிய உறுப்பினரான சென் விளக்கினார்."மேலும், செயல்பாட்டின் போது மின்னோட்டத்தை இயக்குவதிலிருந்து பேட்டரிகள் வெப்பமடைகின்றன.அதிக வெப்பநிலையில் இந்த வெப்பத்தை பேட்டரிகள் பொறுத்துக்கொள்ள முடியாவிட்டால், அவற்றின் செயல்திறன் விரைவில் சிதைந்துவிடும்.
சோதனைகளில், ப்ரூஃப்-ஆஃப்-கான்செப்ட் பேட்டரிகள் முறையே -40 மற்றும் 50 C (-40 மற்றும் 122 F) இல் அவற்றின் ஆற்றல் திறனில் 87.5% மற்றும் 115.9% தக்கவைத்துக் கொண்டன.இந்த வெப்பநிலையில் அவை முறையே 98.2% மற்றும் 98.7% என்ற உயர் கூலம்பிக் திறன்களைக் கொண்டிருந்தன, அதாவது பேட்டரிகள் வேலை செய்வதை நிறுத்துவதற்கு முன்பு அதிக சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளுக்கு உட்படும்.
சென் மற்றும் சகாக்கள் உருவாக்கிய பேட்டரிகள் அவற்றின் எலக்ட்ரோலைட் காரணமாக குளிர் மற்றும் வெப்பத்தை தாங்கக்கூடியவை.இது லித்தியம் உப்புடன் கலந்த டைபுடைல் ஈதரின் திரவக் கரைசலால் ஆனது.டிபியூட்டில் ஈதரின் சிறப்பு அம்சம் என்னவென்றால், அதன் மூலக்கூறுகள் லித்தியம் அயனிகளுடன் பலவீனமாக பிணைக்கப்படுகின்றன.வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், பேட்டரி இயங்கும்போது எலக்ட்ரோலைட் மூலக்கூறுகள் லித்தியம் அயனிகளை எளிதில் விட்டுவிடலாம்.இந்த பலவீனமான மூலக்கூறு தொடர்பு, முந்தைய ஆய்வில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்தது, துணை பூஜ்ஜிய வெப்பநிலையில் பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.கூடுதலாக, டிபியூட்டில் ஈதர் அதிக வெப்பநிலையில் திரவமாக இருப்பதால் வெப்பத்தை எளிதாக எடுத்துக் கொள்ளலாம் (இது 141 C அல்லது 286 F இன் கொதிநிலையைக் கொண்டுள்ளது).
லித்தியம்-சல்பர் வேதியியலை உறுதிப்படுத்துகிறது
இந்த எலக்ட்ரோலைட்டின் சிறப்பு என்னவென்றால், இது லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரியுடன் இணக்கமானது, இது ஒரு வகையான ரிச்சார்ஜபிள் பேட்டரி ஆகும், இது லித்தியம் உலோகத்தால் செய்யப்பட்ட அனோட் மற்றும் கந்தகத்தால் செய்யப்பட்ட கேத்தோடைக் கொண்டுள்ளது.லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் அடுத்த தலைமுறை பேட்டரி தொழில்நுட்பங்களின் இன்றியமையாத பகுதியாகும், ஏனெனில் அவை அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் குறைந்த செலவுகளை உறுதியளிக்கின்றன.இன்றைய லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை விட ஒரு கிலோகிராமுக்கு இரண்டு மடங்கு அதிக ஆற்றலை அவை சேமிக்க முடியும் - இது பேட்டரி பேக்கின் எடையில் எந்த அதிகரிப்பும் இல்லாமல் மின்சார வாகனங்களின் வரம்பை இரட்டிப்பாக்க முடியும்.மேலும், பாரம்பரிய லித்தியம்-அயன் பேட்டரி கத்தோட்களில் பயன்படுத்தப்படும் கோபால்ட்டை விட கந்தகம் அதிக அளவில் உள்ளது மற்றும் மூலத்திற்கு குறைவான சிக்கலைக் கொண்டுள்ளது.
ஆனால் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளில் சிக்கல்கள் உள்ளன.கேத்தோடு மற்றும் அனோட் இரண்டும் சூப்பர் ரியாக்டிவ் ஆகும்.சல்பர் கத்தோட்கள் மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டவை, அவை பேட்டரி செயல்பாட்டின் போது கரைந்துவிடும்.அதிக வெப்பநிலையில் இந்த சிக்கல் மோசமடைகிறது.மேலும் லித்தியம் மெட்டல் அனோட்கள் டென்ட்ரைட்டுகள் எனப்படும் ஊசி போன்ற கட்டமைப்புகளை உருவாக்கி பேட்டரியின் சில பகுதிகளைத் துளைத்து, குறுகிய சுற்றுக்கு வழிவகுக்கும்.இதன் விளைவாக, லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் பல்லாயிரக்கணக்கான சுழற்சிகள் வரை மட்டுமே நீடிக்கும்.
"அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட பேட்டரியை நீங்கள் விரும்பினால், நீங்கள் பொதுவாக மிகவும் கடுமையான, சிக்கலான வேதியியலைப் பயன்படுத்த வேண்டும்" என்று சென் கூறினார்."அதிக ஆற்றல் என்பது அதிக எதிர்வினைகள் நிகழ்கின்றன, அதாவது குறைந்த நிலைத்தன்மை, அதிக சீரழிவு.நிலையானதாக இருக்கும் உயர் ஆற்றல் கொண்ட பேட்டரியை உருவாக்குவது ஒரு கடினமான பணியாகும் - பரந்த வெப்பநிலை வரம்பில் இதைச் செய்ய முயற்சிப்பது இன்னும் சவாலானது."
UC சான் டியாகோ குழுவால் உருவாக்கப்பட்ட டிபியூட்டில் ஈதர் எலக்ட்ரோலைட் இந்த சிக்கல்களைத் தடுக்கிறது, அதிக மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் கூட.அவர்கள் பரிசோதித்த பேட்டரிகள் வழக்கமான லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரியை விட நீண்ட சைக்கிள் ஆயுளைக் கொண்டிருந்தன."எங்கள் எலக்ட்ரோலைட் உயர் கடத்துத்திறன் மற்றும் இடைமுக நிலைத்தன்மையை வழங்கும் அதே வேளையில் கேத்தோடு பக்கத்தையும் நேர்மின்முனை பக்கத்தையும் மேம்படுத்த உதவுகிறது" என்று சென் கூறினார்.
குழு சல்பர் கேத்தோடை ஒரு பாலிமரில் ஒட்டுவதன் மூலம் மிகவும் நிலையானதாக இருக்கும்படி வடிவமைத்தது.இது எலக்ட்ரோலைட்டில் அதிக கந்தகம் கரைவதைத் தடுக்கிறது.
அடுத்த படிகளில் பேட்டரி வேதியியலை அளவிடுதல், அதிக வெப்பநிலையில் வேலை செய்ய அதை மேம்படுத்துதல் மற்றும் சுழற்சி ஆயுளை மேலும் நீட்டித்தல் ஆகியவை அடங்கும்.
காகிதம்: "வெப்பநிலையை எதிர்க்கும் லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகளுக்கான கரைப்பான் தேர்வு அளவுகோல்கள்."இணை ஆசிரியர்களில் Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal மற்றும் Ping Liu ஆகியோர் UC சான் டியாகோவில் உள்ளனர்.
நாசாவின் விண்வெளி தொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சி மானியத் திட்டம் (ECF 80NSSC18K1512), UC சான் டியாகோ மெட்டீரியல்ஸ் ஆராய்ச்சி அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் மையம் (MRSEC, கிராண்ட் DMR-2011924) மூலம் தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை ஆகியவற்றின் ஆரம்பகால தொழில் ஆசிரிய மானியம் இந்த வேலைக்கு ஆதரவளித்தது. மேம்பட்ட பேட்டரி மெட்டீரியல் ஆராய்ச்சி திட்டத்தின் மூலம் அமெரிக்க எரிசக்தி துறையின் வாகன தொழில்நுட்பங்கள் (பேட்டரி500 கூட்டமைப்பு, ஒப்பந்தம் DE-EE0007764).தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை (மானியம் ECCS-1542148) மூலம் ஆதரிக்கப்படும் தேசிய நானோ தொழில்நுட்ப ஒருங்கிணைப்பு உள்கட்டமைப்பின் உறுப்பினரான UC சான் டியாகோவில் உள்ள San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) இல் இந்த வேலை ஒரு பகுதியாக செய்யப்பட்டது.