මෙම ශක්තියෙන් පිරුණු බැටරි අධික ශීතල සහ තාපය තුළ හොඳින් ක්‍රියා කරයි

කැලිෆෝනියා සැන් ඩියාගෝ විශ්ව විද්‍යාලයේ ඉංජිනේරුවන් විසින් ලිතියම්-අයන බැටරි නිපදවා ඇති අතර එය අධික ශක්තියක් ඇසුරුම් කරන අතරම ශීත සීතල සහ දැවෙන උණුසුම් උෂ්ණත්වවලදී හොඳින් ක්‍රියා කරයි.පර්යේෂකයන් මෙම ජයග්‍රහණය කර ඇත්තේ පුළුල් උෂ්ණත්ව පරාසයක් පුරා විචල්‍ය සහ ශක්තිමත් පමණක් නොව ඉහළ ශක්ති ඇනෝඩයක් සහ කැතෝඩයක් සමඟ අනුකූල වන විද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් සංවර්ධනය කිරීමෙනි.
උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන බැටරිජාතික විද්‍යා ඇකඩමියේ (PNAS) ක්‍රියාදාමයන් හි ජූලි 4 සතියේ ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද පත්‍රිකාවක විස්තර කර ඇත.
එවැනි බැටරි සීතල දේශගුණයේ විදුළි වාහනවලට තනි ආරෝපණයකින් වැඩි දුරක් ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසයි;උෂ්ණාධික දේශගුණික තත්ත්වයන් යටතේ වාහනවල බැටරි පැකේජ අධික ලෙස රත් වීම වළක්වා ගැනීම සඳහා සිසිලන පද්ධතිවල අවශ්‍යතාවය ද අඩු කළ හැකි බව UC San Diego Jacobs Engineering පාසලේ නැනෝ ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය සහ අධ්‍යයනයේ ජ්‍යෙෂ්ඨ කතුවරයා වන Zheng Chen පැවසීය.
“පරිසර උෂ්ණත්වය ත්‍රිත්ව ඉලක්කම් කරා ළඟා විය හැකි සහ මාර්ග වඩාත් උණුසුම් වන ප්‍රදේශවල ඔබට ඉහළ උෂ්ණත්ව ක්‍රියාකාරිත්වයක් අවශ්‍ය වේ.විද්‍යුත් වාහනවල, බැටරි ඇසුරුම් සාමාන්‍යයෙන් බිම යට, මෙම උණුසුම් මාර්ගවලට ආසන්නව ඇත.“එමෙන්ම, ක්‍රියාත්මක වන විට ධාරාවක් ධාවනය කිරීමෙන් පමණක් බැටරි උණුසුම් වේ.ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී බැටරිවලට මෙම උණුසුම දරාගත නොහැකි නම්, ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය ඉක්මනින් පිරිහී යනු ඇත.
පරීක්ෂණ වලදී, සංකල්ප-සාක්‍ෂිය බැටරි ඒවායේ ශක්ති ධාරිතාවෙන් 87.5% සහ 115.9% පිළිවෙලින් -40 සහ 50 C (-40 සහ 122 F) හි රඳවා ගෙන ඇත.මෙම උෂ්ණත්වවලදී පිළිවෙලින් 98.2% සහ 98.7% වැනි ඉහළ Coulombic කාර්යක්ෂමතාවයක් ඔවුන්ට තිබුණි, එයින් අදහස් කරන්නේ බැටරි වැඩ කිරීම නතර කිරීමට පෙර වැඩි ආරෝපණ සහ විසර්ජන චක්‍රවලට භාජනය විය හැකි බවයි.
චෙන් සහ සගයන් විසින් නිපදවන ලද බැටරි, ඒවායේ ඉලෙක්ට්‍රෝලය නිසා සීතල හා තාපයට ඔරොත්තු දෙනවා.එය ලිතියම් ලවණයක් සමඟ මිශ්‍ර කළ ඩයිබියුටයිල් ඊතර් ද්‍රාවණයකින් සාදා ඇත.ඩයිබියුටයිල් ඊතර්හි විශේෂ ලක්ෂණයක් වන්නේ එහි අණු ලිතියම් අයනවලට දුර්වල ලෙස බැඳීමයි.වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, බැටරිය ක්‍රියාත්මක වන විට ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් අණු පහසුවෙන් ලිතියම් අයන වලට ඉඩ දිය හැකිය.මෙම දුර්වල අණුක අන්තර්ක්‍රියාව, පර්යේෂකයන් විසින් පෙර අධ්‍යයනයකදී සොයාගෙන ඇති අතර, උප-ශුන්‍ය උෂ්ණත්වවලදී බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කරයි.තවද, ඩයිබියුටයිල් ඊතර් ඉතා පහසුවෙන් තාපය ලබා ගත හැක, මන්ද එය අධික උෂ්ණත්වවලදී දියරව පවතිනු ඇත (එය 141 C, හෝ 286 F තාපාංකයක් ඇත).
ලිතියම්-සල්ෆර් රසායනයන් ස්ථායීකරණය කිරීම
මෙම විද්‍යුත් විච්ඡේදනයේ ඇති විශේෂත්වය නම් එය ලිතියම් ලෝහයෙන් සාදන ලද ඇනෝඩයක් සහ සල්ෆර් වලින් සාදන ලද කැතෝඩයක් සහිත නැවත ආරෝපණය කළ හැකි බැටරි වර්ගයක් වන ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරියකට අනුකූල වීමයි.ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරි ඊළඟ පරම්පරාවේ බැටරි තාක්ෂණයේ අත්‍යවශ්‍ය අංගයක් වන්නේ ඒවා ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයක් සහ අඩු පිරිවැයක් පොරොන්දු වන බැවිනි.අද පවතින ලිතියම්-අයන බැටරි වලට වඩා කිලෝග්‍රෑමයකට දෙගුණයක ශක්තියක් ගබඩා කළ හැකිය - මෙය බැටරි පැකේජයේ බර වැඩිවීමකින් තොරව විදුලි වාහන පරාසය දෙගුණ කළ හැකිය.එසේම, සාම්ප්‍රදායික ලිතියම්-අයන බැටරි කැතෝඩවල භාවිතා කරන කොබෝල්ට් වලට වඩා සල්ෆර් බහුල වන අතර ප්‍රභවයට අඩු ගැටළු සහගත වේ.
නමුත් ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරි සමඟ ගැටළු තිබේ.කැතෝඩය සහ ඇනෝඩය දෙකම සුපිරි ප්‍රතික්‍රියාශීලී වේ.සල්ෆර් කැතෝඩ කොතරම් ප්‍රතික්‍රියාශීලීද යත් ඒවා බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වයේදී දිය වේ.අධික උෂ්ණත්වවලදී මෙම ගැටළුව වඩාත් නරක අතට හැරේ.තවද ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩයන් ඩෙන්ඩ්‍රයිට් නම් ඉඳිකටු වැනි ව්‍යුහයන් සෑදීමට නැඹුරු වන අතර එමඟින් බැටරියේ කොටස් සිදුරු කළ හැකි අතර එය කෙටි පරිපථයට හේතු වේ.එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරි පවතින්නේ චක්‍ර දස ගණනක් දක්වා පමණි.
"ඔබට ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයක් සහිත බැටරියක් අවශ්‍ය නම්, ඔබ සාමාන්‍යයෙන් ඉතා කටුක, සංකීර්ණ රසායන විද්‍යාව භාවිතා කළ යුතුය" යනුවෙන් චෙන් පැවසීය.“ඉහළ ශක්තිය යනු වැඩි ප්‍රතික්‍රියා සිදුවෙමින් පවතින බවයි, එයින් අදහස් කරන්නේ අඩු ස්ථාවරත්වයක්, වැඩි පිරිහීමකි.ස්ථායී අධි ශක්ති බැටරියක් සෑදීම දුෂ්කර කාර්යයකි - පුළුල් උෂ්ණත්ව පරාසයක් හරහා මෙය කිරීමට උත්සාහ කිරීම ඊටත් වඩා අභියෝගාත්මක ය.
UC San Diego කණ්ඩායම විසින් නිපදවන ලද dibutyl ඊතර් ඉලෙක්ට්‍රෝලය ඉහළ සහ අඩු උෂ්ණත්වවලදී පවා මෙම ගැටළු වළක්වයි.ඔවුන් පරීක්‍ෂා කළ බැටරි සාමාන්‍ය ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරියකට වඩා බොහෝ දිගු බයිසිකල් ආයු කාලයක් තිබුණි."අපගේ ඉලෙක්ට්‍රෝලය කැතෝඩ පැත්ත සහ ඇනෝඩ පැත්ත යන දෙකම වැඩිදියුණු කිරීමට උපකාරී වන අතරම ඉහළ සන්නායකතාවය සහ අන්තර් මුහුණත ස්ථායීතාවයක් ලබා දෙයි" යනුවෙන් චෙන් පැවසීය.
කණ්ඩායම විසින් සල්ෆර් කැතෝඩය බහුඅවයවයකට බද්ධ කිරීමෙන් වඩාත් ස්ථායී වන ලෙස නිර්මාණය කරන ලදී.මෙමගින් වැඩි සල්ෆර් ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළට දියවීම වළක්වයි.
මීළඟ පියවරවලට බැටරි රසායන විද්‍යාව විශාල කිරීම, ඊටත් වඩා ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියා කිරීමට එය ප්‍රශස්ත කිරීම සහ චක්‍ර ආයු කාලය තවදුරටත් දීර්ඝ කිරීම ඇතුළත් වේ.
කඩදාසි: "උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන ලිතියම්-සල්ෆර් බැටරි සඳහා ද්‍රාවක තේරීමේ නිර්ණායක."සම-කර්තෘවරුන් අතර Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal සහ Ping Liu, සියල්ලෝම UC San Diego හි ඇත.
මෙම කාර්යය සඳහා NASA හි අභ්‍යවකාශ තාක්ෂණ පර්යේෂණ ප්‍රදාන වැඩසටහන (ECF 80NSSC18K1512), UC සැන් ඩියාගෝ ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ විද්‍යා හා ඉංජිනේරු මධ්‍යස්ථානය (MRSEC, ප්‍රදානය DMR-2011924) හරහා ජාතික විද්‍යා පදනම සහ කාර්යාලයේ මුල් වෘත්තීය පීඨ ප්‍රදානයක් මගින් සහාය විය. උසස් බැටරි ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ වැඩසටහන හරහා එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ වාහන තාක්ෂණය (Battery500 Consortium, ගිවිසුම DE-EE0007764).ජාතික විද්‍යා පදනමේ (ECCS-1542148 ප්‍රදානය) අනුග්‍රහය දක්වන ජාතික නැනෝතාක්ෂණ සම්බන්ධීකෘත යටිතල ව්‍යුහයේ සාමාජික UC San Diego හි San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) හි මෙම කාර්යය අර්ධ වශයෙන් සිදු කරන ලදී.