వేగవంతమైన మరియు ఎక్కువ కాలం ఉండే తదుపరి తరం బ్యాటరీల అభివృద్ధికి మార్గనిర్దేశం చేసే సాంకేతికత

పునరుత్పాదక ఇంధన మౌలిక సదుపాయాలను ఏర్పాటు చేయడానికి స్వచ్ఛమైన మరియు సమర్థవంతమైన ఇంధన నిల్వ సాంకేతికతలు అవసరం.లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఇప్పటికే వ్యక్తిగత ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తున్నాయి మరియు విశ్వసనీయమైన గ్రిడ్-స్థాయి నిల్వ మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల కోసం అభ్యర్థులకు ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి.అయినప్పటికీ, వారి ఛార్జింగ్ రేట్లు మరియు ఉపయోగించగల జీవితకాలం మెరుగుపరచడానికి మరింత అభివృద్ధి అవసరం.

అటువంటి వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ మరియు ఎక్కువ కాలం ఉండే బ్యాటరీల అభివృద్ధికి సహాయం చేయడానికి, బ్యాటరీ పనితీరుకు పరిమితులను గుర్తించడానికి, ఆపరేటింగ్ బ్యాటరీ లోపల జరిగే ప్రక్రియలను శాస్త్రవేత్తలు అర్థం చేసుకోగలగాలి.ప్రస్తుతం, క్రియాశీల బ్యాటరీ పదార్థాలు పని చేస్తున్నప్పుడు వాటిని దృశ్యమానం చేయడానికి అధునాతన సింక్రోట్రోన్ ఎక్స్-రే లేదా ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ టెక్నిక్‌లు అవసరం, ఇది కష్టం మరియు ఖరీదైనది మరియు తరచుగా వేగంగా ఛార్జింగ్ అయ్యే ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్‌లలో సంభవించే వేగవంతమైన మార్పులను సంగ్రహించేంత త్వరగా చిత్రించదు.ఫలితంగా, వ్యక్తిగత క్రియాశీల కణాల పొడవు-స్కేల్‌పై మరియు వాణిజ్యపరంగా సంబంధిత ఫాస్ట్-చార్జింగ్ రేట్ల వద్ద అయాన్ డైనమిక్స్ ఎక్కువగా అన్వేషించబడలేదు.

కేంబ్రిడ్జ్ విశ్వవిద్యాలయంలోని పరిశోధకులు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను అధ్యయనం చేయడానికి తక్కువ-ధర ల్యాబ్-ఆధారిత ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ టెక్నిక్‌ను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా ఈ సమస్యను అధిగమించారు.వారు Nb14W3O44 యొక్క వ్యక్తిగత కణాలను పరిశీలించారు, ఇది ఇప్పటి వరకు వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ యానోడ్ పదార్థాలలో ఒకటి.కనిపించే కాంతి ఒక చిన్న గాజు కిటికీ ద్వారా బ్యాటరీలోకి పంపబడుతుంది, ఇది యాక్టివ్ కణాలలో డైనమిక్ ప్రక్రియను నిజ సమయంలో, వాస్తవిక సమతుల్యత లేని పరిస్థితులలో చూడటానికి పరిశోధకులను అనుమతిస్తుంది.ఇది వ్యక్తిగత క్రియాశీల కణాల ద్వారా కదులుతున్న ముందు-వంటి లిథియం-ఏకాగ్రత ప్రవణతలను వెల్లడించింది, దీని ఫలితంగా అంతర్గత ఒత్తిడి ఏర్పడుతుంది, దీని వలన కొన్ని కణాలు పగుళ్లు ఏర్పడతాయి.పార్టికల్ ఫ్రాక్చర్ అనేది బ్యాటరీలకు ఒక సమస్య, ఎందుకంటే ఇది శకలాలు యొక్క విద్యుత్ డిస్‌కనెక్ట్‌కు దారి తీస్తుంది, బ్యాటరీ యొక్క నిల్వ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది."ఇటువంటి ఆకస్మిక సంఘటనలు బ్యాటరీకి తీవ్రమైన చిక్కులను కలిగి ఉంటాయి, కానీ ఇంతకు ముందు నిజ సమయంలో గమనించలేము" అని కేంబ్రిడ్జ్ కావెండిష్ లాబొరేటరీ నుండి సహ రచయిత డాక్టర్ క్రిస్టోఫ్ ష్నెడెర్మాన్ చెప్పారు.

ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ టెక్నిక్ యొక్క అధిక-నిర్గమాంశ సామర్థ్యాలు పెద్ద సంఖ్యలో కణాలను విశ్లేషించడానికి పరిశోధకులను ఎనేబుల్ చేశాయి, అధిక డీలిథియేషన్ రేట్లు మరియు పొడవైన కణాలలో కణ పగుళ్లు సర్వసాధారణమని వెల్లడించింది.కేంబ్రిడ్జ్ కావెండిష్ లాబొరేటరీ అండ్ కెమిస్ట్రీ డిపార్ట్‌మెంట్‌లో పీహెచ్‌డీ అభ్యర్థి అయిన మొదటి రచయిత ఆలిస్ మెర్రీవెదర్ చెప్పారు.

ముందుకు సాగడం, పద్దతి యొక్క ముఖ్య ప్రయోజనాలు - వేగవంతమైన డేటా సేకరణ, సింగిల్-పార్టికల్ రిజల్యూషన్ మరియు అధిక నిర్గమాంశ సామర్థ్యాలతో సహా - బ్యాటరీలు విఫలమైనప్పుడు ఏమి జరుగుతుందో మరియు దానిని ఎలా నిరోధించాలో మరింత అన్వేషించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.దాదాపు ఏ రకమైన బ్యాటరీ మెటీరియల్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి సాంకేతికతను అన్వయించవచ్చు, తదుపరి తరం బ్యాటరీల అభివృద్ధిలో ఇది పజిల్‌లో ముఖ్యమైన భాగం.