یہ توانائی سے بھری بیٹریاں شدید سردی اور گرمی میں اچھی طرح کام کرتی ہیں۔

یونیورسٹی آف کیلی فورنیا سان ڈیاگو کے انجینئرز نے لیتھیم آئن بیٹریاں تیار کی ہیں جو بہت زیادہ توانائی کو پیک کرتے ہوئے ٹھنڈے ٹھنڈے اور جھلسا دینے والے گرم درجہ حرارت میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہیں۔محققین نے ایک الیکٹرولائٹ تیار کرکے یہ کارنامہ انجام دیا جو درجہ حرارت کی وسیع رینج میں نہ صرف ورسٹائل اور مضبوط ہے بلکہ اعلی توانائی کے اینوڈ اور کیتھوڈ کے ساتھ بھی مطابقت رکھتا ہے۔
درجہ حرارت سے بچنے والی بیٹریاںپروسیڈنگز آف نیشنل اکیڈمی آف سائنسز (PNAS) میں 4 جولائی کو شائع ہونے والے ایک مقالے میں بیان کیا گیا ہے۔
ایسی بیٹریاں سرد موسم میں الیکٹرک گاڑیوں کو ایک ہی چارج پر دور تک سفر کرنے کی اجازت دیتی ہیں۔UC سان ڈیاگو جیکبز سکول آف انجینئرنگ میں نینو انجینئرنگ کے پروفیسر اور مطالعہ کے سینئر مصنف زینگ چن نے کہا کہ وہ گرم موسم میں گاڑیوں کے بیٹری پیک کو زیادہ گرم ہونے سے بچانے کے لیے کولنگ سسٹم کی ضرورت کو بھی کم کر سکتے ہیں۔
"آپ کو ان علاقوں میں اعلی درجہ حرارت کے آپریشن کی ضرورت ہے جہاں محیطی درجہ حرارت تین ہندسوں تک پہنچ سکتا ہے اور سڑکیں اور بھی گرم ہو جاتی ہیں۔الیکٹرک گاڑیوں میں، بیٹری پیک عام طور پر فرش کے نیچے، ان گرم سڑکوں کے قریب ہوتے ہیں،" چن نے وضاحت کی، جو UC سان ڈیاگو سسٹین ایبل پاور اینڈ انرجی سینٹر کے فیکلٹی ممبر بھی ہیں۔اس کے علاوہ، آپریشن کے دوران کرنٹ لگنے سے بیٹریاں گرم ہوجاتی ہیں۔اگر بیٹریاں زیادہ درجہ حرارت پر اس وارم اپ کو برداشت نہیں کر سکتیں تو ان کی کارکردگی تیزی سے خراب ہو جائے گی۔
ٹیسٹوں میں، تصور کے ثبوت کی بیٹریوں نے بالترتیب -40 اور 50 C (-40 اور 122 F) پر اپنی توانائی کی صلاحیت کا 87.5% اور 115.9% برقرار رکھا۔ان درجہ حرارت پر بالترتیب 98.2% اور 98.7% کی اعلی کولمبک افادیت بھی تھی، جس کا مطلب ہے کہ بیٹریاں کام کرنا بند کرنے سے پہلے زیادہ چارج اور ڈسچارج سائیکل سے گزر سکتی ہیں۔
چن اور ساتھیوں نے جو بیٹریاں تیار کی ہیں وہ اپنے الیکٹرولائٹ کی بدولت سردی اور گرمی دونوں برداشت کرتی ہیں۔یہ dibutyl ether کے مائع محلول سے بنا ہے جس میں لتیم نمک ملایا گیا ہے۔ڈبیوٹائل ایتھر کے بارے میں ایک خاص خصوصیت یہ ہے کہ اس کے مالیکیول کمزوری سے لتیم آئنوں سے جڑ جاتے ہیں۔دوسرے لفظوں میں، بیٹری کے چلنے کے ساتھ ہی الیکٹرولائٹ مالیکیول آسانی سے لتیم آئنوں کو چھوڑ سکتے ہیں۔یہ کمزور مالیکیولر تعامل، محققین نے پچھلی تحقیق میں دریافت کیا تھا، ذیلی صفر درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔اس کے علاوہ، dibutyl ایتھر آسانی سے گرمی لے سکتا ہے کیونکہ یہ اعلی درجہ حرارت پر مائع رہتا ہے (اس کا ابلتا نقطہ 141 C، یا 286 F ہے)۔
لتیم سلفر کیمسٹری کو مستحکم کرنا
اس الیکٹرولائٹ کی خاص بات یہ ہے کہ یہ لیتھیم سلفر بیٹری کے ساتھ مطابقت رکھتی ہے، جو ایک قسم کی ریچارج ایبل بیٹری ہے جس میں لیتھیم دھات سے بنی اینوڈ اور سلفر سے بنا کیتھوڈ ہوتا ہے۔لیتھیم سلفر بیٹریاں اگلی نسل کی بیٹری ٹیکنالوجیز کا ایک لازمی حصہ ہیں کیونکہ وہ زیادہ توانائی کی کثافت اور کم لاگت کا وعدہ کرتی ہیں۔وہ آج کی لیتھیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں فی کلوگرام دو گنا زیادہ توانائی ذخیرہ کر سکتے ہیں - یہ بیٹری پیک کے وزن میں کوئی اضافہ کیے بغیر برقی گاڑیوں کی رینج کو دوگنا کر سکتا ہے۔نیز، سلفر روایتی لیتھیم آئن بیٹری کیتھوڈس میں استعمال ہونے والے کوبالٹ کے مقابلے میں زیادہ وافر اور منبع کے لیے کم مشکل ہے۔
لیکن لتیم سلفر بیٹریوں کے ساتھ مسائل ہیں۔کیتھوڈ اور انوڈ دونوں سپر ری ایکٹو ہیں۔سلفر کیتھوڈس اتنے رد عمل والے ہوتے ہیں کہ وہ بیٹری کے آپریشن کے دوران گھل جاتے ہیں۔یہ مسئلہ زیادہ درجہ حرارت پر بڑھ جاتا ہے۔اور لیتھیم میٹل اینوڈس سوئی نما ڈھانچے بنانے کا خطرہ رکھتے ہیں جسے ڈینڈرائٹس کہتے ہیں جو بیٹری کے حصوں کو چھید سکتے ہیں، جس سے یہ شارٹ سرکٹ کا باعث بنتی ہے۔نتیجے کے طور پر، لیتھیم سلفر بیٹریاں صرف دسیوں چکروں تک چلتی ہیں۔
"اگر آپ اعلی توانائی کی کثافت والی بیٹری چاہتے ہیں، تو آپ کو عام طور پر بہت سخت، پیچیدہ کیمسٹری استعمال کرنے کی ضرورت ہے،" چن نے کہا۔"اعلی توانائی کا مطلب ہے کہ زیادہ ردعمل ہو رہے ہیں، جس کا مطلب ہے کم استحکام، زیادہ انحطاط۔اعلیٰ توانائی والی بیٹری بنانا جو کہ مستحکم ہو خود ایک مشکل کام ہے - وسیع درجہ حرارت کی حد کے ذریعے ایسا کرنے کی کوشش کرنا اور بھی مشکل ہے۔"
UC سان ڈیاگو ٹیم کی طرف سے تیار کردہ dibutyl ether الیکٹرولائٹ ان مسائل کو روکتا ہے، یہاں تک کہ اعلی اور کم درجہ حرارت پر بھی۔انہوں نے جن بیٹریوں کا تجربہ کیا ان میں ایک عام لتیم سلفر بیٹری کے مقابلے میں سائیکل چلانے کی زندگی بہت زیادہ تھی۔"ہمارا الیکٹرولائٹ اعلی چالکتا اور انٹرفیشل استحکام فراہم کرتے ہوئے کیتھوڈ سائیڈ اور اینوڈ سائیڈ دونوں کو بہتر بنانے میں مدد کرتا ہے،" چن نے کہا۔
ٹیم نے سلفر کیتھوڈ کو پولیمر میں گرافٹ کرکے مزید مستحکم کرنے کے لیے بھی انجینئر کیا۔یہ زیادہ سلفر کو الیکٹرولائٹ میں گھلنے سے روکتا ہے۔
اگلے مراحل میں بیٹری کی کیمسٹری کو بڑھانا، اسے زیادہ درجہ حرارت پر کام کرنے کے لیے بہتر بنانا اور سائیکل کی زندگی کو مزید بڑھانا شامل ہے۔
کاغذ: "درجہ حرارت سے بچنے والی لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے سالوینٹس کے انتخاب کا معیار۔"شریک مصنفین میں Guorui Cai, John Holoubek, Mingqian Li, Hongpeng Gao, Yijie Yin, Sicen Yu, Haodong Liu, Tod A. Pascal اور Ping Liu شامل ہیں، سبھی UC San Diego میں ہیں۔
اس کام کو ناسا کے اسپیس ٹیکنالوجی ریسرچ گرانٹس پروگرام (ECF 80NSSC18K1512) کی جانب سے ابتدائی کیریئر فیکلٹی گرانٹ، یو سی سان ڈیاگو میٹریلز ریسرچ سائنس اینڈ انجینئرنگ سینٹر (MRSEC، گرانٹ DMR-2011924) کے ذریعے نیشنل سائنس فاؤنڈیشن، اور دفتر کے ذریعے تعاون کیا گیا۔ ایڈوانسڈ بیٹری میٹریلز ریسرچ پروگرام (بیٹری 500 کنسورشیم، معاہدہ DE-EE0007764) کے ذریعے امریکی محکمہ توانائی کی گاڑیوں کی ٹیکنالوجیز۔یہ کام جزوی طور پر UC سان ڈیاگو میں سان ڈیاگو نینو ٹیکنالوجی انفراسٹرکچر (SDNI) میں انجام دیا گیا تھا، جو کہ نیشنل نینو ٹیکنالوجی کوآرڈینیٹڈ انفراسٹرکچر کے رکن ہیں، جس کی حمایت نیشنل سائنس فاؤنڈیشن (ای سی سی ایس-1542148 گرانٹ) کرتی ہے۔