सामग्री
लिथियम-आयन (ली-आयन) बॅटरी स्मार्टफोन आणि आजच्या बॅटरी-समर्थित इतर अनेक गॅझेट्ससाठी रिचार्ज करण्यायोग्य सेल आहेत. त्यांचा प्रसार असूनही, ली-आयन बॅटरी उर्जा घनतेमध्ये मर्यादित आहेत, थोड्या वेळाने कमी आयुष्य आहेत आणि नुकसान झाल्यास किंवा चुकीच्या पद्धतीने शुल्क आकारल्यास ते आगीचा धोका बनू शकतात. जर गॅजेट्स सॉलिड-स्टेट बॅटरी तंत्रज्ञानाकडे गेली तर ही कमतरता खूप दूरच्या भविष्यातील भूतकाळातील गोष्ट असू शकते.
कोलंबिया युनिव्हर्सिटी अभियांत्रिकी कार्यसंघाच्या नवीन संशोधनात फिजी डॉट कॉमच्या माध्यमातून लिथियम धातूमध्ये घन इलेक्ट्रोलाइट्स स्थिर ठेवण्याची एक पद्धत सापडली आहे, a.k.a सॉलिड-स्टेट बॅटरी. बोरॉन नायट्राइड नॅनो-कोटिंगचा उपयोग केल्याने बॅटरी तयार होऊ शकतात जे ग्रेफाइट आधारित ली-आयन बॅटरीच्या चार्ज क्षमतेपेक्षा 10 पट जास्त ऑफर करतात. याव्यतिरिक्त, बहुतेकदा सॉलिड-स्टेट बॅटरी डिझाइनमध्ये वापरल्या जाणार्‍या सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स ज्वलनशील नसतात, ज्यामुळे सुरक्षा समस्या कमी होतात.
सॉलिड स्टेट बॅटरी तंत्रज्ञान ही नवीन कल्पना नाही, परंतु तयार केलेली सामग्री, डिझाइन सुरक्षा, खर्च आणि उत्पादन तंत्र दत्तक घेण्यास अडथळा आणत आहेत. पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरीच्या छोट्या पार्श्वभूमीवर डुबकी का घालू आणि ते पुनर्स्थित करणे इतके सोपे का नाही हे समजून घेण्यासाठी.
Dendrites सह समस्या
खर्चाव्यतिरिक्त, सॉलिड-स्टेट बॅटरीची सर्वात मोठी समस्या डेन्ड्राइट आहे. डेन्ड्राइट हे लिथियम धातूचे क्रिस्टलसारखे बिल्ट-अप आहे जे सामान्यत: एनोडपासून सुरू होते आणि संपूर्ण बॅटरीमध्ये वाढू शकते. हे उच्च वर्तमान चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगच्या परिणामी उद्भवते, जेथे घन इलेक्ट्रोलाइटमधील आयन इलेक्ट्रॉनसह एकत्र होतात आणि घन लिथियम धातूचा थर तयार करतात.
डेन्ड्राइट बिल्ट-अप बॅटरीची उपलब्ध इलेक्ट्रोलाइट क्षमता कमी करते आणि त्याचे शुल्क कमी करते. सर्वात वाईट म्हणजे, मोठे डेन्ड्राइट बिल्ड-अप अखेरीस बॅटरी कॅथोड / एनोड सेपरेटरला छेद देईल, शॉर्ट सर्किटमुळे बॅटरी नष्ट होईल आणि आग लागू शकेल.
जास्त प्रमाणात लिथियम-मेटल डेंड्राइट वाढ बॅटरी शॉर्ट-सर्किट करू शकते.
आजची ली-आयन बॅटरी वाहक मार्गांकरिता द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स वापरुन डेंड्राइटच्या समस्येस तोंड देतात, त्याऐवजी त्यापेक्षा जास्त क्षमतेसाठी आयन एकत्रित पॅक करण्यास अनुमती देतात. दुर्दैवाने, हे द्रव ज्वलनशील आहे, ज्यामुळे ली-आयन बॅटरी उच्च दाब, उष्णता किंवा वर्तमान यांच्यात जळजळ होऊ शकते. त्यानंतर बहुतेक वेळा इंटरकॅलेटेड लिथियम एनोड मटेरियलमध्ये ग्रॅफाइटचा वापर केला जातो, जो जास्तीत जास्त चार्ज प्रवाहासाठी काही खर्चावर दीर्घकालीन स्थिरता प्रदान करतो. परफॉर्मन्स सुधारण्यासाठी ग्राफीन आणि सिलिकॉन-आधारित मिश्रणाने त्यांचा प्रयोगातील वाटा पाहिले आहे.
एकत्रित, ली-आयन बॅटरी रसायने, साहित्य आणि बांधकाम अनिवार्यपणे आयनचा प्रवाह कमी आणि नियंत्रित करून डेन्ड्राइट्सची निर्मिती मर्यादित करते. व्यापार बंद म्हणजे बॅटरीची घनता आणि क्षमता कमी होणे आणि ज्वलनशीलता आणि सुरक्षा संरक्षणाची गरज वाढली आहे. सॉलिड स्टेट लिथियम मेटल बॅटरी रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरीच्या कामगिरीची पवित्र रेल मानली जातात परंतु द्रव ली-आयन पेशींपेक्षा स्थिर करणे खूप कठीण आहे.
नवीन संशोधन समस्येचे निराकरण कसे करते
कोलंबिया युनिव्हर्सिटी अभियांत्रिकी कार्यसंघाच्या संशोधन, ब्रूकहाव्हन नॅशनल लॅब आणि न्यूयॉर्कच्या सिटी युनिव्हर्सिटीतील सहका with्यांसमवेत घेण्यात आलेल्या घनदाट बॅटरीसाठी डेन्ड्राइट्स समस्येचे निराकरण आहे.
5 ते 10nm बोरॉन नायट्राइड (बीएन) नॅनो-फिल्म लिथियम धातू आणि आयनिक मार्गदर्शक वेगळे करते. दोन थरांचे इन्सुलेट केल्याने डेन्ड्राइट बिल्ड अप किंवा शॉर्ट सर्किट प्रतिबंधित होते, परंतु बॅटरीची उर्जा घनता जास्तीत जास्त पातळ करते. तंत्रज्ञान थोड्या प्रमाणात द्रव इलेक्ट्रोलाइटचा देखील वापर करते, परंतु डिझाइन प्रामुख्याने जास्तीत जास्त उर्जा क्षमतेसाठी सिरेमिक, सॉलिड-स्टेट डिझाइन वापरते. हे बीएन लेयर अंगभूत दोषांसह डिझाइन केलेले आहे, ज्यामुळे लिथियम आयन बॅटरी चार्ज आणि डिस्चार्ज होऊ शकतात.
अस्थिर सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्ससाठी आम्ही लिथियम-मेटल-प्रूफ बनियान विकसित केले आणि त्या नाविन्यासनाने दीर्घ सायकलिंग आजीवन लिथियम मेटल बॅटरी साध्य केल्या.
कियान चेंग, कोलंबिया विद्यापीठातील पोस्टडॉक्टोरल संशोधन वैज्ञानिकथोडक्यात, संघाने एक अतिशय पातळ अडथळा तयार केला आहे जो डीन्ड्राइट्स होण्यास प्रतिबंधित करतो. हे यामधून अत्यंत कॉम्पॅक्ट सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स वापरण्यास सक्षम करते, जे पारंपारिक लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा जास्त क्षमता देते, आगीचा धोका कमी करते आणि बॅटरीचे आयुष्य वाढवते. संशोधनाचा पुढील टप्पा अस्थिर घन इलेक्ट्रोलाइट्सच्या विस्तृत श्रेणीची तपासणी करेल आणि बनावटीसाठी ऑप्टिमायझेशन करेल.
लिक्विड वि. सॉलिड-स्टेट बॅटरी टेक
कोलंबिया युनिव्हर्सिटी अभियांत्रिकी कार्यसंघ घन-राज्य बॅटरी तंत्रज्ञानासाठी खेड्यातील एकमेव खेळ नाही. आजच्या ली-आयन बॅटरी पुनर्स्थित करण्याच्या प्रयत्नात लिपॉन, एलजीपीएस आणि एलएलझेडओ मटेरियल-आधारित डिझाइन देखील संशोधन करत आहेत. बॅटरीची अधिक क्षमता, दीर्घ आयुष्य आणि आगीचे कमी धोका यासह बहुतेक समान उद्दीष्टे शोधत आहेत. पुढची मोठी अडचण म्हणजे या बॅटरी डिझाईन प्रयोगशाळेच्या बाहेर आणि उत्पादन सुविधा व उत्पादनांमध्ये आणणे.
ग्राहकाच्या दृष्टीकोनातून, स्थिर घन-राज्य बॅटरी तंत्रज्ञानाचे मुख्य फायदे असे आहेत: 6 पट वेगवान चार्जिंग, 2 ते 10 पट उर्जा घनतेचे, 10 वर्षापर्यंतचे चक्र आयुष्य (दोनच्या तुलनेत) आणि नाही ज्वलनशील घटक. स्मार्टफोन आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी निश्चितच हे वरदान आहे. जितक्या लवकर येथे मिळेल तितके चांगले.
