अध्ययनले हामीले दिनहुँ प्रयोग गर्ने ब्याट्रीहरूलाई थप लचिलो, शक्तिशाली र सुरक्षित बनाउने तरिका पत्ता लगाएको छ।
वर्ष 2018 हो र हाम्रो दैनिक जीवन अब विभिन्न ग्याजेटहरू द्वारा इन्धन भएको छ जुन या त चलिरहेको छ बिजुली वा ब्याट्रीहरूमा। ब्याट्री-सञ्चालित ग्याजेटहरू र उपकरणहरूमा हाम्रो निर्भरता असाधारण रूपमा बढिरहेको छ। ए ब्याट्री रासायनिक ऊर्जा भण्डारण गर्ने उपकरण हो जुन विद्युतमा परिणत हुन्छ। ब्याट्रीहरू मिनी केमिकल रिएक्टरहरू हुन् जसको प्रतिक्रियाले इलेक्ट्रोन्स भरी ऊर्जा उत्पादन गर्दछ जुन बाहिरी उपकरणबाट प्रवाह हुन्छ। चाहे यसको सेलफोन होस् वा ल्यापटप वा अन्य विद्युतीय सवारी साधनहरू, ब्याट्रीहरू - सामान्यतया लिथियम-आयन - यी प्रविधिहरूको मुख्य शक्ति स्रोत हो। टेक्नोलोजीले प्रगति गरिरहँदा, थप कम्प्याक्ट, उच्च क्षमता, र सुरक्षित रिचार्जेबल ब्याट्रीहरूको लागि निरन्तर माग छ।
ब्याट्रीहरूको लामो र गौरवशाली इतिहास छ। अमेरिकी वैज्ञानिक बेन्जामिन फ्रैंकलिनले पहिलो पटक 1749 मा "ब्याट्री" शब्द प्रयोग गरे जब कि लिङ्क गरिएको क्यापेसिटरहरूको सेट प्रयोग गरेर बिजुलीको प्रयोगहरू प्रदर्शन गरे। इटालियन भौतिकशास्त्री एलेसेन्ड्रो भोल्टाले 1800 मा पहिलो ब्याट्रीको आविष्कार गरे जब तामा (Cu) र जिंक (Zn) को नुनिलो पानीमा भिजाइएको कपडाले छुट्याएको थियो। लिड-एसिड ब्याट्री, सबैभन्दा चिरस्थायी र सबैभन्दा पुरानो रिचार्जेबल ब्याट्री मध्ये एक 1859 मा आविष्कार गरिएको थियो र अझै पनि सवारी साधनहरूमा आन्तरिक दहन इन्जिन सहित धेरै उपकरणहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
ब्याट्रीहरू लामो बाटोमा आइसकेका छन् र आज तिनीहरू ठूलो मेगावाट आकारको आकारको दायरामा आउँछन्, त्यसैले सैद्धान्तिक रूपमा तिनीहरू सौर्य फार्महरूबाट बिजुली भण्डारण गर्न र मिनी शहरहरू उज्यालो पार्न सक्षम छन् वा तिनीहरू इलेक्ट्रोनिक घडीहरूमा प्रयोग हुने जत्तिकै सानो हुन सक्छन्। , गजब छ हैन। प्राइमरी ब्याट्री भनिन्छ, इलेक्ट्रोनको प्रवाह उत्पन्न गर्ने प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय हुन्छ र अन्ततः जब यसको एक प्रतिक्रियाक खपत हुन्छ ब्याट्री समतल हुन्छ वा मर्छ। सबैभन्दा सामान्य प्राथमिक ब्याट्री जस्ता-कार्बन ब्याट्री हो। यी प्राथमिक ब्याट्रीहरू एक ठूलो समस्या थिए र त्यस्ता ब्याट्रीहरूलाई डिस्पोज गर्ने एक मात्र तरिका तिनीहरूको पुन: प्रयोग गर्न सकिने तरिका पत्ता लगाउनु थियो - जसको मतलब तिनीहरूलाई रिचार्जेबल बनाउनु हो। नयाँसँग ब्याट्री प्रतिस्थापन स्पष्ट रूपमा अव्यावहारिक थियो र यसरी ब्याट्रीहरू बढ्दै गयो शक्तिशाली र तिनीहरूलाई प्रतिस्थापन गर्न र तिनीहरूको डिस्पोज गर्न धेरै महँगो उल्लेख नगर्न असम्भव पछि ठूलो भयो।
निकल-क्याडमियम ब्याट्री (NiCd) पहिलो लोकप्रिय रिचार्जेबल ब्याट्री थियो जसले क्षारलाई इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा प्रयोग गर्यो। 1989 मा निकेल-मेटल हाइड्रोजन ब्याट्रीहरू (NiMH) NiCd ब्याट्रीहरू भन्दा लामो जीवनको विकास गरियो। जे होस्, तिनीहरूसँग केही कमजोरीहरू थिए, मुख्यतया तिनीहरू अत्यधिक चार्जिङ र ओभर हिटिङको लागि धेरै संवेदनशील थिए विशेष गरी जब तिनीहरूको अधिकतम दरमा चार्ज गरिएको थियो। तसर्थ, कुनै पनि क्षतिबाट बच्न तिनीहरूलाई बिस्तारै र सावधानीपूर्वक चार्ज गर्नुपर्थ्यो र सरल चार्जरहरूद्वारा चार्ज गर्न लामो समय चाहिन्छ।
1980 मा आविष्कार गरिएको, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू (LIBs) उपभोक्ताहरूमा सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने ब्याट्रीहरू हुन्। इलेक्ट्रोनिक आज उपकरणहरू। लिथियम सबैभन्दा हल्का तत्वहरू मध्ये एक हो र यसमा सबैभन्दा ठूलो इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता छ, त्यसैले यो संयोजन ब्याट्री बनाउनको लागि उपयुक्त छ। LIBs मा, लिथियम आयनहरू नुनबाट बनेको इलेक्ट्रोलाइट मार्फत विभिन्न इलेक्ट्रोडहरू बीचमा सर्छन् जैविक सॉल्भेन्ट्स (धेरै परम्परागत LIBs मा)। सैद्धान्तिक रूपमा, लिथियम धातु धेरै उच्च क्षमता भएको सबैभन्दा विद्युतीय सकारात्मक धातु हो र ब्याट्रीहरूको लागि उत्तम विकल्प हो। जब LIBs ले रिचार्ज गर्दैछ, सकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएको लिथियम आयन लिथियम धातु बन्छ। यसैले, LIBs सबै प्रकारका पोर्टेबल उपकरणहरूमा प्रयोग गर्नका लागि सबैभन्दा लोकप्रिय रिचार्जेबल ब्याट्रीहरू हुन् जुन तिनीहरूको लामो आयु र उच्च क्षमताको कारण हो। यद्यपि, एउटा प्रमुख समस्या यो हो कि इलेक्ट्रोलाइट सजिलैसँग वाष्पीकरण हुन सक्छ, जसले ब्याट्रीमा सर्ट-सर्किट निम्त्याउँछ र यो आगोको खतरा हुन सक्छ। व्यवहारमा, LIB हरू साँच्चै अस्थिर र असक्षम हुन्छन् किनकि समयसँगै लिथियम डिस्पोजिसनहरू गैर-एकरूप हुन्छन्। LIB हरू पनि कम चार्ज र डिस्चार्ज दरहरू छन् र सुरक्षा चिन्ताहरूले तिनीहरूलाई धेरै उच्च शक्ति र उच्च क्षमताका मेसिनहरू, उदाहरण इलेक्ट्रिक र हाइब्रिड इलेक्ट्रिक सवारीहरूका लागि अव्यवहारिक बनाउँछ। LIB लाई धेरै दुर्लभ अवसरहरूमा राम्रो क्षमता र अवधारण दरहरू प्रदर्शन गर्न रिपोर्ट गरिएको छ।
तसर्थ, ब्याट्रीको संसारमा सबै उत्तम छैन किनकि हालैका वर्षहरूमा धेरै ब्याट्रीहरूलाई असुरक्षित भनी चिन्ह लगाइएको छ किनभने तिनीहरूले आगो लगाउँछन्, अविश्वसनीय र कहिलेकाहीं अक्षम हुन्छन्। विश्वभरका वैज्ञानिकहरू सानो, सुरक्षित रूपमा रिचार्जेबल, हल्का, थप लचिलो र एकै समयमा थप शक्तिशाली हुने ब्याट्रीहरू निर्माण गर्ने खोजमा छन्। त्यसैले, सम्भावित विकल्पको रूपमा ठोस राज्य इलेक्ट्रोलाइटहरूमा ध्यान केन्द्रित भएको छ। यसलाई लक्ष्यका रूपमा राख्दै वैज्ञानिकहरूले धेरै विकल्पहरू प्रयास गरेका छन्, तर स्थिरता र मापनयोग्यता धेरै जसो अध्ययनहरूमा बाधा भएको छ। पोलिमर इलेक्ट्रोलाइट्सले प्रमुख क्षमता देखाएको छ किनभने तिनीहरू स्थिर मात्र होइन तर लचिलो र सस्तो पनि छन्। दुर्भाग्यवश, यस्तो बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स संग मुख्य मुद्दा तिनीहरूको खराब चालकता र यांत्रिक गुण हो।
ACS मा प्रकाशित हालैको अध्ययनमा नानो पत्रहरू, शोधकर्ताहरू ब्याट्रीको सुरक्षा र अन्य धेरै गुणहरू यसमा न्यानोवायरहरू थपेर ब्याट्रीलाई उत्कृष्ट बनाउन सकिन्छ भनी देखाएको छ। कलेज अफ मटेरियल साइन्स एन्ड इन्जिनियरिङ, चीनको झेजियाङ युनिभर्सिटी अफ टेक्नोलोजीका अनुसन्धानकर्ताहरूको यो टोलीले आफ्नो अघिल्लो अनुसन्धानको आधारमा म्याग्नेसियम बोरेट नानोवायरहरू बनाएका छन् जसले राम्रो मेकानिकल गुण र चालकता प्रदर्शन गर्दछ। हालको अध्ययनमा तिनीहरूले जाँच गरे कि यो ब्याट्रीहरूको लागि पनि सही हुनेछ कि जब यस्तो हुन्छ nanowires ठोस राज्य बहुलक इलेक्ट्रोलाइटमा थपिएको छ। सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रोलाइट म्याग्नेसियम बोरेट नानोवायरको 5, 10, 15 र 20 वजनसँग मिसाइएको थियो। यो देखियो कि न्यानोवायरहरूले ठोस-स्टेट पोलिमर इलेक्ट्रोलाइटको चालकता बढायो जसले ब्याट्रीहरूलाई थप बलियो र लचिलो बनायो जब न्यानोवायरहरू बिना पहिलेको तुलनामा। चालकतामा यो बृद्धि आयनहरूको संख्यामा भएको वृद्धिको कारणले गर्दा इलेक्ट्रोलाइटको माध्यमबाट र धेरै छिटो दरमा गुजरिरहेको थियो। सम्पूर्ण सेटअप ब्याट्री जस्तै थियो तर थपिएको न्यानोवायरहरूको साथ। यसले सामान्य ब्याट्रीहरूको तुलनामा कार्यसम्पादनको उच्च दर र बढेको चक्र देखायो। ज्वलनशीलताको एक महत्त्वपूर्ण परीक्षण पनि गरिएको थियो र यो देखियो कि ब्याट्री जलेको छैन। मोबाइल फोन र ल्यापटपहरू जस्ता आजका व्यापक रूपमा प्रयोग हुने पोर्टेबल अनुप्रयोगहरूलाई अधिकतम र सबैभन्दा कम्प्याक्ट भण्डारण गरिएको ऊर्जाको साथ अपग्रेड गर्न आवश्यक छ। यसले स्पष्ट रूपमा हिंस्रक डिस्चार्जको जोखिम बढाउँछ र ब्याट्रीहरूको सानो ढाँचाको कारणले त्यस्ता यन्त्रहरूको लागि यो व्यवस्थित हुन्छ। तर ब्याट्रीहरूको ठूला अनुप्रयोगहरू डिजाइन र प्रयास गरिएको हुनाले, सुरक्षा, स्थायित्व र शक्तिले सर्वोच्च महत्त्व मान्छ।
***
{तपाइँले उद्धृत स्रोत(हरू) को सूचीमा दिइएको DOI लिङ्कमा क्लिक गरेर मूल अनुसन्धान पत्र पढ्न सक्नुहुन्छ}
स्रोत (हरू)
शेङ ओ एट अल। 2018. Mg2B2O5 Nanowire ले उच्च आयोनिक चालकता, उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू, र ज्वाला-प्रतिरोधी प्रदर्शनको साथ बहुकार्यात्मक ठोस-स्टेट इलेक्ट्रोलाइटहरू सक्षम पारेको छ। नैनो अक्षरहरू। https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
