વિદેશી મીડિયાના અહેવાલો અનુસાર, યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી (DOE) ની બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી (બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી) ના સંશોધકોના જૂથે લિથિયમ મેટલ એનોડ બેટરીની આંતરિક પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ વિશે નવી વિગતો નક્કી કરી છે. , સસ્તી ઇલેક્ટ્રિક વાહન બેટરી માટે એક મહત્વપૂર્ણ પગલું.

બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે બેટરી સંશોધકો (છબી સ્ત્રોત: બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી)

લિથિયમ એનોડનું પુનઃઉત્પાદન

સ્માર્ટ ફોનથી લઈને ઈલેક્ટ્રિક વાહનો સુધીની પરંપરા આપણે જોઈ શકીએ છીએ. જો કે લિથિયમ બેટરીઓએ ઘણી તકનીકોનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં સક્ષમ બનાવ્યો છે, તેમ છતાં તેઓ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે લાંબા-અંતરની શક્તિ પ્રદાન કરવામાં પડકારોનો સામનો કરે છે.

Battery500, યુ.એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીઝ પેસિફિક નોર્થવેસ્ટ નેશનલ લેબોરેટરી (PNNL) અને યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોની આગેવાની હેઠળનું જોડાણ, 500Wh/kg ની ઉર્જા ઘનતા સાથે બેટરી સેલ બનાવવાનું લક્ષ્ય રાખે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, તે આજની સૌથી અદ્યતન બેટરીની ઊર્જા ઘનતા કરતાં બમણી છે. આ માટે, જોડાણ લિથિયમ મેટલ એનોડથી બનેલી બેટરીઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.

લિથિયમ મેટલ બેટરી એનોડ તરીકે લિથિયમ મેટલનો ઉપયોગ કરે છે. તેનાથી વિપરીત, મોટાભાગની લિથિયમ બેટરી ગ્રેફાઇટનો એનોડ તરીકે ઉપયોગ કરે છે. સંશોધકોએ જણાવ્યું હતું કે, “બેટરી500 ઉર્જા ઘનતા લક્ષ્ય સુધી પહોંચવામાં લિથિયમ એનોડ મુખ્ય પરિબળોમાંનું એક છે.” “ફાયદો એ છે કે ઊર્જાની ઘનતા હાલની બેટરી કરતા બમણી છે. પ્રથમ, એનોડની ચોક્કસ ક્ષમતા ખૂબ ઊંચી છે; બીજું, તમારી પાસે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ બેટરી હોઈ શકે છે, અને બંનેના સંયોજનમાં ઉર્જા ઘનતા વધુ હોઈ શકે છે.”

વૈજ્ઞાનિકોએ લાંબા સમયથી લિથિયમ એનોડ્સના ફાયદાઓને ઓળખ્યા છે; હકીકતમાં, લિથિયમ મેટલ એનોડ એ બેટરી કેથોડ સાથે જોડાયેલો પહેલો એનોડ છે. જો કે, એનોડની “રિવર્સિબિલિટી” ના અભાવને કારણે, એટલે કે, ઉલટાવી શકાય તેવું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દ્વારા ચાર્જ કરવાની ક્ષમતા, બેટરી સંશોધકોએ લિથિયમ બેટરી બનાવવા માટે લિથિયમ મેટલ એનોડ્સને બદલે ગ્રેફાઇટ એનોડનો ઉપયોગ કરવાનું સમાપ્ત કર્યું.

હવે, દાયકાઓની પ્રગતિ પછી, સંશોધકો લિથિયમ બેટરીની મર્યાદાઓને આગળ ધપાવવા માટે રિવર્સીબલ લિથિયમ મેટલ એનોડને સમજવામાં વિશ્વાસ ધરાવે છે. કી ઇન્ટરફેસ છે, ઘન સામગ્રી સ્તર જે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન બેટરીના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર રચાય છે.

“જો આપણે આ ઈન્ટરફેસને સંપૂર્ણ રીતે સમજી શકીએ, તો તે ઉલટાવી શકાય તેવા લિથિયમ એનોડ્સની સામગ્રીની રચના અને ઉત્પાદન માટે મહત્વપૂર્ણ માર્ગદર્શન પૂરું પાડી શકે છે,” સંશોધકોએ જણાવ્યું હતું. “પરંતુ આ ઇન્ટરફેસને સમજવું એ એક પડકાર છે કારણ કે તે સામગ્રીનું ખૂબ જ પાતળું પડ છે, માત્ર થોડા નેનોમીટર જાડા છે, અને તે હવા અને ભેજ પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે, તેથી નમૂનાઓનું સંચાલન કરવું મુશ્કેલ છે.”

આ ઈન્ટરફેસ NSLS-II માં વિઝ્યુઅલાઈઝ થયેલ છે

આ પડકારોને ઉકેલવા અને ઇન્ટરફેસની રાસાયણિક રચના અને માળખું “જોવા” માટે, સંશોધકોએ નેશનલ સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન લાઇટ સોર્સ II (NSLS-II) નો ઉપયોગ કર્યો, જે બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરીના DOE સાયન્સ ઓફિસની વપરાશકર્તા સુવિધા છે, જે ઉત્પાદન કરે છે. અણુ સ્કેલ પર ઇન્ટરફેસના ભૌતિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે સુપર તેજસ્વી એક્સ-રે.

nSLS-II ની અદ્યતન ક્ષમતાઓનો ઉપયોગ કરવા ઉપરાંત, ટીમને બીમ લાઇન (પ્રાયોગિક સ્ટેશન)નો પણ ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે જે ઇન્ટરફેસના તમામ ઘટકોને શોધી શકે છે, અને સ્ફટિકને શોધવા માટે ઉચ્ચ-ઊર્જા (ટૂંકી-તરંગલંબાઇ) એક્સ-રેનો ઉપયોગ કરે છે. અને આકારહીન તબક્કાઓ.

“રસાયણશાસ્ત્રની ટીમે XPD મલ્ટી-મોડ અભિગમ અપનાવ્યો, જેમાં બીમલાઈન, એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD) અને ડિસ્ટ્રિબ્યુશન ફંક્શન (PDF) વિશ્લેષણ દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલ બે અલગ અલગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને,” સંશોધકોએ જણાવ્યું હતું. “XRD સ્ફટિકીય તબક્કાઓનો અભ્યાસ કરી શકે છે, અને PDF આકારહીન તબક્કાઓનો અભ્યાસ કરી શકે છે.”

XRD અને PDF વિશ્લેષણે ઉત્તેજક પરિણામો જાહેર કર્યા: લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ (LiH) ઇન્ટરફેસમાં અસ્તિત્વમાં છે. દાયકાઓથી, વૈજ્ઞાનિકો ઇન્ટરફેસમાં LiH ના અસ્તિત્વ વિશે દલીલ કરી રહ્યા છે, જે ઇન્ટરફેસની રચના કરતી મૂળભૂત પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ વિશે અનિશ્ચિતતા ઊભી કરે છે.

“LiH અને લિથિયમ ફ્લોરાઈડ (LiF) ખૂબ સમાન ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર ધરાવે છે. LiH ની શોધ અંગેના અમારા દાવા પર કેટલાક લોકો દ્વારા પ્રશ્ન ઉઠાવવામાં આવ્યો છે જેઓ માને છે કે અમે LiH માટે LiF ભૂલ કરીએ છીએ,” સંશોધકે કહ્યું.

અધ્યયનમાં સંકળાયેલા વિવાદ અને LiF થી LiH ને અલગ પાડવાના ટેકનિકલ પડકારોને ધ્યાનમાં રાખીને, સંશોધન ટીમે LiH ના અસ્તિત્વ માટે ઘણા બધા પુરાવા પ્રદાન કરવાનું નક્કી કર્યું, જેમાં હવાના સંસર્ગના પ્રયોગો હાથ ધરાયા.

“સંશોધકોએ કહ્યું: “LiF હવામાં સ્થિર છે, પરંતુ LiH અસ્થિર છે. જો આપણે ઈન્ટરફેસને ભેજવાળી હવાના સંપર્કમાં લઈએ, અને જો સમય જતાં સંયોજનનું પ્રમાણ ઘટતું જાય, તો અમે ખાતરી કરી શકીએ છીએ કે આપણે ખરેખર LiH જોઈ રહ્યા છીએ, LiF નહિ, અને તે LiF છે. LiH ને LiF થી અલગ પાડવાની મુશ્કેલીને કારણે અને હવાના સંસર્ગનો પ્રયોગ અગાઉ ક્યારેય કરવામાં આવ્યો ન હતો, ઘણા સાહિત્યિક અહેવાલોમાં LiH ને LiF માટે ભૂલ કરવામાં આવે તેવી શક્યતા છે, અથવા ભેજવાળા વાતાવરણમાં LiH વિઘટનને કારણે તે જોવા મળતું નથી. ”

સંશોધકે ચાલુ રાખ્યું. “PNNL દ્વારા કરવામાં આવેલ નમૂનાની તૈયારીનું કાર્ય આ સંશોધન માટે મહત્વપૂર્ણ છે. અમને શંકા છે કે ઘણા લોકો LiH ને ઓળખવામાં નિષ્ફળ જાય છે કારણ કે પ્રયોગ પહેલા તેમના નમૂનાઓ ભેજવાળા વાતાવરણના સંપર્કમાં આવ્યા હતા.” જો તમે નમૂનાઓ યોગ્ય રીતે એકત્રિત કર્યા નથી, તો નમૂનાઓ અને શિપિંગ નમૂનાઓને સીલ કરો, તમે LiH ચૂકી શકો છો. ”

LiH ના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરવા ઉપરાંત, ટીમે LiF આસપાસના અન્ય લાંબા સમયથી ચાલતા રહસ્યને પણ ઉકેલ્યું. LiF ને લાંબા સમયથી ઇન્ટરફેસના ફાયદાકારક ઘટક તરીકે ગણવામાં આવે છે, પરંતુ કોઈ પણ તેનું કારણ સંપૂર્ણપણે સમજી શકતું નથી. ટીમે ઈન્ટરફેસની અંદર LiF ના માળખાકીય તફાવતો અને LiF ના જ મોટા ભાગના માળખાકીય તફાવતો નક્કી કર્યા અને જાણવા મળ્યું કે ભૂતપૂર્વએ એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે લિથિયમ આયનોના પરિવહનને પ્રોત્સાહન આપ્યું હતું.

બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી, અન્ય રાષ્ટ્રીય પ્રયોગશાળાઓ અને યુનિવર્સિટીઓના બેટરી વૈજ્ઞાનિકો સહયોગ કરવાનું ચાલુ રાખે છે. સંશોધકોએ કહ્યું કે આ પરિણામો લિથિયમ મેટલ એનોડ્સના વિકાસ માટે ખૂબ જ જરૂરી વ્યવહારુ માર્ગદર્શન આપશે.