विदेशी मीडिया रिपोर्टों के अनुसार, अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) के ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी (ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी) के शोधकर्ताओं के एक समूह ने लिथियम मेटल एनोड बैटरी के आंतरिक प्रतिक्रिया तंत्र के बारे में नए विवरण निर्धारित किए हैं। , सस्ती इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी के लिए एक महत्वपूर्ण कदम।

ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में बैटरी शोधकर्ता (छवि स्रोत: ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी)

लिथियम एनोड का पुन: निर्माण

स्मार्ट फोन से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक की परंपरा हम देख सकते हैं। यद्यपि लिथियम बैटरी ने कई तकनीकों को व्यापक रूप से उपयोग करने में सक्षम बनाया है, फिर भी उन्हें इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए लंबी दूरी की शक्ति प्रदान करने में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।

बैटरी 500, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के प्रशांत नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी (पीएनएनएल) और यूएस ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में गठबंधन का लक्ष्य 500Wh/kg की ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी सेल बनाना है। दूसरे शब्दों में, यह आज की सबसे उन्नत बैटरियों के ऊर्जा घनत्व का दोगुना है। यह अंत करने के लिए, गठबंधन लिथियम धातु एनोड से बनी बैटरी पर केंद्रित है।

लिथियम धातु बैटरी लिथियम धातु का उपयोग एनोड के रूप में करती है। इसके विपरीत, अधिकांश लिथियम बैटरी ग्रेफाइट का उपयोग एनोड के रूप में करती हैं। शोधकर्ताओं ने कहा, “बैटरी 500 ऊर्जा घनत्व लक्ष्य तक पहुंचने में लिथियम एनोड प्रमुख कारकों में से एक है।” “लाभ यह है कि ऊर्जा घनत्व मौजूदा बैटरियों की तुलना में दोगुना है। सबसे पहले, एनोड की विशिष्ट क्षमता बहुत अधिक है; दूसरा, आपके पास एक उच्च वोल्टेज बैटरी हो सकती है, और दोनों के संयोजन में उच्च ऊर्जा घनत्व हो सकता है।”

वैज्ञानिकों ने लंबे समय से लिथियम एनोड के फायदों को पहचाना है; वास्तव में, लिथियम धातु एनोड बैटरी कैथोड से जुड़ा पहला एनोड है। हालांकि, एनोड की “प्रतिवर्तीता” की कमी के कारण, अर्थात, एक प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से चार्ज करने की क्षमता, बैटरी शोधकर्ताओं ने लिथियम बैटरी बनाने के लिए लिथियम धातु एनोड के बजाय ग्रेफाइट एनोड का उपयोग करना समाप्त कर दिया।

अब, दशकों की प्रगति के बाद, शोधकर्ता लिथियम बैटरी की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए एक प्रतिवर्ती लिथियम धातु एनोड का एहसास करने के लिए आश्वस्त हैं। कुंजी इंटरफ़ेस है, ठोस सामग्री परत जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान बैटरी के इलेक्ट्रोड पर बनती है।

“अगर हम इस इंटरफ़ेस को पूरी तरह से समझ सकते हैं, तो यह सामग्री के डिजाइन और प्रतिवर्ती लिथियम एनोड के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण मार्गदर्शन प्रदान कर सकता है,” शोधकर्ताओं ने कहा। “लेकिन इस इंटरफ़ेस को समझना काफी चुनौती भरा है क्योंकि यह सामग्री की एक बहुत पतली परत है, केवल कुछ नैनोमीटर मोटी है, और यह हवा और आर्द्रता के प्रति संवेदनशील है, इसलिए नमूनों को संभालना मुश्किल है।”

यह इंटरफ़ेस एनएसएलएस-द्वितीय में देखा गया है

इन चुनौतियों को हल करने और इंटरफ़ेस की रासायनिक संरचना और संरचना को “देखने” के लिए, शोधकर्ताओं ने नेशनल सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन लाइट सोर्स II (NSLS-II) का उपयोग किया, जो ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी के डीओई विज्ञान कार्यालय की एक उपयोगकर्ता सुविधा है, जो उत्पादन करती है परमाणु पैमाने पर इंटरफेस के भौतिक गुणों का अध्ययन करने के लिए सुपर उज्ज्वल एक्स-रे।

एनएसएलएस-द्वितीय की उन्नत क्षमताओं का उपयोग करने के अलावा, टीम को एक बीम लाइन (प्रयोगात्मक स्टेशन) का भी उपयोग करने की आवश्यकता होती है जो इंटरफ़ेस के सभी घटकों का पता लगा सकती है, और क्रिस्टलीय का पता लगाने के लिए उच्च-ऊर्जा (लघु-तरंग दैर्ध्य) एक्स-रे का उपयोग कर सकती है। और अनाकार चरण।

शोधकर्ताओं ने कहा, “रसायन विज्ञान टीम ने बीमलाइन, एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) और वितरण समारोह (पीडीएफ) विश्लेषण द्वारा प्रदान की गई दो अलग-अलग तकनीकों का उपयोग करके एक्सपीडी मल्टी-मोड दृष्टिकोण अपनाया।” “XRD क्रिस्टलीय चरणों का अध्ययन कर सकता है, और PDF अनाकार चरणों का अध्ययन कर सकता है।”

XRD और PDF विश्लेषण से रोमांचक परिणाम सामने आए: लिथियम हाइड्राइड (LiH) इंटरफ़ेस में मौजूद है। दशकों से, वैज्ञानिक इंटरफ़ेस में LiH के अस्तित्व के बारे में बहस कर रहे हैं, जिससे इंटरफ़ेस बनाने वाली मूल प्रतिक्रिया तंत्र के बारे में अनिश्चितता पैदा हो रही है।

“LiH और लिथियम फ्लोराइड (LiF) में बहुत समान क्रिस्टल संरचनाएं हैं। LiH की खोज के बारे में हमारे दावे पर कुछ लोगों ने सवाल उठाया है, जो मानते हैं कि हम LiF को LiH समझ लेते हैं, ”शोधकर्ता ने कहा।

अध्ययन में शामिल विवाद और LiH को LiF से अलग करने की तकनीकी चुनौतियों को देखते हुए, शोध दल ने LiH के अस्तित्व के लिए कई सबूत प्रदान करने का निर्णय लिया, जिसमें वायु जोखिम प्रयोग करना भी शामिल है।

“शोधकर्ताओं ने कहा:” LiF हवा में स्थिर है, लेकिन LiH अस्थिर है। यदि हम नम हवा के लिए इंटरफ़ेस को उजागर करते हैं, और यदि समय के साथ यौगिक की मात्रा कम हो जाती है, तो हम पुष्टि कर सकते हैं कि हम वास्तव में LiH देख रहे हैं, LiF नहीं, और यह LiF है। LiH को LiF से अलग करने की कठिनाई के कारण और वायु जोखिम प्रयोग पहले कभी नहीं किया गया है, LiH को कई साहित्य रिपोर्टों में LiF के लिए गलत होने की संभावना है, या यह एक आर्द्र वातावरण में LiH अपघटन के कारण नहीं देखा जाता है। ”

शोधकर्ता ने जारी रखा। “पीएनएनएल द्वारा किया गया नमूना तैयार करने का कार्य इस शोध के लिए महत्वपूर्ण है। हमें संदेह है कि बहुत से लोग LiH की पहचान करने में विफल रहते हैं क्योंकि उनके नमूने प्रयोग से पहले आर्द्र वातावरण के संपर्क में थे।” यदि आपने नमूने सही ढंग से एकत्र नहीं किए हैं, तो नमूने और शिपिंग नमूने सील करें, आप LiH को याद कर सकते हैं। ”

LiH के अस्तित्व की पुष्टि करने के अलावा, टीम ने LiF के आसपास के एक और लंबे समय से चले आ रहे रहस्य को भी सुलझाया। LiF को लंबे समय से इंटरफ़ेस का एक लाभकारी घटक माना जाता है, लेकिन कोई भी इसका कारण पूरी तरह से नहीं समझता है। टीम ने इंटरफ़ेस के भीतर LiF के संरचनात्मक अंतर और LiF के अधिकांश संरचनात्मक अंतरों को निर्धारित किया, और पाया कि पूर्व ने एनोड और कैथोड के बीच लिथियम आयनों के परिवहन को बढ़ावा दिया।

ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी, अन्य राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं और विश्वविद्यालयों के बैटरी वैज्ञानिक सहयोग करना जारी रखते हैं। शोधकर्ताओं ने कहा कि ये परिणाम लिथियम धातु एनोड के विकास के लिए बहुत आवश्यक व्यावहारिक मार्गदर्शन प्रदान करेंगे।