එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ (DOE) Brookhaven National Laboratory (Brookhaven National Laboratory) හි පර්යේෂකයන් පිරිසක් ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩ බැටරිවල අභ්‍යන්තර ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ නව තොරතුරු තීරණය කර ඇති බව විදෙස් මාධ්‍ය වාර්තා කරයි. , මිල අඩු විදුලි වාහන බැටරි සඳහා වැදගත් පියවරක්.

බෘක්හේවන් ජාතික රසායනාගාරයේ බැටරි පර්යේෂකයන් (රූප මූලාශ්‍රය: බෘක්හේවන් ජාතික රසායනාගාරය)

ලිතියම් ඇනෝඩය නැවත නිෂ්පාදනය කිරීම

ස්මාර්ට් ජංගම දුරකතනයේ සිට විදුලි වාහන දක්වා සම්ප්‍රදාය අපට දැකගත හැකිය. ලිතියම් බැටරි බොහෝ තාක්ෂණයන් පුළුල් ලෙස භාවිතා කිරීමට හැකියාව ලබා දී ඇතත්, විදුලි වාහන සඳහා දිගු දුර බලය සැපයීමේදී තවමත් අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි.

එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ පැසිෆික් වයඹ ජාතික රසායනාගාරය (PNNL) සහ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුව විසින් අරමුදල් සපයන විශ්ව විද්‍යාල පර්යේෂකයන් විසින් මෙහෙයවන ලද සන්ධානයක් වන Battery500, 500Wh/kg ශක්ති ඝනත්වයකින් යුත් බැටරි සෛලයක් නිර්මාණය කිරීමට ඉලක්ක කරයි. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, එය වර්තමාන වඩාත්ම දියුණු බැටරි වල ශක්ති ඝනත්වය මෙන් දෙගුණයකි. මේ සඳහා, සන්ධානය ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩ වලින් සාදන ලද බැටරි කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි.

ලිතියම් ලෝහ බැටරි ඇනෝඩය ලෙස ලිතියම් ලෝහ භාවිතා කරයි. ඊට වෙනස්ව, බොහෝ ලිතියම් බැටරි ඇනෝඩය ලෙස මිනිරන් භාවිතා කරයි. “ලිතියම් ඇනෝඩය Battery500 ශක්ති ඝනත්ව ඉලක්කය කරා ළඟා වීමේ ප්‍රධාන සාධකයක්” යැයි පර්යේෂකයෝ පවසති. “වටිනාකම නම් ශක්ති ඝනත්වය පවතින බැටරිවලට වඩා දෙගුණයක් වීමයි. පළමුව, ඇනෝඩයේ නිශ්චිත ධාරිතාව ඉතා ඉහළ ය; දෙවනුව, ඔබට වැඩි වෝල්ටීයතා බැටරියක් තිබිය හැකි අතර, දෙකේ සංයෝජනයට වැඩි ශක්ති ඝනත්වයක් තිබිය හැක.

ලිතියම් ඇනෝඩවල වාසි විද්යාඥයින් දිගු කලක් තිස්සේ හඳුනාගෙන ඇත; ඇත්ත වශයෙන්ම, ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩය බැටරි කැතෝඩයට සම්බන්ධ වූ පළමු ඇනෝඩය වේ. කෙසේ වෙතත්, ඇනෝඩයේ “ප්‍රතිවර්තනය” නොමැතිකම, එනම් ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි විද්‍යුත් රසායනික ප්‍රතික්‍රියාවක් හරහා ආරෝපණය කිරීමේ හැකියාව හේතුවෙන්, බැටරි පර්යේෂකයන් ලිතියම් බැටරි සෑදීම සඳහා ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩ වෙනුවට ග්‍රැෆයිට් ඇනෝඩ භාවිතා කිරීම අවසන් කළේය.

දැන්, දශක ගණනාවක ප්‍රගතියෙන් පසුව, ලිතියම් බැටරි වල සීමාවන් තල්ලු කිරීම සඳහා ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩයක් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට පර්යේෂකයන්ට විශ්වාසයි. ප්රධාන අතුරු මුහුණත, විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියාව තුළ බැටරි ඉලෙක්ට්රෝඩ මත සාදන ඝන ද්රව්ය ස්ථරය වේ.

“අපට මෙම අතුරුමුහුණත සම්පූර්ණයෙන් තේරුම් ගත හැකි නම්, එය ද්රව්යමය නිර්මාණය සහ ප්රතිවර්ත කළ හැකි ලිතියම් ඇනෝඩ නිෂ්පාදනය සඳහා වැදගත් මාර්ගෝපදේශයක් සැපයිය හැකිය,” පර්යේෂකයන් පැවසීය. “නමුත් මෙම අතුරුමුහුණත තේරුම් ගැනීම තරමක් අභියෝගයක් වන්නේ එය ඉතා තුනී ද්‍රව්‍ය තට්ටුවක් වන අතර එය නැනෝමීටර කිහිපයක් පමණක් ඝනකම වන අතර එය වාතයට සහ ආර්ද්‍රතාවයට සංවේදී වන බැවින් සාම්පල හැසිරවීම උපක්‍රමශීලී ය.”

මෙම අතුරුමුහුණත NSLS-II හි දෘශ්‍යමාන වේ

මෙම අභියෝග විසඳීමට සහ අතුරු මුහුණතේ රසායනික සංයුතිය සහ ව්‍යුහය “බලන්න”, පර්යේෂකයන් විසින් නිෂ්පාදනය කරන බෘක්හේවන් ජාතික රසායනාගාරයේ DOE විද්‍යා කාර්යාලයේ පරිශීලක පහසුකමක් වන National Synchrotron Radiation Light Source II (NSLS-II) භාවිතා කරන ලදී. පරමාණුක පරිමාණයෙන් අතුරු මුහුණතේ ද්‍රව්‍යමය ගුණ අධ්‍යයනය කිරීමට සුපිරි දීප්තිමත් X-කිරණ.

nSLS-II හි උසස් හැකියාවන් භාවිතා කිරීමට අමතරව, කණ්ඩායමට අතුරු මුහුණතේ සියලුම සංරචක හඳුනාගත හැකි කදම්භ රේඛාවක් (පර්යේෂණාත්මක ස්ථානය) භාවිතා කිරීමට අවශ්‍ය වන අතර, ස්ඵටික හඳුනා ගැනීමට අධි ශක්ති (කෙටි තරංග ආයාම) X-කිරණ භාවිතා කිරීමටද අවශ්‍ය වේ. සහ අස්ඵටික අවධීන්.

“රසායන විද්‍යා කණ්ඩායම විසින් XPD බහු-මාදිලි ප්‍රවේශය අනුගමනය කරන ලද අතර, කදම්භ රේඛාව, X-ray විවර්තනය (XRD) සහ බෙදාහැරීමේ කාර්යය (PDF) විශ්ලේෂණය මගින් සපයන ලද විවිධ තාක්ෂණික ක්‍රම දෙකක් භාවිතා කරමින්,” පර්යේෂකයෝ පැවසූහ. “XRD හට ස්ඵටිකරූපී අවධීන් අධ්‍යයනය කළ හැකි අතර PDF මගින් අස්ඵටික අවධීන් අධ්‍යයනය කළ හැක.”

XRD සහ PDF විශ්ලේෂණය මගින් උද්යෝගිමත් ප්රතිඵල අනාවරණය විය: ලිතියම් හයිඩ්රයිඩ් (LiH) අතුරු මුහුණතෙහි පවතී. දශක ගණනාවක් තිස්සේ, විද්‍යාඥයින් අතුරු මුහුණතෙහි LiH පැවැත්ම ගැන තර්ක කරමින්, අතුරු මුහුණත සාදන මූලික ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය පිළිබඳ අවිනිශ්චිතතාවයක් ඇති කරයි.

“LiH සහ ලිතියම් ෆ්ලෝරයිඩ් (LiF) ඉතා සමාන ස්ඵටික ව්යුහයන් ඇත. LiH සොයා ගැනීම පිළිබඳ අපගේ ප්‍රකාශය අප LiF ලෙස LiH ලෙස වරදවා වටහා ගන්නා බව විශ්වාස කරන සමහර අය විසින් ප්‍රශ්න කර ඇත, ”පර්යේෂකයා පැවසීය.

අධ්‍යයනයට සම්බන්ධ මතභේදය සහ LiH LiF වෙතින් වෙන්කර හඳුනා ගැනීමේ තාක්ෂණික අභියෝග සැලකිල්ලට ගනිමින්, වායු නිරාවරණ පරීක්ෂණ පැවැත්වීම ඇතුළුව LiH හි පැවැත්ම සඳහා බහුවිධ සාක්ෂි සැපයීමට පර්යේෂණ කණ්ඩායම තීරණය කළේය.

“පර්යේෂකයන් පැවසුවේ: “LiF වාතයේ ස්ථායී වේ, නමුත් LiH අස්ථායී වේ. අපි අතුරු මුහුණත තෙතමනය සහිත වාතයට නිරාවරණය කරන්නේ නම් සහ කාලයත් සමඟ සංයෝගයේ ප්‍රමාණය අඩු වුවහොත්, අපට ඇත්ත වශයෙන්ම අප දකින්නේ LiH මිස LiF නොවන බවත් එය LiF බවත් තහවුරු කළ හැකිය. LiH LiF වෙතින් වෙන්කර හඳුනා ගැනීමේ අපහසුව සහ වායු නිරාවරණ අත්හදා බැලීම මින් පෙර සිදු කර නොතිබීම හේතුවෙන්, බොහෝ සාහිත්‍ය වාර්තා වල LiH LiF ලෙස වරදවා වටහා ගැනීමට ඉඩ ඇත, නැතහොත් තෙත් පරිසරයක LiH වියෝජනය වීම හේතුවෙන් එය නිරීක්ෂණය නොවේ. ”

පර්යේෂකයා තවදුරටත් කියා සිටියේය. “PNNL විසින් සිදු කරන ලද නියැදි සකස් කිරීමේ කාර්යය මෙම පර්යේෂණයට ඉතා වැදගත් වේ. අත්හදා බැලීමට පෙර ඔවුන්ගේ සාම්පල තෙතමනය සහිත පරිසරයකට නිරාවරණය වී ඇති නිසා බොහෝ පුද්ගලයින් LiH හඳුනා ගැනීමට අපොහොසත් වන බව අපි සැක කරමු. ඔබ සාම්පල නිවැරදිව එකතු නොකළේ නම්, සාම්පල මුද්‍රා තැබීම සහ නැව්ගත කිරීමේ සාම්පල, ඔබට LiH මග හැරිය හැක. ”

LiH හි පැවැත්ම තහවුරු කිරීමට අමතරව, කණ්ඩායම LiF වටා තවත් දිගුකාලීන අභිරහසක් විසඳා ඇත. LiF දිගු කලක් තිස්සේ අතුරු මුහුණතේ ප්‍රයෝජනවත් අංගයක් ලෙස සලකනු ලැබුවද, එයට හේතුව කිසිවෙකු සම්පූර්ණයෙන්ම වටහාගෙන නොමැත. කණ්ඩායම විසින් අතුරු මුහුණත තුළ LiF හි ව්‍යුහාත්මක වෙනස්කම් සහ LiF හි බොහෝ ව්‍යුහාත්මක වෙනස්කම් තීරණය කළ අතර, පළමුවැන්න ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය අතර ලිතියම් අයන ප්‍රවාහනය ප්‍රවර්ධනය කළ බව සොයා ගන්නා ලදී.

බෘක්හේවන් ජාතික රසායනාගාරයේ, අනෙකුත් ජාතික රසායනාගාරවල සහ විශ්ව විද්‍යාලවල බැටරි විද්‍යාඥයින් දිගටම සහයෝගයෙන් කටයුතු කරයි. පර්යේෂකයන් පැවසුවේ මෙම ප්‍රතිඵල ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩ සංවර්ධනය සඳහා අත්‍යවශ්‍ය ප්‍රායෝගික මග පෙන්වීමක් සපයන බවයි.