வெளிநாட்டு ஊடக அறிக்கைகளின்படி, அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் (DOE) புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகத்தின் (புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகம்) ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு லித்தியம் உலோக அனோட் பேட்டரிகளின் உள் எதிர்வினை பொறிமுறையைப் பற்றிய புதிய விவரங்களைத் தீர்மானித்துள்ளது. , மலிவான மின்சார வாகன பேட்டரிகளுக்கான ஒரு முக்கியமான படி.

புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகத்தில் பேட்டரி ஆராய்ச்சியாளர்கள் (பட ஆதாரம்: புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகம்)

லித்தியம் அனோடின் மறுஉற்பத்தி

ஸ்மார்ட் போன்கள் முதல் எலெக்ட்ரிக் வாகனங்கள் வரை பாரம்பரியத்தை பார்க்கலாம். லித்தியம் பேட்டரிகள் பல தொழில்நுட்பங்களை பரவலாகப் பயன்படுத்த உதவினாலும், மின்சார வாகனங்களுக்கு நீண்ட தூர மின்சாரத்தை வழங்குவதில் அவை இன்னும் சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன.

பேட்டரி500, அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் பசிபிக் வடமேற்கு தேசிய ஆய்வகம் (PNNL) மற்றும் அமெரிக்க எரிசக்தித் துறை ஆகியவற்றால் நிதியளிக்கப்பட்ட பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் தலைமையிலான கூட்டணி, 500Wh/kg ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட பேட்டரி கலத்தை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், இது இன்றைய மிகவும் மேம்பட்ட பேட்டரிகளின் ஆற்றல் அடர்த்தியை விட இரண்டு மடங்கு அதிகம். இந்த நோக்கத்திற்காக, கூட்டணி லித்தியம் உலோக அனோட்களால் செய்யப்பட்ட பேட்டரிகளில் கவனம் செலுத்துகிறது.

லித்தியம் உலோக மின்கலங்கள் லித்தியம் உலோகத்தை அனோடாகப் பயன்படுத்துகின்றன. மாறாக, பெரும்பாலான லித்தியம் பேட்டரிகள் கிராஃபைட்டை அனோடாகப் பயன்படுத்துகின்றன. “பேட்டரி500 ஆற்றல் அடர்த்தி இலக்கை அடைவதில் லித்தியம் அனோட் முக்கிய காரணிகளில் ஒன்றாகும்” என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர். “நன்மை என்னவென்றால், ஆற்றல் அடர்த்தி தற்போதுள்ள பேட்டரிகளை விட இரண்டு மடங்கு அதிகம். முதலாவதாக, அனோடின் குறிப்பிட்ட திறன் மிக அதிகமாக உள்ளது; இரண்டாவதாக, நீங்கள் அதிக மின்னழுத்த பேட்டரியைக் கொண்டிருக்கலாம், மேலும் இரண்டின் கலவையும் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டிருக்கும்.

விஞ்ஞானிகள் நீண்ட காலமாக லித்தியம் அனோட்களின் நன்மைகளை அங்கீகரித்துள்ளனர்; உண்மையில், லித்தியம் மெட்டல் அனோட் பேட்டரி கேத்தோடுடன் இணைந்த முதல் அனோட் ஆகும். இருப்பினும், நேர்மின்முனையின் “ரிவர்சிபிலிட்டி” இல்லாததால், அதாவது, மீளக்கூடிய மின்வேதியியல் எதிர்வினை மூலம் சார்ஜ் செய்யும் திறன், பேட்டரி ஆராய்ச்சியாளர்கள் லித்தியம் பேட்டரிகளை உருவாக்க லித்தியம் உலோக அனோட்களுக்குப் பதிலாக கிராஃபைட் அனோட்களைப் பயன்படுத்தி முடித்தனர்.

இப்போது, ​​பல தசாப்தகால முன்னேற்றத்திற்குப் பிறகு, லித்தியம் பேட்டரிகளின் வரம்புகளைத் தள்ள, மீளக்கூடிய லித்தியம் உலோக நேர்த்தியை உணர ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்பிக்கை கொண்டுள்ளனர். முக்கியமானது இடைமுகம், மின்வேதியியல் எதிர்வினையின் போது பேட்டரியின் மின்முனைகளில் உருவாகும் திடப்பொருள் அடுக்கு.

“இந்த இடைமுகத்தை நாம் முழுமையாக புரிந்து கொள்ள முடிந்தால், இது பொருள் வடிவமைப்பு மற்றும் மீளக்கூடிய லித்தியம் அனோட்களின் உற்பத்திக்கான முக்கியமான வழிகாட்டுதலை வழங்க முடியும்” என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர். “ஆனால் இந்த இடைமுகத்தைப் புரிந்துகொள்வது மிகவும் சவாலானது, ஏனெனில் இது மிகவும் மெல்லிய அடுக்கு, சில நானோமீட்டர்கள் மட்டுமே தடிமன் கொண்டது, மேலும் இது காற்று மற்றும் ஈரப்பதத்திற்கு உணர்திறன் கொண்டது, எனவே மாதிரிகளைக் கையாள்வது தந்திரமானது.”

இந்த இடைமுகம் NSLS-II இல் காட்சிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது

இந்த சவால்களைத் தீர்க்கவும், இடைமுகத்தின் வேதியியல் கலவை மற்றும் கட்டமைப்பை “பார்க்கவும்”, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ப்ரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகத்தின் DOE அறிவியல் அலுவலகத்தின் பயனர் வசதியான நேஷனல் சின்க்ரோட்ரான் கதிர்வீச்சு ஒளி மூல II (NSLS-II) ஐப் பயன்படுத்தினர். அணு அளவில் இடைமுகத்தின் பொருள் பண்புகளை ஆய்வு செய்ய சூப்பர் பிரகாசமான எக்ஸ்-கதிர்கள்.

nSLS-II இன் மேம்பட்ட திறன்களைப் பயன்படுத்துவதோடு, இடைமுகத்தின் அனைத்து கூறுகளையும் கண்டறியக்கூடிய பீம் லைனையும் (பரிசோதனை நிலையம்) குழு பயன்படுத்த வேண்டும், மேலும் படிகத்தைக் கண்டறிய உயர் ஆற்றல் (குறுகிய அலைநீளம்) எக்ஸ்-கதிர்களைப் பயன்படுத்த வேண்டும். மற்றும் உருவமற்ற கட்டங்கள்.

“வேதியியல் குழு XPD மல்டி-மோட் அணுகுமுறையை ஏற்றுக்கொண்டது, பீம்லைன், எக்ஸ்ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (XRD) மற்றும் விநியோக செயல்பாடு (PDF) பகுப்பாய்வு மூலம் வழங்கப்பட்ட இரண்டு வெவ்வேறு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி,” ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர். “XRD படிக கட்டங்களைப் படிக்க முடியும், மேலும் PDF உருவமற்ற கட்டங்களைப் படிக்க முடியும்.”

XRD மற்றும் PDF பகுப்பாய்வு அற்புதமான முடிவுகளை வெளிப்படுத்தியது: இடைமுகத்தில் லித்தியம் ஹைட்ரைடு (LiH) உள்ளது. பல தசாப்தங்களாக, விஞ்ஞானிகள் இடைமுகத்தில் LiH இருப்பதைப் பற்றி வாதிட்டு வருகின்றனர், இது இடைமுகத்தை உருவாக்கும் அடிப்படை எதிர்வினை பொறிமுறையைப் பற்றிய நிச்சயமற்ற தன்மையை உருவாக்குகிறது.

“LiH மற்றும் லித்தியம் புளோரைடு (LiF) ஆகியவை மிகவும் ஒத்த படிக அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. LiH இன் கண்டுபிடிப்பு பற்றிய எங்கள் கூற்று LiH ஐ LiH என்று தவறாக நினைக்கும் சிலரால் கேள்விக்குள்ளாக்கப்பட்டது,” என்று ஆராய்ச்சியாளர் கூறினார்.

ஆய்வில் உள்ள சர்ச்சை மற்றும் LiH ஐ LiF இலிருந்து வேறுபடுத்துவதற்கான தொழில்நுட்ப சவால்களைக் கருத்தில் கொண்டு, காற்று வெளிப்பாடு சோதனைகளை நடத்துவது உட்பட LiH இருப்பதற்கான பல ஆதாரங்களை வழங்க ஆராய்ச்சி குழு முடிவு செய்தது.

“ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறினார்கள்: “LiF காற்றில் நிலையானது, ஆனால் LiH நிலையற்றது. இடைமுகத்தை ஈரப்பதமான காற்றில் வெளிப்படுத்தினால், காலப்போக்கில் கலவையின் அளவு குறைந்துவிட்டால், நாம் உண்மையில் LiH ஐப் பார்க்கிறோம், LiF அல்ல, அது LiF என்பதை உறுதிப்படுத்தலாம். LiH இலிருந்து LiH ஐ வேறுபடுத்துவதில் உள்ள சிரமம் மற்றும் காற்று வெளிப்பாடு சோதனை இதற்கு முன் செய்யப்படாததால், LiH பல இலக்கிய அறிக்கைகளில் LiF என தவறாகக் கருதப்படலாம் அல்லது ஈரப்பதமான சூழலில் LiH சிதைவதால் இது கவனிக்கப்படவில்லை. ”

ஆய்வாளர் தொடர்ந்தார். “PNNL ஆல் செய்யப்பட்ட மாதிரி தயாரிப்பு வேலை இந்த ஆராய்ச்சிக்கு முக்கியமானது. சோதனைக்கு முன் அவர்களின் மாதிரிகள் ஈரப்பதமான சூழலில் வெளிப்பட்டதால் பலர் LiH ஐ அடையாளம் காணத் தவறிவிட்டதாக நாங்கள் சந்தேகிக்கிறோம். நீங்கள் மாதிரிகளை சரியாக சேகரிக்கவில்லை என்றால், மாதிரிகள் மற்றும் ஷிப்பிங் மாதிரிகளை சீல் செய்தால், நீங்கள் LiH ஐ இழக்க நேரிடும். ”

LiH இன் இருப்பை உறுதிப்படுத்துவதோடு, LiF ஐச் சுற்றியுள்ள மற்றொரு நீண்டகால மர்மத்தையும் குழு தீர்த்தது. LiF நீண்ட காலமாக இடைமுகத்தின் நன்மை பயக்கும் அங்கமாகக் கருதப்படுகிறது, ஆனால் யாரும் காரணத்தை முழுமையாக புரிந்து கொள்ளவில்லை. குழு LiF இன் இடைமுகத்தில் உள்ள கட்டமைப்பு வேறுபாடுகள் மற்றும் LiF இன் பெரும்பாலான கட்டமைப்பு வேறுபாடுகளை தீர்மானித்தது, மேலும் முந்தையது அனோட் மற்றும் கேத்தோடிற்கு இடையில் லித்தியம் அயனிகளின் போக்குவரத்தை ஊக்குவித்ததைக் கண்டறிந்தது.

புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகம், பிற தேசிய ஆய்வகங்கள் மற்றும் பல்கலைக்கழகங்களின் பேட்டரி விஞ்ஞானிகள் தொடர்ந்து ஒத்துழைக்கிறார்கள். இந்த முடிவுகள் லித்தியம் உலோக அனோட்களின் வளர்ச்சிக்கு மிகவும் தேவையான நடைமுறை வழிகாட்டுதலை வழங்கும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர்.