విదేశీ మీడియా నివేదికల ప్రకారం, US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) యొక్క బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ (బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ) పరిశోధకుల బృందం లిథియం మెటల్ యానోడ్ బ్యాటరీల అంతర్గత ప్రతిచర్య విధానం గురించి కొత్త వివరాలను నిర్ణయించింది. , చౌకైన ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల బ్యాటరీల కోసం ఒక ముఖ్యమైన దశ.

బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలో బ్యాటరీ పరిశోధకులు (చిత్ర మూలం: బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ)

లిథియం యానోడ్ యొక్క పునర్నిర్మాణం

స్మార్ట్‌ఫోన్‌ల నుంచి ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల వరకు సంప్రదాయాన్ని మనం చూడవచ్చు. లిథియం బ్యాటరీలు అనేక సాంకేతికతలను విస్తృతంగా ఉపయోగించుకునేలా చేసినప్పటికీ, ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు సుదూర శక్తిని అందించడంలో అవి ఇప్పటికీ సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నాయి.

US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క పసిఫిక్ నార్త్‌వెస్ట్ నేషనల్ లాబొరేటరీ (PNNL) మరియు US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నిధులతో విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధకుల నేతృత్వంలోని Battery500 కూటమి, 500Wh/kg శక్తి సాంద్రతతో బ్యాటరీ సెల్‌ను రూపొందించాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఇది నేటి అత్యంత అధునాతన బ్యాటరీల కంటే రెండు రెట్లు ఎక్కువ శక్తి సాంద్రత. దీని కోసం, కూటమి లిథియం మెటల్ యానోడ్‌లతో తయారు చేసిన బ్యాటరీలపై దృష్టి పెడుతుంది.

లిథియం మెటల్ బ్యాటరీలు లిథియం మెటల్‌ను యానోడ్‌గా ఉపయోగిస్తాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, చాలా లిథియం బ్యాటరీలు గ్రాఫైట్‌ను యానోడ్‌గా ఉపయోగిస్తాయి. “Battery500 శక్తి సాంద్రత లక్ష్యాన్ని చేరుకోవడంలో లిథియం యానోడ్ కీలకమైన కారకాల్లో ఒకటి” అని పరిశోధకులు తెలిపారు. “ప్రయోజనం ఏమిటంటే శక్తి సాంద్రత ఇప్పటికే ఉన్న బ్యాటరీల కంటే రెండింతలు. మొదట, యానోడ్ యొక్క నిర్దిష్ట సామర్థ్యం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది; రెండవది, మీరు అధిక వోల్టేజ్ బ్యాటరీని కలిగి ఉండవచ్చు మరియు రెండింటి కలయిక అధిక శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది.

లిథియం యానోడ్‌ల ప్రయోజనాలను శాస్త్రవేత్తలు చాలా కాలంగా గుర్తించారు; నిజానికి, లిథియం మెటల్ యానోడ్ బ్యాటరీ కాథోడ్‌తో జతచేయబడిన మొదటి యానోడ్. అయినప్పటికీ, యానోడ్ యొక్క “రివర్సిబిలిటీ” లేకపోవడం, అంటే, రివర్సిబుల్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్ ద్వారా ఛార్జ్ చేయగల సామర్థ్యం కారణంగా, బ్యాటరీ పరిశోధకులు లిథియం బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి లిథియం మెటల్ యానోడ్‌లకు బదులుగా గ్రాఫైట్ యానోడ్‌లను ఉపయోగించడం ముగించారు.

ఇప్పుడు, దశాబ్దాల పురోగతి తర్వాత, లిథియం బ్యాటరీల పరిమితులను పెంచడానికి రివర్సిబుల్ లిథియం మెటల్ యానోడ్‌ను గ్రహించగలమని పరిశోధకులు విశ్వసిస్తున్నారు. కీలకమైనది ఇంటర్‌ఫేస్, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్ సమయంలో బ్యాటరీ యొక్క ఎలక్ట్రోడ్‌లపై ఏర్పడే ఘన పదార్థ పొర.

“మేము ఈ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను పూర్తిగా అర్థం చేసుకోగలిగితే, రివర్సిబుల్ లిథియం యానోడ్‌ల మెటీరియల్ డిజైన్ మరియు తయారీకి ఇది ముఖ్యమైన మార్గదర్శకత్వాన్ని అందిస్తుంది” అని పరిశోధకులు తెలిపారు. “కానీ ఈ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను అర్థం చేసుకోవడం చాలా సవాలుగా ఉంది, ఎందుకంటే ఇది చాలా పలుచని పదార్థం, కొన్ని నానోమీటర్ల మందంగా ఉంటుంది మరియు ఇది గాలి మరియు తేమకు సున్నితంగా ఉంటుంది, కాబట్టి నమూనాలను నిర్వహించడం గమ్మత్తైనది.”

ఈ ఇంటర్‌ఫేస్ NSLS-IIలో దృశ్యమానం చేయబడింది

ఈ సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క రసాయన కూర్పు మరియు నిర్మాణాన్ని “చూడండి” చేయడానికి, పరిశోధకులు నేషనల్ సింక్రోట్రోన్ రేడియేషన్ లైట్ సోర్స్ II (NSLS-II), బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ యొక్క DOE సైన్స్ ఆఫీస్ యొక్క వినియోగదారు సదుపాయాన్ని ఉపయోగించారు. అటామిక్ స్కేల్‌పై ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క మెటీరియల్ లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి సూపర్ బ్రైట్ ఎక్స్-కిరణాలు.

nSLS-II యొక్క అధునాతన సామర్థ్యాలను ఉపయోగించడంతో పాటు, బృందం ఇంటర్‌ఫేస్‌లోని అన్ని భాగాలను గుర్తించగల బీమ్ లైన్ (ప్రయోగాత్మక స్టేషన్)ను కూడా ఉపయోగించాలి మరియు స్ఫటికాకారాన్ని గుర్తించడానికి అధిక-శక్తి (స్వల్ప-తరంగదైర్ఘ్యం) X-కిరణాలను ఉపయోగించాలి. మరియు నిరాకార దశలు.

“కెమిస్ట్రీ బృందం బీమ్‌లైన్, ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) మరియు డిస్ట్రిబ్యూషన్ ఫంక్షన్ (PDF) విశ్లేషణ ద్వారా అందించబడిన రెండు విభిన్న పద్ధతులను ఉపయోగించి XPD మల్టీ-మోడ్ విధానాన్ని అవలంబించింది” అని పరిశోధకులు తెలిపారు. “XRD స్ఫటికాకార దశలను అధ్యయనం చేయగలదు మరియు PDF నిరాకార దశలను అధ్యయనం చేయగలదు.”

XRD మరియు PDF విశ్లేషణ ఉత్తేజకరమైన ఫలితాలను వెల్లడించింది: ఇంటర్‌ఫేస్‌లో లిథియం హైడ్రైడ్ (LiH) ఉంది. దశాబ్దాలుగా, శాస్త్రవేత్తలు ఇంటర్‌ఫేస్‌లో LiH ఉనికి గురించి వాదిస్తున్నారు, ఇంటర్‌ఫేస్‌ను రూపొందించే ప్రాథమిక ప్రతిచర్య విధానం గురించి అనిశ్చితిని సృష్టిస్తున్నారు.

“LiH మరియు లిథియం ఫ్లోరైడ్ (LiF) చాలా సారూప్యమైన క్రిస్టల్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నాయి. LiH యొక్క ఆవిష్కరణ గురించి మా వాదనను మేము LiH అని తప్పుగా భావించే కొంతమంది వ్యక్తులు ప్రశ్నించబడ్డారు, ”అని పరిశోధకుడు చెప్పారు.

అధ్యయనంలో ఉన్న వివాదం మరియు LiF నుండి LiHని వేరు చేయడంలో ఉన్న సాంకేతిక సవాళ్ల దృష్ట్యా, గాలి బహిర్గతం ప్రయోగాలు చేయడంతో సహా LiH ఉనికికి అనేక ఆధారాలను అందించాలని పరిశోధనా బృందం నిర్ణయించింది.

“పరిశోధకులు ఇలా అన్నారు: “LiF గాలిలో స్థిరంగా ఉంటుంది, కానీ LiH అస్థిరంగా ఉంటుంది. మేము తేమతో కూడిన గాలికి ఇంటర్‌ఫేస్‌ను బహిర్గతం చేస్తే, మరియు కాలక్రమేణా సమ్మేళనం మొత్తం తగ్గినట్లయితే, మనం నిజంగా LiHని చూస్తున్నామని, LiF కాదు మరియు అది LiF అని నిర్ధారించవచ్చు. LiF నుండి LiHని వేరు చేయడంలో ఇబ్బంది మరియు గాలి బహిర్గతం ప్రయోగం మునుపెన్నడూ నిర్వహించబడనందున, LiH చాలా సాహిత్య నివేదికలలో LiF అని తప్పుగా భావించబడుతుంది లేదా తేమతో కూడిన వాతావరణంలో LiH కుళ్ళిపోవడం వల్ల ఇది గమనించబడదు. ”

పరిశోధకుడు కొనసాగించాడు. “PNNL చేసిన నమూనా తయారీ పని ఈ పరిశోధనకు కీలకం. ప్రయోగానికి ముందు వారి నమూనాలు తేమతో కూడిన వాతావరణానికి గురైనందున చాలా మంది వ్యక్తులు LiH ను గుర్తించడంలో విఫలమయ్యారని మేము అనుమానిస్తున్నాము.” మీరు నమూనాలను సరిగ్గా సేకరించకపోతే, నమూనాలను మరియు షిప్పింగ్ నమూనాలను సీల్ చేయండి, మీరు LiHని కోల్పోవచ్చు. ”

LiH ఉనికిని నిర్ధారించడంతో పాటు, బృందం LiF చుట్టూ ఉన్న మరొక దీర్ఘకాల రహస్యాన్ని కూడా పరిష్కరించింది. LiF చాలా కాలంగా ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క ప్రయోజనకరమైన అంశంగా పరిగణించబడుతుంది, అయితే కారణాన్ని ఎవరూ పూర్తిగా అర్థం చేసుకోలేరు. బృందం ఇంటర్‌ఫేస్‌లోని LiF యొక్క నిర్మాణ వ్యత్యాసాలను మరియు LiF యొక్క చాలా నిర్మాణ వ్యత్యాసాలను నిర్ణయించింది మరియు మునుపటిది యానోడ్ మరియు కాథోడ్ మధ్య లిథియం అయాన్‌ల రవాణాను ప్రోత్సహించిందని కనుగొన్నారు.

బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ, ఇతర జాతీయ ప్రయోగశాలలు మరియు విశ్వవిద్యాలయాల నుండి బ్యాటరీ శాస్త్రవేత్తలు సహకరిస్తూనే ఉన్నారు. ఈ ఫలితాలు లిథియం మెటల్ యానోడ్‌ల అభివృద్ధికి చాలా అవసరమైన ఆచరణాత్మక మార్గదర్శకత్వాన్ని అందిస్తాయని పరిశోధకులు తెలిపారు.