غیر ملکی میڈیا رپورٹس کے مطابق امریکی محکمہ توانائی (DOE) کی Brookhaven National Laboratory (Brookhaven National Laboratory) کے محققین کے ایک گروپ نے لیتھیم میٹل اینوڈ بیٹریوں کے اندرونی رد عمل کے طریقہ کار کے بارے میں نئی ​​تفصیلات کا تعین کیا ہے۔ ، سستی الیکٹرک گاڑی کی بیٹریوں کے لیے ایک اہم قدم۔

بروکھاون نیشنل لیبارٹری میں بیٹری کے محققین (تصویری ماخذ: بروکہاون نیشنل لیبارٹری)

لتیم انوڈ کی دوبارہ تیاری

سمارٹ فون سے لے کر الیکٹرک گاڑیوں تک، ہم روایت دیکھ سکتے ہیں۔ اگرچہ لیتھیم بیٹریوں نے بہت سی ٹیکنالوجیز کو وسیع پیمانے پر استعمال کرنے کے قابل بنایا ہے، لیکن انہیں اب بھی الیکٹرک گاڑیوں کے لیے طویل فاصلے تک بجلی فراہم کرنے میں چیلنجز کا سامنا ہے۔

بیٹری 500، یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کی پیسیفک نارتھ ویسٹ نیشنل لیبارٹری (PNNL) اور یو ایس ڈپارٹمنٹ آف انرجی کے ذریعے فنڈز فراہم کرنے والے یونیورسٹی کے محققین کی قیادت میں ایک اتحاد، کا مقصد 500Wh/kg کی توانائی کی کثافت کے ساتھ ایک بیٹری سیل بنانا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، یہ آج کی جدید ترین بیٹریوں کی توانائی کی کثافت سے دوگنا ہے۔ اس مقصد کے لیے، اتحاد لیتھیم میٹل اینوڈس سے بنی بیٹریوں پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔

لتیم دھات کی بیٹریاں لتیم دھات کو اینوڈ کے طور پر استعمال کرتی ہیں۔ اس کے برعکس، زیادہ تر لتیم بیٹریاں گریفائٹ کو اینوڈ کے طور پر استعمال کرتی ہیں۔ “لیتھیم اینوڈ بیٹری 500 توانائی کی کثافت کے ہدف تک پہنچنے کے اہم عوامل میں سے ایک ہے،” محققین نے کہا۔ “فائدہ یہ ہے کہ توانائی کی کثافت موجودہ بیٹریوں سے دوگنا ہے۔ سب سے پہلے، انوڈ کی مخصوص صلاحیت بہت زیادہ ہے؛ دوسرا، آپ کے پاس زیادہ وولٹیج کی بیٹری ہو سکتی ہے، اور دونوں کے امتزاج سے توانائی کی کثافت زیادہ ہو سکتی ہے۔”

سائنسدانوں نے طویل عرصے سے لتیم اینوڈس کے فوائد کو تسلیم کیا ہے؛ درحقیقت، لیتھیم میٹل اینوڈ پہلا اینوڈ ہے جو بیٹری کیتھوڈ سے جوڑا جاتا ہے۔ تاہم، انوڈ کی “ریورسیبلٹی” کی کمی کی وجہ سے، یعنی الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن کے ذریعے چارج کرنے کی صلاحیت، بیٹری کے محققین نے لیتھیم بیٹریاں بنانے کے لیے لیتھیم میٹل اینوڈس کے بجائے گریفائٹ اینوڈز کا استعمال ختم کیا۔

اب، کئی دہائیوں کی پیشرفت کے بعد، محققین لتیم بیٹریوں کی حدوں کو آگے بڑھانے کے لیے ایک الٹ جانے والی لتیم دھاتی اینوڈ کو محسوس کرنے کے لیے پراعتماد ہیں۔ کلید انٹرفیس ہے، ٹھوس مواد کی تہہ جو الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے دوران بیٹری کے الیکٹروڈ پر بنتی ہے۔

محققین نے کہا، “اگر ہم اس انٹرفیس کو پوری طرح سمجھ سکتے ہیں، تو یہ معکوس لیتھیم انوڈس کے مادی ڈیزائن اور تیاری کے لیے اہم رہنمائی فراہم کر سکتا ہے۔” “لیکن اس انٹرفیس کو سمجھنا کافی مشکل ہے کیونکہ یہ مواد کی ایک بہت ہی پتلی پرت ہے، صرف چند نینو میٹر موٹی ہے، اور یہ ہوا اور نمی کے لیے حساس ہے، اس لیے نمونوں کو سنبھالنا مشکل ہے۔”

یہ انٹرفیس NSLS-II میں تصور کیا گیا ہے۔

ان چیلنجوں کو حل کرنے اور انٹرفیس کی کیمیائی ساخت اور ساخت کو “دیکھنے” کے لیے، محققین نے نیشنل سنکروٹون ریڈی ایشن لائٹ سورس II (NSLS-II) کا استعمال کیا، جو بروکاون نیشنل لیبارٹری کے DOE سائنس آفس کی صارف سہولت ہے، جو سپر روشن ایکس رے جوہری پیمانے پر انٹرفیس کی مادی خصوصیات کا مطالعہ کرنے کے لیے۔

nSLS-II کی جدید صلاحیتوں کو استعمال کرنے کے علاوہ، ٹیم کو ایک بیم لائن (تجرباتی سٹیشن) استعمال کرنے کی بھی ضرورت ہے جو انٹرفیس کے تمام اجزاء کا پتہ لگا سکے، اور کرسٹل لائن کا پتہ لگانے کے لیے ہائی انرجی (مختصر طول موج) ایکس رے استعمال کرے۔ اور بے ترتیب مراحل۔

“کیمسٹری ٹیم نے XPD ملٹی موڈ اپروچ کو اپنایا، جس میں بیم لائن، ایکس رے ڈفریکشن (XRD) اور ڈسٹری بیوشن فنکشن (PDF) تجزیہ کے ذریعے فراہم کردہ دو مختلف تکنیکوں کا استعمال کیا گیا،” محققین نے کہا۔ “XRD کرسٹل لائن مراحل کا مطالعہ کر سکتا ہے، اور پی ڈی ایف بے ترتیب مراحل کا مطالعہ کر سکتا ہے۔”

ایکس آر ڈی اور پی ڈی ایف کے تجزیہ سے دلچسپ نتائج سامنے آئے: انٹرفیس میں لیتھیم ہائیڈرائیڈ (LiH) موجود ہے۔ کئی دہائیوں سے، سائنس دان انٹرفیس میں LiH کے وجود کے بارے میں بحث کر رہے ہیں، جس سے انٹرفیس کو تشکیل دینے والے بنیادی ردعمل کے طریقہ کار کے بارے میں غیر یقینی صورتحال پیدا ہو رہی ہے۔

“LiH اور Lithium fluoride (LiF) کے کرسٹل ڈھانچے بہت ملتے جلتے ہیں۔ LiH کی دریافت کے بارے میں ہمارے دعوے پر کچھ لوگوں نے سوال اٹھایا ہے جو یہ سمجھتے ہیں کہ ہم LiF کو LiH کے لیے غلطی کرتے ہیں،” محقق نے کہا۔

مطالعہ میں شامل تنازعہ اور LiH کو LiF سے ممتاز کرنے کے تکنیکی چیلنجوں کے پیش نظر، تحقیقی ٹیم نے LiH کے وجود کے ثبوت کے متعدد ٹکڑے فراہم کرنے کا فیصلہ کیا، بشمول ہوا کی نمائش کے تجربات کرنا۔

“محققین نے کہا: “LiF ہوا میں مستحکم ہے، لیکن LiH غیر مستحکم ہے۔ اگر ہم انٹرفیس کو مرطوب ہوا کے سامنے لاتے ہیں، اور اگر وقت کے ساتھ ساتھ مرکب کی مقدار کم ہو جاتی ہے، تو ہم تصدیق کر سکتے ہیں کہ ہم واقعی LiH دیکھ رہے ہیں، LiF نہیں، اور یہ LiF ہے۔ LiH کو LiF سے ممتاز کرنے میں دشواری کی وجہ سے اور ہوا کی نمائش کا تجربہ اس سے پہلے کبھی نہیں کیا گیا تھا، بہت ساری لٹریچر رپورٹس میں LiH کو LiF کے لیے غلط سمجھا جاتا ہے، یا مرطوب ماحول میں LiH گلنے کی وجہ سے اس کا مشاہدہ نہیں کیا جاتا ہے۔ ”

محقق نے جاری رکھا۔ “پی این این ایل کی طرف سے نمونے کی تیاری کا کام اس تحقیق کے لیے اہم ہے۔ ہمیں شبہ ہے کہ بہت سے لوگ LiH کی شناخت کرنے میں ناکام رہتے ہیں کیونکہ ان کے نمونے تجربے سے پہلے مرطوب ماحول میں سامنے آئے تھے۔ اگر آپ نے نمونے صحیح طریقے سے جمع نہیں کیے تو نمونے اور شپنگ کے نمونے سیل کر دیں، آپ LiH کو کھو سکتے ہیں۔ ”

LiH کے وجود کی تصدیق کرنے کے علاوہ، ٹیم نے LiF کے ارد گرد ایک اور دیرینہ معمہ بھی حل کیا۔ LiF کو طویل عرصے سے انٹرفیس کا ایک فائدہ مند جزو سمجھا جاتا رہا ہے، لیکن کوئی بھی اس کی وجہ پوری طرح سے نہیں سمجھتا ہے۔ ٹیم نے انٹرفیس کے اندر LiF کے ساختی اختلافات اور خود LiF کے زیادہ تر ساختی اختلافات کا تعین کیا، اور پتہ چلا کہ سابق نے انوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان لتیم آئنوں کی نقل و حمل کو فروغ دیا۔

بروکھاون نیشنل لیبارٹری، دیگر قومی لیبارٹریوں اور یونیورسٹیوں کے بیٹری سائنسدان تعاون جاری رکھے ہوئے ہیں۔ محققین نے کہا کہ یہ نتائج لیتھیم میٹل اینوڈس کی ترقی کے لیے انتہائی ضروری عملی رہنمائی فراہم کریں گے۔