பாதுகாப்பான மற்றும் சக்தி வாய்ந்த பேட்டரிகளை தயாரிக்க நானோவைர்களைப் பயன்படுத்துதல்

நாம் அன்றாடம் பயன்படுத்தும் பேட்டரிகளை அதிக மீள்திறன், சக்தி வாய்ந்த மற்றும் பாதுகாப்பானதாக மாற்றுவதற்கான வழியை ஆய்வு கண்டறிந்துள்ளது.

The year is 2018 and our everyday livesare now fuelled by different gadgets which either run on மின்சாரம் or on batteries. Our reliance on battery-operated gadgets and devices is growing phenomenally. A பேட்டரி is a device that stores chemical energy that gets converted into electricity. Batteries are likemini chemical reactors having reaction producing electronsfull of energy which flow through the external device.Whether its cell phones or laptops or other even electric vehicles, batteries – generally lithium-ion – is the main power source for these technologies. As technology keeps advancing, there is continuous demand for more compact, high capacity, and safe rechargeable batteries.

பேட்டரிகள் நீண்ட மற்றும் புகழ்பெற்ற வரலாற்றைக் கொண்டுள்ளன. அமெரிக்க விஞ்ஞானி பெஞ்சமின் ஃபிராங்க்ளின் 1749 ஆம் ஆண்டில் இணைக்கப்பட்ட மின்தேக்கிகளின் தொகுப்பைப் பயன்படுத்தி மின்சாரம் மூலம் பரிசோதனைகள் செய்யும் போது "பேட்டரி" என்ற வார்த்தையை முதன்முதலில் பயன்படுத்தினார். இத்தாலிய இயற்பியலாளர் அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டா 1800 ஆம் ஆண்டில் முதல் மின்கலத்தை கண்டுபிடித்தார், அப்போது உப்பு நீரில் நனைத்த துணியால் பிரிக்கப்பட்ட செம்பு (Cu) மற்றும் துத்தநாகம் (Zn) டிஸ்க்குகளை அடுக்கி வைத்தார். லீட்-அமில பேட்டரி, மிகவும் நீடித்த மற்றும் பழமையான ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய பேட்டரிகளில் ஒன்றாகும், இது 1859 இல் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது மற்றும் இன்றும் வாகனங்களில் உள்ள உள் எரிப்பு இயந்திரம் உட்பட பல சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பேட்டரிகள் நீண்ட தூரம் வந்துவிட்டன, இன்று அவை பெரிய மெகாவாட் அளவுகளில் இருந்து வரம்பில் வருகின்றன, எனவே கோட்பாட்டளவில் அவை சூரியப் பண்ணைகளில் இருந்து மின்சாரத்தைச் சேமித்து மினி நகரங்களை ஒளிரச் செய்ய முடிகிறது அல்லது எலக்ட்ரானிக் கைக்கடிகாரங்களில் பயன்படுத்தப்படுவதைப் போல சிறியதாக இருக்கலாம். , அற்புதம் அல்லவா. முதன்மை மின்கலம் என்று அழைக்கப்படுபவற்றில், எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டத்தை உருவாக்கும் எதிர்வினை மீள முடியாதது மற்றும் இறுதியில் அதன் எதிர்வினைகளில் ஒன்றை நுகரும் போது பேட்டரி தட்டையானது அல்லது இறக்கிறது. மிகவும் பொதுவான முதன்மை பேட்டரி துத்தநாக-கார்பன் பேட்டரி ஆகும். இந்த முதன்மை பேட்டரிகள் ஒரு பெரிய பிரச்சனையாக இருந்தன, அத்தகைய பேட்டரிகளை அகற்றுவதைச் சமாளிப்பதற்கான ஒரே வழி, அவற்றை மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரு முறையைக் கண்டுபிடிப்பதாகும் - அதாவது அவற்றை ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடியதாக மாற்றுவதன் மூலம். பேட்டரிகளை புதியதாக மாற்றுவது வெளிப்படையாக நடைமுறைக்கு மாறானது, இதனால் பேட்டரிகள் அதிகமாகின சக்திவாய்ந்த அவற்றை மாற்றுவதற்கும் அவற்றை அப்புறப்படுத்துவதற்கும் மிகவும் விலை உயர்ந்ததாகக் குறிப்பிடுவது சாத்தியமற்றது.

Nickel-cadmium battery (NiCd) was the first popular rechargeable batteries which used an alkali as an electrolyte. In 1989 nickel-metal hydrogen batteries (NiMH) were developed having longer life than NiCd batteries. However, they had some drawbacks, mainly that they were very sensitive to overcharging and overheating specially when they were charged say to their maximum rate. Therefore, they had to be charged slowly and carefully to avoid any damage and required longer times to get charged by simpler chargers.

Invented in 1980, Lithium-ion batteries (LIBs) are the most commonly used batteries in consumer மின்னணு devices today. Lithium is one of the lightest elements and it has one of the largest electrochemical potentials, therefore this combination is ideally suited for making batteries. In LIBs, lithium ions move between different electrodes through an electrolyte which is made of salt and கரிம solvents (in most traditional LIBs). Theoretically, lithium metal is the most electrically positive metal having very high capacity and is the best possible choice for batteries. When LIBs are underdoing recharging, the positively charged lithium ion becomes lithium metal.Thus, LIBs are most popular rechargeable batteries for use in all kinds of portable devices owing to their long life and high capacity. However, one major problem is that the electrolyte can evaporate easily, causing a short-circuit in the battery and this can be a fire hazard. In practice, LIBs are really unstable and inefficient as over time the lithium dispositions become non-uniform.LIBs also have low charge and discharge rates and safety concerns make them unviable for many high power and high capacity machines, example electric and hybrid electric vehicles. LIB has been reported to exhibit good capacity and retention rates at very rare occasions.

எனவே, பேட்டரிகளின் உலகில் அனைத்தும் சரியாக இல்லை, ஏனெனில் சமீபத்திய ஆண்டுகளில் பல பேட்டரிகள் பாதுகாப்பற்றதாகக் குறிக்கப்பட்டுள்ளன, ஏனெனில் அவை தீப்பிடித்து, நம்பகத்தன்மையற்றவை மற்றும் சில சமயங்களில் திறமையற்றவை. உலகளாவிய விஞ்ஞானிகள் சிறிய, பாதுகாப்பாக ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய, இலகுவான, அதிக மீள்தன்மை மற்றும் அதே நேரத்தில் அதிக சக்தி வாய்ந்த பேட்டரிகளை உருவாக்கும் தேடலில் உள்ளனர். எனவே, சாத்தியமான மாற்றாக திட-நிலை எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு கவனம் செலுத்தப்பட்டுள்ளது. இதை இலக்கு விருப்பங்களாக வைத்துக் கொள்வது விஞ்ஞானிகளால் முயற்சிக்கப்பட்டது, ஆனால் நிலைத்தன்மை மற்றும் அளவிடுதல் ஆகியவை பெரும்பாலான ஆய்வுகளுக்கு ஒரு தடையாக உள்ளது. பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் பெரிய ஆற்றலைக் காட்டுகின்றன, ஏனெனில் அவை நிலையானவை மட்டுமல்ல, நெகிழ்வானவை மற்றும் மலிவானவை. துரதிர்ஷ்டவசமாக, பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் முக்கிய பிரச்சினை அவற்றின் மோசமான கடத்துத்திறன் மற்றும் இயந்திர பண்புகள் ஆகும்.

ACS இல் வெளியிடப்பட்ட சமீபத்திய ஆய்வில் நானோ கடிதங்கள், ஆராய்ச்சியாளர்கள் have shown that a battery’s safety and even many other properties can be enhanced by adding nanowires to it, making the battery superior. This team of researchersfrom College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, China have built upon their previous research where they made magnesium borate nanowires which exhibited good mechanical properties and conductivity. In the current study they checked if this would also be true for batteries when such நானோ கம்பிகள் ஒரு திட-நிலை பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டில் சேர்க்கப்படுகின்றன. திட-நிலை எலக்ட்ரோலைட் 5, 10, 15 மற்றும் 20 எடையுள்ள மெக்னீசியம் போரேட் நானோவாய்களுடன் கலக்கப்பட்டது. நானோவாய்கள் திட-நிலை பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறனை அதிகரித்தது, இது நானோவாய்கள் இல்லாமல் முந்தையதை ஒப்பிடும்போது பேட்டரிகளை மிகவும் உறுதியானதாகவும், மீள்தன்மையுடனும் மாற்றியது. கடத்துத்திறனில் இந்த அதிகரிப்பு, எலக்ட்ரோலைட் வழியாக செல்லும் மற்றும் நகரும் அயனிகளின் எண்ணிக்கை மற்றும் மிக விரைவான விகிதத்தில் அதிகரித்ததன் காரணமாகும். முழு அமைப்பும் ஒரு பேட்டரி போன்றது ஆனால் கூடுதல் நானோவாய்களுடன் இருந்தது. இது சாதாரண பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது அதிக செயல்திறன் மற்றும் அதிகரித்த சுழற்சிகளைக் காட்டியது. அழற்சியின் ஒரு முக்கியமான சோதனையும் செய்யப்பட்டது மற்றும் பேட்டரி எரியவில்லை என்பது தெரிந்தது. மொபைல் போன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகள் போன்ற இன்று பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கையடக்க பயன்பாடுகள் அதிகபட்ச மற்றும் மிகக் கச்சிதமான சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலுடன் மேம்படுத்தப்பட வேண்டும். இது வெளிப்படையாக வன்முறை வெளியேற்றத்தின் அபாயத்தை அதிகரிக்கிறது மற்றும் சிறிய அளவிலான பேட்டரிகள் தேவைப்படுவதால், இது போன்ற சாதனங்களுக்கு இது நிர்வகிக்கப்படுகிறது. ஆனால் பேட்டரிகளின் பெரிய பயன்பாடுகள் வடிவமைக்கப்பட்டு முயற்சிக்கப்படுவதால், பாதுகாப்பு, ஆயுள் மற்றும் சக்தி ஆகியவை உச்ச முக்கியத்துவம் பெறுகின்றன.

***

{மேற்கோள் காட்டப்பட்ட ஆதாரங்களின் பட்டியலில் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள DOI இணைப்பைக் கிளிக் செய்வதன் மூலம் அசல் ஆய்வுக் கட்டுரையைப் படிக்கலாம்}

ஆதாரம் (ங்கள்)

ஷெங் ஓ மற்றும் பலர். 2018. Mg2B2O5 Nanowire இயக்கப்பட்ட மல்டிஃபங்க்ஸ்னல் சாலிட்-ஸ்டேட் எலக்ட்ரோலைட்டுகள், உயர் அயனி கடத்துத்திறன், சிறந்த இயந்திர பண்புகள் மற்றும் ஃபிளேம்-ரிடார்டன்ட் செயல்திறன். நானோ கடிதங்கள். https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659