దశాబ్దాలుగా, శాస్త్రవేత్తలు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలపై మన ఆధారపడటాన్ని ఎదుర్కోవటానికి మార్గాలను కోరింది. ఈ సాంప్రదాయ, పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలు నేటి సర్వవ్యాప్త వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్ – ల్యాప్‌టాప్‌ల నుండి సెల్ ఫోన్‌ల వరకు ఎలక్ట్రిక్ కార్ల వరకు శక్తినిస్తాయి. కానీ ముడి లిథియం ఖరీదైనది మరియు తరచుగా పెళుసైన భౌగోళిక రాజకీయ నెట్‌వర్క్‌ల ద్వారా లభిస్తుంది.
ఈ నెలలో, డింక్స్ గ్రూప్ సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి సేంద్రీయ, అధిక-శక్తి కాథోడ్ పదార్థంపై ఆధారపడే ఉత్తేజకరమైన ప్రత్యామ్నాయాన్ని ప్రకటించింది, ఈ సాంకేతికత సురక్షితమైన, చౌకైన, మరింత స్థిరమైన భాగాలతో వాణిజ్యీకరణను కనుగొనే అవకాశాన్ని అభివృద్ధి చేస్తుంది.
శాస్త్రవేత్తలు సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలతో కొంత పురోగతి సాధించినప్పటికీ, తక్కువ శక్తి సాంద్రత కారణంగా అడ్డంకులు ఎక్కువగా తలెత్తుతాయి: వాటి పరిమాణానికి సంబంధించి అవి తక్కువ బ్యాటరీతో నడిచే సమయాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అధిక శక్తి సాంద్రత, ఇది ఉత్పత్తికి సంబంధించినది, వారి పనితీరుకు కూడా కారకాలు. ఒకేసారి అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు అధిక శక్తి సాంద్రతను సాధించడం ప్రత్యామ్నాయ బ్యాటరీలకు కొనసాగుతున్న సవాలు.
కానీ డింక్స్ గ్రూప్ ముందుకు తెచ్చిన కాథోడ్ పదార్థం, బిస్-టెట్రామినోబెంజోక్వినోన్ (TAQ) అని పిలువబడే లేయర్డ్ సేంద్రీయ ఘన, సాంప్రదాయిక లిథియం-అయాన్ కాథోడ్లను నిజంగా స్కేలబుల్ సాంకేతిక పరిజ్ఞానంలో శక్తి మరియు శక్తి సాంద్రత రెండింటిలోనూ అధిగమిస్తుంది.
వారి పరిశోధనలో ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలతో పాటు డేటా సెంటర్లు, పవర్ గ్రిడ్లు మరియు వాణిజ్య-స్థాయి పునరుత్పాదక ఇంధన వ్యవస్థలు వంటి పెద్ద-స్థాయి శక్తి నిల్వ అనువర్తనాలకు అవకాశం ఉంది.
“బ్యాటరీల వలె ముఖ్యమైన వాటి కోసం పరిమిత వనరులను కలిగి ఉన్న సవాళ్లను ప్రతి ఒక్కరూ అర్థం చేసుకుంటారు, మరియు లిథియం ఖచ్చితంగా అనేక విధాలుగా ‘పరిమితం’ గా అర్హత సాధిస్తుంది” అని అలెగ్జాండర్ స్టీవర్ట్ 1886 కెమిస్ట్రీ ప్రొఫెసర్ మిర్సియా డింసి చెప్పారు. “ఈ పదార్థాల కోసం వైవిధ్యభరితమైన పోర్ట్‌ఫోలియోను కలిగి ఉండటం ఎల్లప్పుడూ మంచిది. సోడియం అక్షరాలా ప్రతిచోటా ఉంది. మాకు, సేంద్రీయ పదార్థం మరియు సముద్రపు నీరు వంటి సమృద్ధిగా ఉన్న వనరులతో తయారు చేయబడిన బ్యాటరీలను మా గొప్ప పరిశోధనా కలలలో ఒకటి.
“శక్తి సాంద్రత చాలా మంది ప్రజల మనస్సులలో ఏదో ఉంది, ఎందుకంటే మీరు బ్యాటరీలో ఎంత రసాన్ని పొందుతారో సమానం చేయవచ్చు. మీకు ఎక్కువ శక్తి సాంద్రత ఉంది, మీరు రీఛార్జ్ చేయటానికి ముందు మీ కారు ఎంత దూరం వెళుతుంది. మేము చాలా సమాధానం ఇచ్చాము. మేము అభివృద్ధి చేసిన కొత్త పదార్థం అతిపెద్ద శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉందని, ఖచ్చితంగా కిలోగ్రాము ప్రాతిపదికన, మరియు వాల్యూమెట్రిక్ ప్రాతిపదికన కూడా అక్కడ ఉన్న ఉత్తమమైన పదార్థాలతో పోటీ పడుతుంది.
“నిజంగా స్థిరమైన మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్న సోడియం అయాన్ కాథోడ్ లేదా బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేసే ముందు వరుసలో ఉండటం నిజంగా ఉత్తేజకరమైనది.”
ఆటోమొబిలి లంబోర్ఘిని స్పా నుండి నిధులతో, టిఅతను ల్యాబ్ యొక్క పరిశోధన, అధిక శక్తి, లేయర్డ్ సేంద్రీయ కాథోడ్ నుండి అధిక-శక్తి సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఈ నెలలో కనిపిస్తుంది జర్నల్ ఆఫ్ ది అమెరికన్ కెమికల్ సొసైటీ (జాక్స్).
సైద్ధాంతిక గరిష్ట సామర్థ్యాన్ని చేరుకోవడం
ACS సెంట్రల్ సైన్స్లో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి వారు మొదట దాని యుటిలిటీపై నివేదించినప్పుడు ఒక సంవత్సరం క్రితం TAQ యొక్క ప్రయోజనాలను ప్రయోగశాల నొక్కి చెప్పింది. పరిశోధకులు దాని సామర్థ్యాన్ని పరిశోధించడం కొనసాగించారు, ప్రత్యేకించి TAQ పూర్తిగా కరగని మరియు అధిక వాహక, సేంద్రీయ కాథోడ్ పదార్థానికి రెండు ముఖ్య సాంకేతిక ప్రయోజనాలు అని వారు కనుగొన్నప్పుడు. అన్ని ధ్రువణ పరికరాలలో కాథోడ్ ఒక ముఖ్యమైన భాగం.
కాబట్టి వారు టాక్ అనే అదే పదార్థాన్ని ఉపయోగించి సేంద్రీయ, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీని నిర్మించడానికి ప్రయత్నించారు. ఈ ప్రక్రియకు ఒక సంవత్సరం పట్టింది, ఎందుకంటే పరిశోధకులు లిథియం-అయాన్ టెక్నాలజీ నుండి పోర్ట్ చేయలేని అనేక డిజైన్ సూత్రాలను స్వీకరించవలసి వచ్చింది.
చివరికి, ఫలితాలు వారి అంచనాలను మించిపోయాయి. వారి కాథోడ్ యొక్క పనితీరు దాదాపు సైద్ధాంతిక గరిష్ట సామర్థ్యం అని పిలువబడే బెంచ్‌మార్క్‌కు దగ్గరగా ఉంది.
“మేము ఎంచుకున్న బైండర్, కార్బన్ నానోట్యూబ్స్, TAQ స్ఫటికాలు మరియు కార్బన్ బ్లాక్ కణాల మిక్సింగ్‌ను సులభతరం చేస్తుంది, ఇది సజాతీయ ఎలక్ట్రోడ్‌కు దారితీస్తుంది” అని డింకా గ్రూప్ పిహెచ్‌డి చెప్పారు. మరియు కాగితంపై మొదటి రచయిత, టియాన్యాంగ్ చెన్. “కార్బన్ నానోట్యూబ్స్ టాక్ స్ఫటికాల చుట్టూ దగ్గరగా చుట్టబడి వాటిని పరస్పరం అనుసంధానిస్తాయి. ఈ రెండు కారకాలు ఎలక్ట్రోడ్ బల్క్ లోపల ఎలక్ట్రాన్ రవాణాను ప్రోత్సహిస్తాయి, ఇది దాదాపు 100% క్రియాశీల పదార్థ వినియోగాన్ని ప్రారంభిస్తుంది, ఇది దాదాపు సైద్ధాంతిక గరిష్ట సామర్థ్యానికి దారితీస్తుంది.
“కార్బన్ నానోట్యూబ్ల వాడకం బ్యాటరీ యొక్క రేటు పనితీరును గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది, అంటే బ్యాటరీ అదే మొత్తంలో శక్తిని చాలా తక్కువ ఛార్జింగ్ సమయంలో నిల్వ చేయగలదు, లేదా అదే ఛార్జింగ్ సమయంలో ఎక్కువ శక్తిని నిల్వ చేయగలదు.”
కాథోడ్ పదార్థంగా టాక్ యొక్క ప్రయోజనం గాలి మరియు తేమకు వ్యతిరేకంగా దాని స్థిరత్వం, సుదీర్ఘ జీవితకాలం, అధిక ఉష్ణోగ్రతను తట్టుకునే సామర్థ్యం మరియు పర్యావరణ స్థిరత్వం కూడా ఉందని చెన్ చెప్పారు.
