ಇಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ವಿಭಜಕವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ ಅದು ಅತಿ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳನ್ನು ಸುರಕ್ಷಿತವಾಗಿಸಲು ಅನಿಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ

ವಿದೇಶಿ ಮಾಧ್ಯಮ ವರದಿಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ಸ್ಯಾನ್ ಡಿಯಾಗೋ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ನ್ಯಾನೊ ಎಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿ ವಿಭಜಕವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಇದು ಬ್ಯಾಟರಿಯಲ್ಲಿನ ಅನಿಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಆವಿಯಾಗುವುದನ್ನು ತಡೆಯಲು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಆನೋಡ್ ನಡುವೆ ತಡೆಗೋಡೆಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಹೊಸ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಚಂಡಮಾರುತದ ಆಂತರಿಕ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಊತ ಮತ್ತು ಸ್ಫೋಟಗೊಳ್ಳುವುದನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತದೆ.

ಸ್ಯಾನ್ ಡಿಯಾಗೋದ ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದ ಜೇಕಬ್ಸ್ ಸ್ಕೂಲ್ ಆಫ್ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನ ನ್ಯಾನೊ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಝೆಂಗ್ ಚೆನ್ ಹೇಳಿದರು: "ಅನಿಲ ಅಣುಗಳನ್ನು ಬಲೆಗೆ ಬೀಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಪೊರೆಯು ಬಾಷ್ಪಶೀಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗಳಿಗೆ ಸ್ಥಿರಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ."

ಹೊಸ ವಿಭಜಕವು ಅತಿ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಟರಿ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವ ಬ್ಯಾಟರಿ ಕೋಶವು ಮೈನಸ್ 40 ° C ನಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು ಪ್ರತಿ ಗ್ರಾಂಗೆ 500 ಮಿಲಿಯಂಪಿಯರ್ ಗಂಟೆಗಳವರೆಗೆ ಇರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ವಾಣಿಜ್ಯ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಬಹುತೇಕ ಶೂನ್ಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡು ತಿಂಗಳು ಬಳಸದೇ ಇದ್ದರೂ ಬ್ಯಾಟರಿ ಸೆಲ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಸಂಶೋಧಕರು. ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಶೇಖರಣಾ ಅವಧಿಯನ್ನು ಸಹ ವಿಸ್ತರಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಈ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಸಂಶೋಧಕರು ತಮ್ಮ ಗುರಿಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸಾಧಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ: ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ನೌಕೆ, ಉಪಗ್ರಹಗಳು ಮತ್ತು ಆಳವಾದ ಸಮುದ್ರದ ಹಡಗುಗಳಂತಹ ಹಿಮಾವೃತ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ವಾಹನಗಳಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಒದಗಿಸುವ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು.

ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಸ್ಯಾನ್ ಡಿಯಾಗೋದ ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದ ನ್ಯಾನೊ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಯಿಂಗ್ ಶೆರ್ಲಿ ಮೆಂಗ್ ಅವರ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಿದ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ದ್ರವೀಕೃತ ಅನಿಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಅದು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಮೈನಸ್ 60 ° C ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ದ್ರವೀಕೃತ ಅನಿಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವು ಒತ್ತಡವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ದ್ರವೀಕರಿಸಿದ ಅನಿಲವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ರವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚು ನಿರೋಧಕವಾಗಿದೆ.

ಆದರೆ ಈ ರೀತಿಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವು ದೋಷವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ; ದ್ರವದಿಂದ ಅನಿಲಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುವುದು ಸುಲಭ. ಚೆನ್ ಹೇಳಿದರು: "ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯು ಈ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗೆ ದೊಡ್ಡ ಸುರಕ್ಷತೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಯಾಗಿದೆ." ದ್ರವ ಅಣುಗಳನ್ನು ಸಾಂದ್ರೀಕರಿಸಲು ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ಬಳಸಲು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ದ್ರವ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿಡಲು ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ.

ಚೆನ್‌ನ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯವು ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಸ್ಯಾನ್ ಡಿಯಾಗೋದ ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದಲ್ಲಿ ನ್ಯಾನೊ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರಾದ ಮೆಂಗ್ ಮತ್ತು ಟಾಡ್ ಪ್ಯಾಸ್ಕಲ್ ಅವರೊಂದಿಗೆ ಸಹಕರಿಸಿತು. ಚೆನ್ ಮತ್ತು ಮೆಂಗ್‌ನಂತಹ ಸಂಶೋಧಕರೊಂದಿಗೆ ಪ್ಯಾಸ್ಕಲ್‌ನಂತಹ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ತಜ್ಞರ ಪರಿಣತಿಯನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಹೆಚ್ಚು ಒತ್ತಡವನ್ನು ತ್ವರಿತವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸದೆ ಆವಿಯಾಗುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ದ್ರವೀಕರಿಸುವ ವಿಧಾನವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮೇಲೆ ತಿಳಿಸಲಾದ ಸಿಬ್ಬಂದಿಗಳು ಸ್ಯಾನ್ ಡಿಯಾಗೋದ ಕ್ಯಾಲಿಫೋರ್ನಿಯಾ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಮೆಟೀರಿಯಲ್ಸ್ ರಿಸರ್ಚ್ ಸೈನ್ಸ್ ಅಂಡ್ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಸೆಂಟರ್ (MRSEC) ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿತರಾಗಿದ್ದಾರೆ.

ಈ ವಿಧಾನವು ಭೌತಿಕ ವಿದ್ಯಮಾನದಿಂದ ಎರವಲು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ನ್ಯಾನೊ-ಪ್ರಮಾಣದ ಸ್ಥಳಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಕ್ಕಿಬಿದ್ದಾಗ ಅನಿಲ ಅಣುಗಳು ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತವಾಗಿ ಸಾಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಘನೀಕರಣ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಅನಿಲವನ್ನು ದ್ರವವಾಗುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ಅನಿಲದಿಂದ ಮಾಡಿದ ದ್ರವೀಕೃತ ಅನಿಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವಾದ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಬಲ್ಲ ಬ್ಯಾಟರಿ ವಿಭಜಕವನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಸಂಶೋಧನಾ ತಂಡವು ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಬಳಸಿದೆ. ಮೆಂಬರೇನ್ ರಚಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಲೋಹ-ಸಾವಯವ ಚೌಕಟ್ಟು (MOF) ಎಂಬ ಸರಂಧ್ರ ಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ ವಸ್ತುವನ್ನು ಬಳಸಿದರು. MOF ನ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ವಿಷಯವೆಂದರೆ ಅದು ಸಣ್ಣ ರಂಧ್ರಗಳಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ಅನಿಲ ಅಣುಗಳನ್ನು ಬಲೆಗೆ ಬೀಳಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಅವುಗಳನ್ನು ಸಾಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮೈನಸ್ 30 ° C ನಲ್ಲಿ ಕುಗ್ಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 118 psi ಬಲವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ; ಆದರೆ MOF ಅನ್ನು ಬಳಸಿದರೆ, ಅದೇ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳ ಘನೀಕರಣದ ಒತ್ತಡವು ಕೇವಲ 11 psi ಆಗಿದೆ.

ಚೆನ್ ಹೇಳಿದರು: "ಈ MOF ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವು ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಅಗತ್ಯವಾದ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ನಮ್ಮ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಅವನತಿಯಿಲ್ಲದೆ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ." ಸಂಶೋಧಕರು ಲಿಥಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯಲ್ಲಿ MOF ಆಧಾರಿತ ವಿಭಜಕವನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದ್ದಾರೆ. . ಲಿಥಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಫ್ಲೋರೋಕಾರ್ಬನ್ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಮತ್ತು ಲಿಥಿಯಂ ಮೆಟಲ್ ಆನೋಡ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಇದು ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ಅನ್ನು ದ್ರವೀಕರಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಾದ ಒತ್ತಡಕ್ಕಿಂತ 70 psi ನ ಆಂತರಿಕ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಅನಿಲ ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದಿಂದ ತುಂಬಿಸಬಹುದು. ಬ್ಯಾಟರಿಯು ತನ್ನ ಕೊಠಡಿಯ ತಾಪಮಾನದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ 57% ಅನ್ನು ಮೈನಸ್ 40 ° C ನಲ್ಲಿ ಇನ್ನೂ ನಿರ್ವಹಿಸಬಲ್ಲದು. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಅದೇ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ, ಫ್ಲೋರೋಮೀಥೇನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಅನಿಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವನ್ನು ಬಳಸುವ ವಾಣಿಜ್ಯ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಶಕ್ತಿಯು ಬಹುತೇಕ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

MOF ವಿಭಜಕವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಮೈಕ್ರೊಪೋರ್‌ಗಳು ಪ್ರಮುಖವಾಗಿವೆ ಏಕೆಂದರೆ ಈ ಮೈಕ್ರೋಪೋರ್‌ಗಳು ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿಯೂ ಬ್ಯಾಟರಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗಳನ್ನು ಹರಿಯುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಾಣಿಜ್ಯ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಅನಿಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಅಣುಗಳನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಈ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಏಕೈಕ ಕಾರಣ ಮೈಕ್ರೋಪೊರೊಸಿಟಿ ಅಲ್ಲ. ಸಂಶೋಧಕರು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ರಂಧ್ರಗಳು ಒಂದು ತುದಿಯಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ನಿರಂತರ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳು ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಮೂಲಕ ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಹರಿಯುತ್ತದೆ ಎಂದು ಖಚಿತಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಪರೀಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ, ಮೈನಸ್ 40 ° C ನಲ್ಲಿ ಹೊಸ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಅಯಾನಿಕ್ ವಾಹಕತೆಯು ವಾಣಿಜ್ಯ ಡಯಾಫ್ರಾಮ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಹತ್ತು ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚು.

ಚೆನ್ನ ತಂಡವು ಪ್ರಸ್ತುತ ಇತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ MOF-ಆಧಾರಿತ ವಿಭಜಕಗಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತಿದೆ. ಚೆನ್ ಹೇಳಿದರು: "ನಾವು ಇದೇ ರೀತಿಯ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ನೋಡಿದ್ದೇವೆ. ಈ MOF ಅನ್ನು ಸ್ಥಿರಕಾರಿಯಾಗಿ ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ, ಬ್ಯಾಟರಿ ಸುರಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ವಿವಿಧ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಅಣುಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು, ಬಾಷ್ಪಶೀಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಸೇರಿದಂತೆ."