हाल ही में, एक महत्वपूर्ण अनुसंधान विकास ने विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र को बहुत प्रेरित किया है। शिकागो (यूआईसी) के इलिनॉय विश्वविद्यालय से एक, Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला और कैलिफ़ोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी नॉर्थ कैलिफ़ोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी (नॉर्थ्रिज) की एक संयुक्त वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने प्रकृति पत्रिका में एक लेख प्रकाशित किया -
यह एक सफलता समान लिथियम हवा बैटरी, लिथियम बैटरी हवा हवा वातावरण में 700 से अधिक बार पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता से पहले ही शुद्ध ऑक्सीजन, और प्रतिबंध से कम जीवन चक्र का उपयोग तोड़ने बनाया है, लोग इस एक बहुत ही उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा है देखते हैं बैटरी की घनत्व मौजूदा लिथियम आयन की जगह लेती है, जिससे इलेक्ट्रिक वाहन लाभ अवरोधन की क्षमता को तोड़ा जा सकता है।
लिथियम बैटरी हवा क्या है? लिथियम हवा बैटरी और लिथियम आयन बैटरी क्या अंतर है? क्यों इस सफलता की लिथियम बैटरी हवा बहुत महत्वपूर्ण है? यह लिथियम आयन बैटरी ऊर्जा घनत्व से पहला है क्यों बात उच्च नहीं है।
लिथियम आयन बैटरी अब तक सबसे सफल रिचार्जेबल बैटरी हैं। उन्हें 'लिथियम आयन बैटरी' कहा जाता है क्योंकि बैटरी में, चाहे वे चार्ज या डिस्चार्ज होते हैं, वे सभी लिथियम आयन (ली) +) आगे और पीछे दो इलेक्ट्रोड के बीच एक मौजूदा लिथियम आयन उसके 'एम्बेडेड' इलेक्ट्रोड सतह की जरूरत तक पहुँच जाता है के रूप में, और यह 'deintercalating' अच्छा यह सुनिश्चित करने के छोड़ने के लिए जरूरी है कि 'एंबेडेड - deintercalation'। प्रतिक्रिया, लिथियम आयन बैटरी के एनोड आमतौर पर ग्रेफाइट उदाहरण के लिए, वर्तमान में सबसे कैथोड 'तीन युआन लिथियम "बैटरी में लोकप्रिय लिथियम तत्वों के अलावा निकल, कोबाल्ट, मैंगनीज तीन धातुओं है और कैथोड लिथियम का एक यौगिक के आम तौर पर है।,, लेकिन यह भी तत्व जो निकल-कोबाल्ट-मैंगनीज-मैंगनेट (लीएनआई) के एक साथ मिश्रित होते हैं 0.3सह 0.3Mn 0.3O2), और निकेल, कोबाल्ट और मैंगनीज लिथियम से ज्यादा भारी हैं
इस प्रकार, एक लिथियम आयन बैटरी, हालांकि केवल एक रिश्तेदार परमाणु भार प्रभारी केवल लिथियम आयनों। 3 (क कार्बन बारहवीं में से एक परमाणु भार के एक रिश्तेदार परमाणु भार) 1 यूनिट ले जा सकता है, लेकिन एक कैथोड है एक लिथियम परिसर की जरूरत का गठन करने निकल, कोबाल्ट, मैंगनीज, लोहा, फास्फोरस से अधिक भारी आवश्यकता है, कार्बन परमाणुओं जाना 'भंडारण' एक लिथियम आयन है। इस इकाई के लिए एक सकारात्मक आरोप में परिणाम है, यह केवल कैथोड 1 में प्रदान की जाती होगा 100 के एक रिश्तेदार आणविक द्रव्यमान हमेशा ऊपर नहीं जाते 'विशाल' प्लस एनोड और अन्य सामग्री और संरचनाओं, लिथियम आयन बैटरी के ऊर्जा घनत्व के वजन के करीब हो सकता है। यह है कि क्यों, आधे टन लिथियम आयन बैटरी ले जाने इलेक्ट्रिक कार, लाभ अब तक पेट्रोल साधारण कार की लीटर के दर्जनों के अलावा एकमात्र वजह से कम है।
एक लिथियम आयन बैटरी में अंजीर शू, क्रम में करने के लिए स्थिरतापूर्वक 'आवास' इस तरह के एक लिथियम यौगिक (नीला, लाल त्रि-आयामी संरचना) और ग्रेफाइट के रूप में एक लिथियम आयन चार्ज (ड्राइंग में ग्रे गेंद), अन्य संरचनाओं भागीदारी की एक बड़ी संख्या, (किया जाता है लाल स्तरित संरचना), इन तत्वों रहे हैं ज्यादा लिथियम से बड़ा के रिश्तेदार परमाणु भार, लिथियम आयन बैटरी की ऊर्जा घनत्व में जिसके परिणामस्वरूप हमेशा ही सीमित है। एक आदर्श लिथियम हवा बैटरी में, इन तत्वों में से सभी आवश्यक नहीं होगा, लिथियम धातु और ऑक्सीजन हवा में कर सकते हैं!
लिथियम बैटरी हवा है अलग।, एक लिथियम बैटरी हवा मौलिक धातु लिथियम (ली) और ऑक्सीजन हवा में सीधे इस्तेमाल किया जा सकता लिथियम और लिथियम आयन बैटरी विभिन्न यौगिकों और ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड करने की जरूरत है (ओ 2) एक इलेक्ट्रोड के रूप में। सबसे अच्छा मामले में, बैटरी छुट्टी दे दी है, लिथियम पेरोक्साइड ऑक्सीजन मौलिक लिथियम ऑक्साइड से उत्पन्न (ली 2O2), बाहरी सर्किट में एक वर्तमान जनरेट कर रहा है, तो नीचे लिथियम रिचार्जेबल लिथियम पेरोक्साइड और ऑक्सीजन में टूटी हुई है या जब अन्य शामिल तत्वों के एक बड़े द्रव्यमान के बिना पूरी प्रक्रिया, और कैथोड सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है यहां तक कि नगण्य वजन और हवा को छोड़कर की लागत।!
लिथियम आयन बैटरी की तुलना में इसलिए, लिथियम बैटरी हवा महसूस किया जा सकता ऊर्जा घनत्व काफी अधिक है। वास्तव में, के बाद से लिथियम, धातु तत्व रिश्तेदार परमाणु भार की आवर्त सारणी का सबसे हल्का है हवा, लिथियम बैटरी हवा से ऑक्सीजन एक शक्ति है, जबकि रासायनिक बैटरियों में सबसे अधिक सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व-दूसरे शब्दों में, लिथियम-एयर बैटरी का द्रव्यमान अन्य सभी विद्युत ऊर्जा भंडारण मीडिया की तुलना में अधिक ऊर्जा को संग्रहित और रिलीज कर सकता है।
गैर-तरल लिथियम - 12kWh / kg हवा बैटरी के सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व, 5 से 10 बार पारंपरिक लिथियम आयन बैटरी, पेट्रोल लगभग 13kWh / किग्रा अगर तुलनीय लिथियम बैटरी हवा कर सकते हैं अंत में बाजार के लिए के बारे में। बिजली के वाहनों और पेट्रोल वाहन भी लाभ के समान स्तर होगा, लाभ पूरी तरह से लिथियम आयन बैटरी ऊर्जा घनत्व के कारण अड़चन टूट जाएगा, बहुत कम और कारण है स्वच्छ ऊर्जा के भविष्य के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण महत्व है।
हालांकि, ये सभी सैद्धांतिक विश्लेषण हैं। ऐसी आदर्श स्थिति हासिल करने के लिए यह आसान काम नहीं है।
इससे पहले, हवा कैथोड एक लिथियम हवा बैटरी के रूप में जाना जा सकता है, लेकिन सभी शुद्ध ऑक्सीजन वातावरण पर निर्भर हैं। ऐसा इसलिए, क्योंकि ऑक्सीजन, हवा, नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड के अलावा, जल वाष्प, प्रतिक्रिया में शामिल किया जाएगा ताकि प्रक्रिया बहुत हो जाता है कॉम्प्लेक्स। एनोदिक लिथियम का ऑक्सीकरण और हवा में कार्बन डाइऑक्साइड और पानी वाष्प के साथ कैथोड लिथियम आयनों की प्रतिक्रिया अवांछनीय उप-उत्पाद उत्पन्न करती है।
इलेक्ट्रोड के बाद से, अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं, और लिथियम धातु और ऑक्सीजन की रासायनिक गुणों पर एक इलेक्ट्रोलाइट अधिक सक्रिय हैं, एक लिथियम एयर बैटरी का चक्र बहुत ही कम किया गया है। इसके अलावा, परिवेशी वायु में ऑक्सीजन लिथियम के उपयोग ऑक्सीजन भंडारण साधन के साथ सुसज्जित किया जाना चाहिए की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए एक बहुत बड़ा ऑक्सीजन सिलेंडर, जो एक लिथियम बैटरी हवा की अनुमति देता है, सीधे उच्च ऊर्जा घनत्व बड़े और भारी ऑक्सीजन टैंक समरेखण है, और बैटरी की क्षमता भी ऑक्सीजन बोतल की क्षमता पर निर्भर करता है। इसके अलावा आप बिजली चाहते हैं लिथियम-एयर बैटरी कारों में उपयोग की जाती है। वजन में पर्याप्त वृद्धि के अलावा ऑक्सीजन की बोतलें, सुरक्षा जोखिम बढ़ेगी।
वास्तव में, एक इलेक्ट्रोड सीधे ऑक्सीजन की आवश्यकता है, कुछ वैज्ञानिकों भी पूरी तरह हवा में लिथियम धातु सरल पदार्थ के प्रत्यक्ष उपयोग के कारण प्राप्त नहीं कर सकते हैं के रूप में यदि नहीं, क्योंकि ऊपर कमियों का, एक लिथियम आयन बैटरी दूर लिथियम हवा बैटरी की एक जटिल इलेक्ट्रोड का उपयोग नहीं है जा लिथियम एयर बैटरी को 'लिथियम ऑक्सीजन बैटरी' कहा जाता है
विकास के वर्षों के बाद, इन मुद्दों किया गया है की तरह एक काले बादल लिथियम बैटरी हवा पर लटका दिया, बाजार और प्रतिस्पर्धा के लिए लिथियम आयन बैटरी का उल्लेख नहीं। इलिनोइस विश्वविद्यालय शिकागो में, Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला और कैलिफोर्निया स्टेट यूनिवर्सिटी उत्तर तक लिंग विद्यालय की सफलता ने इस उत्कृष्ट प्रदर्शन के लिए उम्मीद की चमक को लाया है जो केवल सिद्धांत में मौजूद है।
लिथियम हल करने के लिए - नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, जल वाष्प और अन्य ज्यादातर पक्ष प्रतिक्रियाओं में शामिल सामग्री है ओर प्रतिक्रियाओं इलेक्ट्रोड, लिथियम आयन और एक इलेक्ट्रोलाइट - एयर बैटरी मिथ्या दोष है, यह हवा में निहित विभिन्न रसायनों को रोकने के लिए एक रास्ता खोजने के लिए आवश्यक है । प्रभाव, अवांछित उपोत्पाद शोधकर्ताओं ने इस मुद्दे के समाधान का उत्पादन, कंप्यूटर सिमुलेशन (घनत्व कार्यात्मक विश्लेषण) विधि और प्रायोगिक अध्ययन के उपयोग आयोजित में गहराई से अनुसंधान, और अंत में, वे एक जवाब मिला: लिथियम धातु इलेक्ट्रोड पर एक सुरक्षात्मक परत जोड़ें
इस तकनीक की कोर एनोड है, वे लिथियम के स्तर है लिथियम धातु / कार्बन (वृद्धि LiCo 3/ सी) एक घने सुरक्षात्मक कोटिंग की संरचना।
और कोटिंग प्रक्रिया बहुत ही सरल: 10 इलेक्ट्रोड की सतह पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया से कार्बन डाइऑक्साइड के साथ लिथियम धातु से सीधे प्रभारी के चक्र को रोकने लिथियम कार्बोनेट परिसर में लिथियम आयनों के अलावा अन्य पूरा किया जा सकता है, जिससे एनोड की रक्षा नहीं करता है। हवा में ऑक्सीजन की क्षति समूह की तुलना में अन्य भागों से जबकि माहौल, और लिथियम कार्बोनेट करता अनायास जल वाष्प और हवा के साथ प्रतिक्रियाशील नहीं है, इसलिए सुरक्षात्मक परत, नहीं बैटरी की रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग नहीं ले सकता है में नष्ट हो जाता है। सुरक्षात्मक कोटिंग्स में, लिथियम एकल चक्र प्रतिधारण अनुपात 99.97%, काफी uncoated लिथियम बैटरी हवा की तुलना में बेहतर रूप में उच्च।
चित्रा 丨 घने एनोड संरक्षण परत (पैमाने बार: चित्रा में हरे रंग की रेखा लंबाई में 1 माइक्रोन है)
चित्रा ली से गुजर रही है
2सीओ
3 लेपित ऑक्सीजन अणुओं
इस बैटरी के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मोलिब्डेनम डाइस्फ़ाफ़ाइड (एमओएस) का इस्तेमाल किया था, जो अन्य अध्ययनों से पहले की सूचना मिली थी। 2) Nanosheet एक कैथोड के रूप में और 1-इथाइल-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-एथिल-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, EMIM-BF4) और डाइमिथाइल sulfoxide (डाइमिथाइल sulfoxide, DMSO का उपयोग करके ) मिश्रण तत्संबंधी एनोड, कैथोड, इलेक्ट्रोलाइट के काम में इलेक्ट्रोलाइट के रूप में, लिथियम बैटरी हवा एक नकली हवा वातावरण --79% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन 500ppm कार्बन डाइऑक्साइड, और 45% सापेक्ष में रखा गया है आर्द्रता, तापमान 25 डिग्री
परीक्षण के बाद, चार्ज और डिस्चार्ज के 700 चक्र के बाद, लिथियम बैटरी हवा नहीं विफलता होता है। यह उम्मीद से कई लोगों को, यहां तक कि प्रौद्योगिकी के कुछ परिपक्व वाणिज्यिक बैटरी (उदाहरण के लिए नेतृत्व-एसिड बैटरी) चक्र जीवन तक पहुँच गया है परिणाम है।
टीम इस प्रकार निष्कर्ष पर आते हैं: 'संरक्षित लिथियम एनोड, एक इलेक्ट्रोलाइट और हवा कैथोड प्रदर्शन का एक मिश्रण, नकली वातावरण की स्थिति के तहत एक साथ काम करते हैं, प्रभावी रूप से लिथियम सुधार कर सकते हैं - एयर बैटरी समय चक्र।'
इसी समय, Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशालाएं भविष्य में बैटरी के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, और संभावित भावी व्यावसायीकरण के लिए सैद्धांतिक समर्थन प्रदान करने के लिए, प्रतिक्रिया तंत्र को और समझने के लिए, इस बैटरी प्रतिक्रिया के कंप्यूटर सिमुलेशन को जारी रखती हैं।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, हालांकि व्यावसायिक अनुप्रयोगों से अध्ययन अभी भी इष्टतम ऊर्जा घनत्व से बहुत दूर है भी एक छोटे से दूरी नहीं है, लेकिन यह कोई संदेह नहीं है लिथियम हवा बैटरी के विकास में एक महत्वपूर्ण अग्रिम है।
इस शोध का प्रदर्शन किया, लिथियम बैटरी हवा निश्चित रूप से, अन्य गैसों से हस्तक्षेप ढाल सकते हैं समान एक गैसीय वातावरण में हवा से सीधे ऑक्सीजन प्राप्त कर लेता है, ऑक्सीजन भंडारण उपकरणों पर निर्भरता से, लेकिन अभी भी एक लंबे चक्र जीवन है। यह निस्संदेह बहुत है बढ़ाता है इस क्रांतिकारी बैटरी प्रौद्योगिकी के भविष्य के विकास में शोधकर्ताओं और उद्योगों का विश्वास:
के बाद से सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं को पहले से ही एक स्पष्ट समाधान है, और बाकी बस नहीं एक घातक समस्या! शायद पहले लंबे समय तक, शोधकर्ताओं ऊर्जा घनत्व का उत्पादन करने में सक्षम हो जाएगा हो सकता है वर्तमान लिथियम आयन बैटरी प्रौद्योगिकी से कहीं ज़्यादा है नई बैटरी, और यह निस्संदेह मौजूदा ऊर्जा संरचना को पूरी तरह से बदल देगा।
