حال ہی میں، ایک اہم ریسرچ ڈویلپمنٹ نے الیکٹرک کیمیکل توانائی اسٹوریج کے شعبے کو انتہائی حوصلہ افزائی کی ہے. ایک شکاگو میں ایوینوس یونیورسٹی (یو آئی سی)، ارجنون نیشنل لیبارٹری اور کیلیفورنیا سٹیٹ یونیورسٹی شمالی سے کیلیفورنیا سٹیٹ یونیورسٹی (شمالی ریج) میں ایک مشترکہ سائنسی ریسرچ ٹیم نے فطرت میگزین میں ایک مضمون شائع کیا -
یہ ایک کامیابی صرف خالص آکسیجن، اور پابندیوں کی مختصر زندگی سائیکل کا استعمال توڑنے سے پہلے جیسے لیتھیم ایئر بیٹریاں لیتھیم ایئر بیٹریاں ہوا ماحول میں 700 سے زائد بار ری سائیکل کیا جا سکتا ہے بنا دیا ہے، لوگ اس کو ایک بہت ہی اعلی نظریاتی توانائی ہے دیکھتے ہیں کثافت بیٹری موجودہ لتیم آئن کی جگہ لے لیتا ہے، بجلی کی گاڑی کی گراؤنڈ کی بوتل کی صلاحیت کو توڑنے کے.
لیتھیم ایئر بیٹری کیا ہے؟ لیتھیم ایئر بیٹریاں اور لیتھیم آئن بیٹریوں سے کیا فرق؟ کیوں اس اہم پیش رفت کی لیتھیم ایئر بیٹری بہت اہم ہے ہے؟ یہ لیتھیم آئن بیٹری توانائی کی کثافت سے پہلے ہے کیوں بات زیادہ نہیں ہے.
کیونکہ بیٹری، چارج یا چھٹی دے چاہے، لتیم آئنوں (ہو لی لتیم آئن بیٹریوں سے اب تک سب سے زیادہ rechargeable بیٹری کی کامیاب کر سکتے ہیں. یہ "لیتھیم آئن بیٹری" کہا جاتا ہے، +، رد عمل -) دو الیکٹروڈ کے درمیان آگے پیچھے کی تشکیل کے لئے ایک موجودہ لیتھیم آئن 'سرایت' اسکے الیکٹروڈ کی سطح کی ضرورت کو پہنچ جاتا ہے، اور یہ 'deintercalating' اچھی بات کا یقین کرنے کے لئے چھوڑنے کے لئے ضروری ہے 'deintercalation ایمبیڈڈ'. لتیم آئن بیٹری کے anode عموما گریفائٹ مثال کے طور پر فی الحال سب سے زیادہ کیتھوڈ 'تین یوآن لتیم "بیٹریوں میں مقبول، لتیم عناصر کے علاوہ میں نکل، کوبالٹ، مینگنیج تین دھاتوں ہے اور کیتھوڈ لیتھیم کے ایک کمپاؤنڈ کی عام طور پر ہے.، بلکہ عناصر جو ایک دوسرے کے ساتھ مل کر کوبلاٹ - مینگنیج- مننگیٹ کا ایک مرکب (لیینی 0.3کمپنی 0.3این 0.3O2)، اور نکل، کوبولٹ اور مینگنیج لتیم سے کہیں زیادہ بھاری ہیں.
لہذا، ایک لتیم آئن بیٹری میں، اگرچہ 3 سے زائد نسبتا جوہری بڑے پیمانے پر صرف ایک لتیم آئن (ایک کاربن ایٹم کے بڑے پیمانے پر ایک رشتہ دار ایک بارہویں ہے) اس کا چارج ایک یونٹ کرسکتا ہے، اس کیتھڈو ہے. ایک لتیم کمپاؤنڈ ضرورت قیام نکل، کوبالٹ، مینگنیج، لوہا، فاسفورس کے مقابلے میں بہت بھاری ضرورت ہوتی ہے، کاربن ایٹم 'اسٹوریج' ایک لیتھیم آئن ہے جاؤ. اس یونٹ کے لئے ایک مثبت چارج کے نتیجے میں، یہ صرف کیتھوڈ 1 میں فراہم کرے گا 100 کی ایک رشتہ دار آناخت بڑے پیمانے پر ہمیشہ تک نہیں جاتے 'دیو' پلس anode اور دیگر مواد اور ڈھانچے، لیتھیم آئن بیٹریاں کی توانائی کی کثافت کے وزن کے قریب ہو سکتی ہے. یہی وجہ ہے کہ، لتیم آئن بیٹری لے کر ڈیڑھ ٹن برقی گاڑیاں میں، زراعت کی حد صرف اوسط کار کے مقابلے میں بہت ہی کم از کم دس لیٹر کے ساتھ گیس ہے.
ایک لتیم آئن بیٹری میں انجیر شو، ترتیب میں کو مضبوط 'رہائش' ایک لیتھیم آئن چارج (ڈرائنگ میں بھوری رنگ کی گیند)، دیگر ڈھانچے شرکت کی ایک بڑی تعداد ہے، جیسا کہ ایک لیتھیم کمپاؤنڈ (نیلے، سرخ تین جہتی ساخت) اور گریفائٹ (کی جاتی ہیں سرخ پرتوں کی ساخت)، ان عناصر لتیم سے زیادہ بڑا ہو کے رشتہ دار جوہری کمیت، لتیم آئن بیٹری کی توانائی کثافت کے نتیجے میں ہمیشہ. محدود ایک مثالی لیتھیم ایئر بیٹریاں میں کیا جاتا ہے، ان عناصر کے تمام ضروری نہیں کریں گے، صرف ہوا میں لتیم دھات اور آکسیجن کر سکتے ہیں!
لیتھیم ایئر بیٹری ہے مختلف. لتیم اور لیتھیم آئن بیٹریاں مختلف مرکبات اور گریفائٹ الیکٹروڈ کو کرنے کی ضرورت ہے، ایک لیتھیم ایئر بیٹری ہوا میں بنیادی دھات لیتھیم (ایل آئی) اور آکسیجن براہ راست استعمال کیا جا سکتا ہے (اے 2) ایک الیکٹروڈ کے طور پر. زیادہ تر مثالی صورت میں، جب بیٹری خراب ہو جاتی ہے، لتیم پیرو آکسائیڈ لتیم پیرو آکسائڈ عنصر آکسیجن سے لیتا ہے. 2O2)، بیرونی سرکٹ میں ایک موجودہ جنیریٹنگ؛ پھر نیچے لتیم rechargeable لیتھیم پیروکسائڈ اور آکسیجن میں ملوث دیگر عناصر کی ایک بڑی وسیع پیمانے پر بغیر مکمل عمل، اور کیتھوڈ براہ راست استعمال کیا جا سکتا ہے جب ٹوٹ یا اس سے بھی نہ ہونے کے برابر وزن اور ہوا کو چھوڑ کر کی لاگت.!
لتیم آئن بیٹری کے مقابلے لہذا، لیتھیم ایئر بیٹری احساس ہوا جا سکتا ہے توانائی کی کثافت بہت زیادہ بے شک ہوا، لیتھیم ایئر بیٹری سے آکسیجن ایک طاقت ہے جبکہ بعد لتیم، دھاتی عنصر رشتہ دار جوہری کمیت کی متواتر ٹیبل کے ہلکے ہے کیمیکل بیٹریاں میں سب سے زیادہ نظریاتی توانائی کی کثافت - الفاظ میں، یونٹ بڑے پیمانے پر لتیم ایئر بیٹریاں دیگر برقی توانائی کی اسٹوریج میڈیا کے مقابلے میں زیادہ توانائی ذخیرہ اور رہائی کر سکتی ہیں.
غیر مائع لیتھیم - 12kWh / کلو ہوا بیٹری اپ کے نظریاتی توانائی کثافت، 5 سے 10 گنا روایتی لیتھیم آئن بیٹریاں، پٹرول تقریبا موازنہ لیتھیم ایئر بیٹریاں سکے تو مارکیٹ میں بالآخر 13kWh / کلوگرام کے بارے میں. الیکٹرک گاڑیوں اور پٹرول کی گاڑیاں بھی مائلیج کی ایک ہی سطح پڑے گا، مسافت مکمل طور پر لیتھیم آئن بیٹری توانائی کی کثافت کی وجہ سے bottleneck کے توڑ دے گا صاف توانائی کے مستقبل کی ترقی میں ایک اہم اہمیت ہے کے طور پر، بہت کم اور وجہ ہے.
تاہم، یہ تمام نظریاتی تجزیہات ہیں. ایسی مثالی صورت حال کو حاصل کرنے کے لئے یہ آسان کام نہیں ہے.
اس سے پہلے، ایئر کیتھوڈ ایک لتیم ہوا بیٹری کے طور پر جانا جا سکتا ہے، لیکن سب کو خالص آکسیجن ماحول پر انحصار کرتے ہیں. یہ آکسیجن، ہوا، نائٹروجن، کاربن ڈائی آکسائیڈ کے علاوہ میں، پانی وانپ، رد عمل میں شامل کیا جائے گا، کیونکہ اس عمل سے بہت ہو جاتا ہے تو قسم ہے پیچیدہ. لیتھیم آکسائڈ anode کے، ایک کیتھوڈ، اور ہوا میں لتیم آئنوں اور کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی وانپ کے درمیان رد عمل کی طرف سے مصنوعات غیر مطلوبہ پیدا کرے گا.
الیکٹروڈ کے بعد سے، دیگر کیمیائی رد عمل، اور لیتھیم دھات اور آکسیجن کی کیمیائی خصوصیات پر ایک الیکٹرولائٹ زیادہ فعال ہیں، ایک لیتھیم ایئر بیٹری کی زندگی سائیکل، بہت مختصر کیا گیا ہے. اس کے علاوہ، وسیع ہوا میں آکسیجن لتیم کے استعمال آکسیجن اسٹوریج اسباب سے لیس ہوگا درکار مثال کے طور پر ایک لتیم ہوا بیٹری کی اجازت دیتا ہے جس میں ایک بہت بڑی آکسیجن سلنڈر، آپ کے بجلی چاہتے ہیں تو، براہ راست اعلی توانائی کثافت بڑے اور بھاری آکسیجن ٹینک ہمواری ہے، اور بیٹری کی صلاحیت بھی آکسیجن کی بوتل کی صلاحیت پر منحصر ہے. اس کے علاوہ لتیم ایئر بیٹریاں کاروں میں استعمال کی جاتی ہیں. آکسیجن کی بوتلیں وزن میں نمایاں اضافہ کے علاوہ حفاظتی خطرات میں اضافہ ہوتے ہیں.
اصل میں، ایک الیکٹروڈ براہ راست آکسیجن کی ضرورت ہے، کچھ سائنسدانوں سے بھی مکمل طور پر ہوا میں لیتھیم دھات سادہ مادہ کے براہ راست استعمال کرنے کی وجہ سے حاصل نہیں کر سکتے ہیں کے طور پر اگر نہیں، کیونکہ مندرجہ بالا خرابیوں میں سے ایک لتیم آئن بیٹری لتیم فضا بیٹریاں کی ایک پیچیدہ الیکٹروڈ کا استعمال کرتے ہوئے دور نہیں ہے کیا جائے لتیم ہوا بیٹری 'لتیم آکسیجن بیٹری' کہا جاتا ہے.
ترقی کے سال کے بعد، ایک سیاہ بادل لیتھیم ایئر بیٹری ختم ہو لٹکا طرح ان مسائل کیا گیا ہے، مارکیٹ اور مقابلہ کرنے کی لیتھیم آئن بیٹریاں نہیں ذکر کرنا. شکاگو میں ایلی نوئیس یونیورسٹی، Argonne نیشنل لیبارٹری اور کیلی فورنیا اسٹیٹ یونیورسٹی نارتھ تک لیگ سکول کی کامیابی نے اس شاندار کارکردگی کو امید ظاہر کی ہے جو صرف نظریہ میں موجود ہے.
لتیم حل کرنے کے لئے - نائٹروجن، کاربن ڈائی آکسائیڈ، پانی وانپ اور ان ضمنی رد عمل میں ملوث دیگر اجزاء ہے ضمنی رد عمل الیکٹروڈ، لتیم آئنوں اور ایک الیکٹرولائٹ - ہوا بیٹری مہلک دوش ہے، یہ ہوا میں موجود مختلف کیمیکلز کو روکنے کے لئے ایک راستہ تلاش کرنا ضروری ہے اثر، ناپسندیدہ ضمنی مصنوعات محققین اس مسئلہ کو حل پیداوار، کمپیوٹر تخروپن (کثافت فنکشنل تجزیہ) طریقہ کار اور تجرباتی علوم کے استعمال میں گہرائی سے تحقیق، اور آخر میں، وہ ایک جواب مل گیا کرائے گئے: لیتھیم دھات الیکٹروڈ پر حفاظتی پرت شامل کریں.
ٹیکنالوجی کا بنیادی یہ ہے کہ انوڈ میں، وہ لیتیم کاربوٹیٹ / کاربن (لیکوسی) کی ایک پرت شامل کریں 3/ C) گھنے حفاظتی کوٹنگ کی تشکیل.
اور بہت سادہ کوٹنگ عمل: 10 الیکٹروڈ کی سطح میں ایک کیمیائی رد عمل کی طرف سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ساتھ لیتھیم دھات سے براہ راست چارج کی سائیکل، لتیم کاربونیٹ اس طرح کرتا کی حفاظت کے anode کی نہیں، کمپاؤنڈ میں لتیم آئنوں کے علاوہ کسی اور سے مکمل کیا جا سکتا ہے کو روکنے کے. ہوائی پہنچنے والے نقصان میں آکسیجن کے گروپ کے علاوہ دیگر حصوں کی طرف ہے جبکہ ماحول، اور لتیم کاربونیٹ پانی وانپ اور ہوا کے ساتھ spontaneously کے رد عمل نہیں کرتا، تو حفاظتی پرت، بیٹری کے کیمیائی رد عمل میں شرکت نہیں کر سکتے ہیں نہ میں تباہ شدہ. کوٹنگ کی حفاظت کے تحت، ایک واحد سائیکل کی لتیم برقرار رکھنے کی شرح 99.97 فی صد ہے، جو لتیم ہوا بیٹری سے زیادہ بہتر ہے.
شکل 丨 گھنے اینڈو تحفظ پرت (پیمانے بار: اعداد و شمار میں سبز لائن لمبائی میں 1 μm ہے)
شے لی کے ذریعے گزر رہا ہے
2CO
3 لیپت آکسیجن انو
اس بیٹری کی کارکردگی کی جانچ کرنے کے لئے، محققین نے molybdenum ڈیلفائڈ (MoS) کا استعمال کیا جو پہلے سے دوسرے مطالعات کی طرف سے رپورٹ کیا گیا تھا. 2) ایک کیتھوڈ اور 1 یتل-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1 یتل-3-methylimidazolium tetrafluoroborate، ایمیم-BF4) اور dimethyl sulfoxide (Dimethyl sulfoxide، DMSO استعمال کرتے ہوئے کی طرف سے Nanosheet ) کا آمیزہ اس anode کے، کیتھوڈ، الیکٹرولائٹ کے کام میں الیکٹرولائٹ کے طور پر، لتیم ہوا بیٹری کے ایک فرضی ہوا ماحول --79٪ نائٹروجن، 21 فیصد آکسیجن 500ppm کاربن ڈائی آکسائیڈ، اور 45 فیصد کے رشتہ دار میں رکھا جاتا ہے نمی، درجہ حرارت 25.
ٹیسٹ کے بعد، چارج اور خارج ہونے والے مادہ کے 700 چکروں کے بعد، لیتھیم ایئر بیٹری کوئی ناکامی اس وقت ہوتی ہے. اس کے مقابلے میں بہت سے لوگ، توقع بھی ٹیکنالوجی کی کچھ مقدار غالب تجارتی بیٹری (جیسے، لیڈ ایسڈ بیٹری) سائیکل زندگی تک پہنچ گیا ہے اس کے نتائج.
ٹیم اس طرح نتیجہ پر پہنچا: 'محفوظ لتیم anode کے، ایک الیکٹرولائٹ اور ائر کیتھوڈ کارکردگی کا ایک مرکب، مصنوعی ماحول کے حالات کے تحت ایک دوسرے کے ساتھ کام کرتے ہیں، مؤثر طریقے سے لیتھیم بہتر بنا سکتے ہیں - ہوا بیٹری سائیکل مرتبہ.'
ایک ہی وقت میں، Argonne نیشنل لیبارٹری جاری ہے اس سیل رد عمل مستقبل میں بیٹری کی کارکردگی بہتر بنانے کے لئے تو کے طور پر، رد عمل کے طریقہ کار کی تفہیم کو آگے بڑھانے کے کمپیوٹر مجازی باہر کیا کرنے کے لئے، ممکنہ مستقبل ویاوساییکرن کے لئے نظریاتی حمایت فراہم کرتے ہیں.
یہ ہے کہ کاروبار کی ایپلی کیشنز میں سے مطالعہ زیادہ سے زیادہ توانائی کی کثافت سے بہت دور اب بھی ہے، اگرچہ یہ بھی ایک چھوٹے سے دوری نہیں ہے غور کرنا چاہیے، لیکن یہ کوئی شک لیتھیم ایئر بیٹریاں کی ترقی میں ایک اہم پیش قدمی ہے.
مظاہرہ یہ تحقیق، لیتھیم ایئر بیٹری ضرور، دوسری گیسوں کی جانب سے مداخلت کو بچانے کے کر سکتے ہیں اسی طرح ایک گیسیی ماحول میں ہوا سے براہ راست آکسیجن حاصل، آکسیجن اسٹوریج آلات پر انحصار سے ہے، لیکن اب بھی ایک طویل سائیکل زندگی ہے. یہ بہت بلاشبہ ہے میں اضافہ محققین اور اعتماد کے مستقبل کی ترقی میں اس انقلابی بیٹری ٹیکنالوجی کی صنعت:
سب سے زیادہ اہم مسائل پہلے سے ہی ایک واضح حل ہے، اور باقی صرف نہیں ایک مہلک مسئلہ! شاید طویل عرصے سے پہلے، محققین توانائی کثافت پیدا کرنے کے قابل ہو جائے گا سکتا ہے کے بعد سے موجودہ لیتھیم آئن بیٹری ٹیکنالوجی کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے نئی بیٹری، بلاشبہ موجودہ توانائی زمین کی تزئین کی میں انقلاب گا.
