अभियंत्यांनी एक विभाजक विकसित केला आहे जो अति-कमी तापमानाच्या बॅटरी सुरक्षित करण्यासाठी वायू इलेक्ट्रोलाइट्स स्थिर करतो

परदेशी मीडिया रिपोर्ट्सनुसार, कॅलिफोर्निया सॅन डिएगो विद्यापीठातील नॅनो अभियंत्यांनी एक बॅटरी विभाजक विकसित केला आहे जो बॅटरीमधील वायू इलेक्ट्रोलाइटला वाष्पीकरण होण्यापासून रोखण्यासाठी कॅथोड आणि एनोड दरम्यान अडथळा म्हणून काम करू शकतो. नवीन डायाफ्राम वादळाचा अंतर्गत दाब जमा होण्यापासून प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे बॅटरीला सूज आणि स्फोट होण्यापासून प्रतिबंधित करते.

कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन दिएगो येथील जेकब्स स्कूल ऑफ इंजिनिअरिंगमधील नॅनोइंजिनियरिंगचे प्राध्यापक, संशोधन नेते, झेंग चेन म्हणाले: "वायूच्या रेणूंना अडकवून, पडदा अस्थिर इलेक्ट्रोलाइट्ससाठी स्थिरता म्हणून काम करू शकते."

नवीन विभाजक अल्ट्रा-कमी तापमानात बॅटरीची कार्यक्षमता सुधारू शकतो. डायफ्राम वापरणारी बॅटरी सेल उणे 40°C वर कार्य करू शकते आणि क्षमता 500 मिलीअँपिअर तास प्रति ग्रॅम इतकी असू शकते, तर व्यावसायिक डायफ्राम बॅटरीमध्ये या प्रकरणात जवळजवळ शून्य शक्ती असते. संशोधकांचे म्हणणे आहे की ते दोन महिने वापरात नसले तरी बॅटरी सेलची क्षमता अजूनही जास्त आहे. हे कार्यप्रदर्शन दर्शवते की डायाफ्राम स्टोरेजचे आयुष्य देखील वाढवू शकते. या शोधामुळे संशोधकांना त्यांचे उद्दिष्ट आणखी साध्य करता येते: बर्फाळ वातावरणात, जसे की अंतराळ यान, उपग्रह आणि खोल समुद्रातील जहाजे वाहनांसाठी वीज पुरवू शकतील अशा बॅटरी तयार करणे.

हे संशोधन कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन दिएगो येथील नॅनोइंजिनियरिंगचे प्राध्यापक यिंग शर्ली मेंग यांच्या प्रयोगशाळेतील अभ्यासावर आधारित आहे. हे संशोधन प्रथमच उणे 60°C वातावरणात चांगली कामगिरी राखू शकणारी बॅटरी विकसित करण्यासाठी विशिष्ट द्रवीभूत वायू इलेक्ट्रोलाइट वापरते. त्यापैकी, द्रवीकृत वायू इलेक्ट्रोलाइट हा एक वायू आहे जो दाब लागू करून द्रवीकृत होतो आणि पारंपारिक द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सपेक्षा कमी तापमानास अधिक प्रतिरोधक असतो.

परंतु या प्रकारच्या इलेक्ट्रोलाइटमध्ये दोष आहे; द्रव ते वायूमध्ये बदलणे सोपे आहे. चेन म्हणाले: "ही समस्या या इलेक्ट्रोलाइटसाठी सर्वात मोठी सुरक्षा समस्या आहे." द्रव रेणू घनरूप करण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइट वापरण्यासाठी इलेक्ट्रोलाइटला द्रव स्थितीत ठेवण्यासाठी दबाव वाढवावा लागेल.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी चेनच्या प्रयोगशाळेने कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील नॅनोइंजिनियरिंगचे प्राध्यापक मेंग आणि टॉड पास्कल यांच्याशी सहकार्य केले. चेन आणि मेंग सारख्या संशोधकांसह पास्कल सारख्या संगणकीय तज्ञांचे कौशल्य एकत्र करून, वाष्पयुक्त इलेक्ट्रोलाइटला जास्त दाब न लावता द्रवीकरण करण्याची एक पद्धत विकसित केली गेली आहे. वर नमूद केलेले कर्मचारी कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन दिएगोच्या मटेरियल रिसर्च सायन्स अँड इंजिनिअरिंग सेंटर (MRSEC) शी संलग्न आहेत.

ही पद्धत एका भौतिक घटनेपासून उधार घेते ज्यामध्ये लहान नॅनो-स्केल स्पेसमध्ये अडकल्यावर वायूचे रेणू उत्स्फूर्तपणे घनीभूत होतात. या घटनेला केशिका संक्षेपण म्हणतात, ज्यामुळे गॅस कमी दाबाने द्रव होऊ शकतो. संशोधक संघाने या घटनेचा वापर बॅटरी विभाजक तयार करण्यासाठी केला जो अल्ट्रा-लो तापमानाच्या बॅटरीमध्ये इलेक्ट्रोलाइट स्थिर करू शकतो, फ्लोरोमेथेन वायूपासून बनलेला द्रवरूप गॅस इलेक्ट्रोलाइट. संशोधकांनी पडदा तयार करण्यासाठी मेटल-ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क (MOF) नावाच्या छिद्रयुक्त क्रिस्टलीय सामग्रीचा वापर केला. MOF ची अनोखी गोष्ट अशी आहे की ते लहान छिद्रांनी भरलेले आहे, जे फ्लोरोमेथेन वायूचे रेणू अडकवू शकतात आणि तुलनेने कमी दाबाने त्यांना घनरूप करू शकतात. उदाहरणार्थ, फ्लोरोमेथेन सामान्यत: उणे 30°C वर आकसते आणि त्याचे बल 118 psi असते; परंतु MOF वापरल्यास, त्याच तापमानावर सच्छिद्राचा संक्षेपण दाब फक्त 11 psi असतो.

चेन म्हणाले: "हे एमओएफ इलेक्ट्रोलाइटला काम करण्यासाठी आवश्यक दबाव लक्षणीयरीत्या कमी करते. त्यामुळे आमची बॅटरी कमी तापमानात कमी तापमानात मोठ्या प्रमाणात क्षमता प्रदान करू शकते. संशोधकांनी लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये एमओएफ-आधारित विभाजकाची चाचणी केली. . लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये फ्लोरोकार्बन कॅथोड आणि लिथियम धातूचा एनोड असतो. ते 70 psi च्या अंतर्गत दाबाने वायूयुक्त फ्लोरोमेथेन इलेक्ट्रोलाइटने भरू शकते, फ्लोरोमिथेन द्रवीकरणासाठी आवश्यक असलेल्या दाबापेक्षा खूपच कमी. बॅटरी अजूनही तिच्या खोलीतील तापमान क्षमतेच्या 57% उणे 40°C वर राखू शकते. याउलट, त्याच तापमान आणि दाबावर, फ्लोरोमेथेन असलेले वायू इलेक्ट्रोलाइट वापरून व्यावसायिक डायाफ्राम बॅटरीची शक्ती जवळजवळ शून्य असते.

MOF विभाजकावर आधारित मायक्रोपोरेस हे महत्त्वाचे आहे कारण हे मायक्रोपोर कमी दाबानेही बॅटरीमध्ये अधिक इलेक्ट्रोलाइट्स प्रवाहित ठेवू शकतात. व्यावसायिक डायाफ्राममध्ये मोठी छिद्रे असतात आणि कमी दाबाखाली वायू इलेक्ट्रोलाइट रेणू ठेवू शकत नाहीत. परंतु या परिस्थितीत डायफ्राम चांगले कार्य करते हे एकमेव कारण मायक्रोपोरोसिटी नाही. संशोधकांनी तयार केलेला डायाफ्राम छिद्रांना एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत सतत मार्ग तयार करण्यास अनुमती देतो, ज्यामुळे लिथियम आयन डायाफ्राममधून मुक्तपणे वाहू शकतात याची खात्री करतात. चाचणीमध्ये, नवीन डायफ्राम वापरून उणे 40°C वर बॅटरीची आयनिक चालकता ही व्यावसायिक डायाफ्राम वापरणाऱ्या बॅटरीच्या दहापट आहे.

चेनची टीम सध्या इतर इलेक्ट्रोलाइट्सवर MOF-आधारित विभाजकांची चाचणी करत आहे. चेन म्हणाले: "आम्ही असेच परिणाम पाहिले आहेत. या MOF चा स्टॅबिलायझर म्हणून वापर करून, अस्थिर इलेक्ट्रोलाइट्ससह पारंपारिक लिथियम बॅटरीसह बॅटरी सुरक्षितता सुधारण्यासाठी विविध इलेक्ट्रोलाइट रेणू शोषले जाऊ शकतात."