Nanotechnology Now - Press Release: Previously Unknown Pathway To Batteries With High Energy, Low Cost And Long Life: Newly Discovered Reaction Mechanism Overcomes Rapid Performance Decline In Lithium-sulfur Batteries

افلاطون کے ذریعہ دوبارہ شائع کیا گیا۔

فالونگ: 0

ہوم پیج (-) > پریس > اعلی توانائی، کم لاگت اور طویل زندگی والی بیٹریوں کا پہلے نامعلوم راستہ: نئے دریافت شدہ رد عمل کا طریقہ کار لیتھیم سلفر بیٹریوں میں تیزی سے کارکردگی میں کمی پر قابو پاتا ہے۔

سلفر کیتھوڈ میں (بائیں) اور بغیر (دائیں) اتپریرک کے ساتھ لیتھیم سلفر بیٹریوں میں لیتھیم پولی سلفائیڈ (Li₂S₆) سے لیتھیم سلفائیڈ (Li₂S) تک مختلف رد عمل کے راستے۔ کریڈٹ
(تصویر ارگن نیشنل لیبارٹری کی طرف سے۔)

خلاصہ:
سائنسدانوں نے جوہری پیمانے پر رد عمل کو دیکھ کر بہتر لتیم سلفر بیٹریوں کا حیرت انگیز راستہ دریافت کیا۔

اعلی توانائی، کم لاگت اور طویل زندگی والی بیٹریوں کے لیے پہلے نامعلوم راستہ: نئے دریافت شدہ رد عمل کا طریقہ کار لیتھیم سلفر بیٹریوں میں تیزی سے کارکردگی میں کمی پر قابو پاتا ہے۔

لیمونٹ، IL | 8 ستمبر 2023 کو پوسٹ کیا گیا۔

لیب میں پیش رفت سے لے کر عملی ٹیکنالوجی تک کا راستہ ایک طویل اور مشکل ہو سکتا ہے۔ لتیم سلفر بیٹری ایک مثال ہے۔ اس کے موجودہ لیتھیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں قابل ذکر فوائد ہیں جو گاڑیوں کو طاقت دیتے ہیں۔ لیکن کئی سالوں میں شدید ترقی کے باوجود اس نے ابھی تک مارکیٹ کو کم کرنا ہے۔

امریکی محکمہ توانائی (DOE) Argonne نیشنل لیبارٹری کے سائنسدانوں کی کوششوں کی بدولت یہ صورتحال مستقبل میں بدل سکتی ہے۔ گزشتہ دہائی کے دوران، انہوں نے لیتھیم سلفر بیٹریوں سے متعلق کئی اہم دریافتیں کی ہیں۔ نیچر میں شائع ہونے والا ان کا تازہ ترین انکشاف، پہلے سے نامعلوم ردعمل کے طریقہ کار کو کھولتا ہے جو ایک بڑی کوتاہی کو دور کرتا ہے - بیٹریوں کی بہت مختصر زندگی۔

Gui-Liang Xu، Argonne کے کیمیکل سائنسز اور انجینئرنگ ڈویژن میں کیمیا دان، نے کہا کہ "ہماری ٹیم کی کوششیں امریکہ کو ایک سبز اور زیادہ پائیدار نقل و حمل کے منظر نامے کے ایک بڑے قدم کے قریب لا سکتی ہیں۔"

لیتھیم سلفر بیٹریاں موجودہ لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں تین اہم فوائد پیش کرتی ہیں۔ سب سے پہلے، وہ ایک دیے گئے حجم میں دو سے تین گنا زیادہ توانائی ذخیرہ کر سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں گاڑی کی رینج لمبی ہوتی ہے۔ دوم، ان کی کم قیمت، جو سلفر کی کثرت اور قابل استطاعت ہے، انہیں اقتصادی طور پر قابل عمل بناتی ہے۔ آخر میں، یہ بیٹریاں کوبالٹ اور نکل جیسے اہم وسائل پر انحصار نہیں کرتیں، جن کی مستقبل میں قلت کا سامنا کرنا پڑ سکتا ہے۔

ان فوائد کے باوجود، لیبارٹری کی کامیابی سے تجارتی عملداری کی طرف منتقلی مضحکہ خیز ثابت ہوئی ہے۔ لیبارٹری کے خلیات نے امید افزا نتائج دکھائے ہیں، لیکن جب تجارتی سائز تک بڑھایا جائے تو ان کی کارکردگی بار بار چارج اور خارج ہونے کے ساتھ تیزی سے کم ہو جاتی ہے۔

اس کارکردگی میں کمی کی بنیادی وجہ خارج ہونے والے مادہ کے دوران کیتھوڈ سے سلفر کی تحلیل ہے، جس سے حل پذیر لیتھیم پولی سلفائیڈز (Li2S6) کی تشکیل ہوتی ہے۔ چارجنگ کے دوران یہ مرکبات لیتھیم میٹل نیگیٹو الیکٹروڈ (انوڈ) میں بہتے ہیں، جس سے مسئلہ مزید بڑھ جاتا ہے۔ نتیجتاً، کیتھوڈ سے سلفر کا نقصان اور انوڈ کمپوزیشن میں تبدیلی سائیکلنگ کے دوران بیٹری کی کارکردگی کو نمایاں طور پر روکتی ہے۔

اس سے پہلے کی ایک حالیہ تحقیق میں، ارگون کے سائنسدانوں نے ایک اتپریرک مواد تیار کیا جسے، جب سلفر کیتھوڈ میں تھوڑی مقدار میں شامل کیا جائے تو، سلفر کے نقصان کا مسئلہ بنیادی طور پر ختم ہو جاتا ہے۔ اگرچہ اس عمل انگیز نے تجربہ گاہوں اور تجارتی سائز کے خلیوں دونوں میں وعدہ دکھایا، اس کا جوہری پیمانے پر کام کرنے کا طریقہ کار اب تک ایک معمہ بنا ہوا ہے۔

ٹیم کی تازہ ترین تحقیق نے اس میکانزم پر روشنی ڈالی۔ اتپریرک کی غیر موجودگی میں، لیتھیم پولی سلفائیڈز کیتھوڈ کی سطح پر بنتے ہیں اور رد عمل کی ایک سیریز سے گزرتے ہیں، بالآخر کیتھوڈ کو لتیم سلفائیڈ (Li2S) میں تبدیل کرتے ہیں۔

"لیکن کیتھوڈ میں اتپریرک کی ایک چھوٹی سی مقدار کی موجودگی تمام فرق پیدا کرتی ہے،" سو نے کہا۔ "ایک بہت مختلف رد عمل کا راستہ ہے، ایک درمیانی رد عمل کے مراحل سے پاک۔"

کلید کیتھوڈ کی سطح پر لیتھیم پولی سلفائیڈز کے گھنے نانوسکل بلبلوں کی تشکیل ہے، جو کیٹالسٹ کے بغیر ظاہر نہیں ہوتے۔ یہ لتیم پولی سلفائڈس خارج ہونے کے دوران تیزی سے پورے کیتھوڈ ڈھانچے میں پھیل جاتے ہیں اور نانوسکل کرسٹلائٹس پر مشتمل لتیم سلفائیڈ میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ یہ عمل تجارتی سائز کے خلیوں میں سلفر کے نقصان اور کارکردگی میں کمی کو روکتا ہے۔

ردعمل کے طریقہ کار کے ارد گرد اس بلیک باکس کو کھولنے میں، سائنسدانوں نے جدید خصوصیات کی تکنیکوں کو استعمال کیا. DOE آفس آف سائنس صارف کی سہولت، ایڈوانسڈ فوٹون سورس کی بیم لائن 20-BM پر شدید سنکروٹون ایکس رے بیم کے ساتھ کیٹیلسٹ کی ساخت کے تجزیوں سے یہ بات سامنے آئی کہ یہ رد عمل کے راستے میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔ اتپریرک ڈھانچہ خارج ہونے پر حتمی مصنوعات کے ساتھ ساتھ درمیانی مصنوعات کی شکل اور ساخت کو متاثر کرتا ہے۔ اتپریرک کے ساتھ، مکمل خارج ہونے پر نانو کرسٹل لائن لتیم سلفائیڈ بنتا ہے۔ اتپریرک کے بغیر، اس کی بجائے مائیکرو اسکیل چھڑی کے سائز کے ڈھانچے بنتے ہیں۔

"ہماری ٹیم کی کوششیں امریکہ کو ایک سبز اور زیادہ پائیدار نقل و حمل کے منظر نامے کے ایک بڑے قدم کے قریب لا سکتی ہیں۔" - Gui-Liang Xu، Argonne کی کیمیکل سائنسز اور انجینئرنگ ڈویژن میں کیمسٹ

زیامین یونیورسٹی میں تیار کی گئی ایک اور اہم تکنیک نے ٹیم کو نانوسکل پر الیکٹروڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کو دیکھنے کی اجازت دی جب ایک ٹیسٹ سیل کام کر رہا تھا۔ اس نئی ایجاد کردہ تکنیک نے نانوسکل میں تبدیلیوں کو آپریٹنگ سیل کے رویے سے جوڑنے میں مدد کی۔

"ہماری دلچسپ دریافت کی بنیاد پر، ہم سلفر کیتھوڈس کو مزید بہتر بنانے کے لیے مزید تحقیق کریں گے،" Xu نے نوٹ کیا۔ "یہ دریافت کرنا بھی فائدہ مند ہوگا کہ آیا یہ طریقہ کار اگلی نسل کی دوسری بیٹریوں پر لاگو ہوتا ہے، جیسے سوڈیم سلفر۔"

اس ٹیم کی تازہ ترین پیش رفت کے ساتھ، لیتھیم سلفر بیٹریوں کا مستقبل روشن نظر آتا ہے، جو نقل و حمل کی صنعت کے لیے زیادہ پائیدار اور ماحول دوست حل پیش کرتا ہے۔

اس تحقیق پر ایک مضمون نیچر میں شائع ہوا۔ سو کے علاوہ، مصنفین میں شیوآن ژاؤ، جی شی، سانگوئی لیو، جنرل لی، فی پی، یوہو چن، جنژیان ڈینگ، کیزینگ زینگ، جیائی لی، چن ژاؤ، انہوئی ہوانگ، چینگ جون سن، یوزی لیو، یو ڈینگ شامل ہیں۔ ، لنگ ہوانگ، یو کیاؤ، جیان فینگ چن، خلیل امین، شی گینگ سن اور ہانگ گینگ لیاو۔

دیگر شریک اداروں میں شیامین یونیورسٹی، بیجنگ یونیورسٹی آف کیمیکل ٹیکنالوجی اور نانجنگ یونیورسٹی شامل ہیں۔ Argonne کی تحقیق کو توانائی کی کارکردگی اور قابل تجدید توانائی کے دفتر میں DOE آفس آف وہیکل ٹیکنالوجیز کی مدد حاصل تھی۔

ایڈوانس فوٹون سورس کے بارے میں۔

امریکی محکمہ انرجی آفس آف سائنس کا ایڈوانسڈ فوٹون سورس (اے پی ایس) ارگون نیشنل لیبارٹری میں دنیا کی سب سے زیادہ پیداواری ایکس رے لائٹ سورس سہولیات میں سے ایک ہے۔ اے پی ایس مٹیریل سائنس ، کیمسٹری ، گاڑھا ہوا مادہ فزکس ، لائف اینڈ انوائرمنٹل سائنسز اور اپلائیڈ ریسرچ میں محققین کی متنوع کمیونٹی کو اعلی چمک والا ایکس رے بیم فراہم کرتا ہے۔ یہ ایکس رے مثالی طور پر مواد اور حیاتیاتی ڈھانچے کی تلاش کے لیے موزوں ہیں۔ بنیادی تقسیم کیمیائی ، مقناطیسی ، الیکٹرانک ریاستیں اور تکنیکی لحاظ سے اہم انجینئرنگ سسٹم کی ایک وسیع رینج بیٹریاں سے لے کر فیول انجیکٹر سپرے تک ، یہ سب ہماری قوم کی معاشی ، تکنیکی اور جسمانی فلاح و بہبود کی بنیاد ہیں۔ ہر سال ، 5,000 سے زائد محققین اے پی ایس کا استعمال کرتے ہوئے 2,000،XNUMX سے زائد اشاعتیں تیار کرتے ہیں جو کہ اثر انگیز دریافتوں کی تفصیل دیتے ہیں ، اور کسی بھی دوسرے ایکس رے لائٹ سورس ریسرچ سہولت کے صارفین کے مقابلے میں زیادہ اہم حیاتیاتی پروٹین ڈھانچے کو حل کرتے ہیں۔ اے پی ایس کے سائنس دان اور انجینئرز ٹیکنالوجی کو اختراع کرتے ہیں جو ایکسلریٹر اور لائٹ سورس آپریشنز کو آگے بڑھانے کا مرکز ہے۔ اس میں اندراج کے آلات شامل ہیں جو محققین کی طرف سے انتہائی چمکدار ایکس رے تیار کرتے ہیں ، لینس جو ایکس رے کو چند نینو میٹر تک نیچے مرکوز کرتے ہیں ، آلات جو ایکس رے کے مطالعے کے نمونوں کے ساتھ بات چیت کرنے کے طریقے کو زیادہ سے زیادہ کرتے ہیں ، اور سافٹ ویئر جو جمع کرتے ہیں اور اے پی ایس میں دریافت کی تحقیق کے نتیجے میں بڑے پیمانے پر ڈیٹا کا انتظام کرتا ہے۔

اس تحقیق میں ایڈوانسڈ فوٹون سورس کے وسائل کا استعمال کیا گیا ، جو کہ یو ایس ڈی او ای آفس آف سائنس یوزر فیسیلٹی ہے جو آر اوگنی نیشنل لیبارٹری کے ذریعہ ڈی او ای آفس آف سائنس کے لیے کام کرتی ہے ، معاہدہ نمبر DE-AC02-06CH11357 کے تحت۔

####

DOE/Argonne نیشنل لیبارٹری کے بارے میں
ارگون نیشنل لیبارٹری سائنس اور ٹیکنالوجی میں قومی مسائل کو دبانے کے لیے حل تلاش کرتی ہے۔ ملک کی پہلی قومی تجربہ گاہ، Argonne عملی طور پر ہر سائنسی شعبے میں سرکردہ بنیادی اور لاگو سائنسی تحقیق کرتی ہے۔ Argonne محققین سینکڑوں کمپنیوں، یونیورسٹیوں، اور وفاقی، ریاستی اور میونسپل ایجنسیوں کے محققین کے ساتھ مل کر کام کرتے ہیں تاکہ ان کے مخصوص مسائل کو حل کرنے، امریکہ کی سائنسی قیادت کو آگے بڑھانے اور قوم کو بہتر مستقبل کے لیے تیار کرنے میں ان کی مدد کریں۔ 60 سے زیادہ ممالک کے ملازمین کے ساتھ، Argonne کا انتظام UChicago Argonne, LLC کے ذریعے یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کے آفس آف سائنس کے لیے کیا جاتا ہے۔

یو ایس ڈپارٹمنٹ آف انرجی کا آفس آف سائنس ریاستہائے متحدہ میں فزیکل سائنسز میں بنیادی تحقیق کا واحد سب سے بڑا حامی ہے اور ہمارے وقت کے کچھ انتہائی اہم چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے کام کر رہا ہے۔ مزید معلومات کے لیے ملاحظہ کریں۔ https://energy.gov/science.

مزید معلومات کے لئے، براہ مہربانی کلک کریں یہاں

رابطے:
ڈیانا اینڈرسن
DOE/Argonne نیشنل لیبارٹری

کاپی رائٹ © DOE/Argonne نیشنل لیبارٹری

اگر آپ کے پاس کوئی تبصرہ ہے، تو براہ مہربانی رابطہ کریں ہم سے.

خبروں کی ریلیز جاری کرنے والے، نہ کہ 7th Wave, Inc. یا Nanotechnology Now، مواد کی درستگی کے لیے مکمل طور پر ذمہ دار ہیں۔

بک مارک: