سخت توانائی کے مسائل کو حل کرنے کے لیے آئن سافٹ لینڈنگ کا استعمال

افلاطون کے ذریعہ دوبارہ شائع کیا گیا۔

فالونگ: 0

کے بشکریہ پیسفک شمال مغرب نیشنل لیبارٹری.
By بیتھ منڈی، پی این این ایل

ہر ٹکنالوجی جو ہماری دنیا کو چلاتی ہے اسے طلب کے مطابق توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ توانائی کو ذخیرہ کیا جانا چاہیے اور اسے بجلی کے الیکٹرانک آلات اور ہلکی عمارتوں کے لیے قابل رسائی ہونا چاہیے۔ آلات کی وسیع رینج جن کو طلب پر توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے متعدد حکمت عملیوں کی ترقی کا باعث بنی ہے۔

بہت توانائی ذخیرہ آلات توانائی کو ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل کرنے کے لیے کیمیائی اور برقی عمل کو یکجا کرتے ہیں۔ اس عمل کے نتیجے میں ایک انٹرفیس ہوتا ہے۔- عمل کی جگہ جہاں دو مختلف مواد ملتے ہیں اور تبدیل ہوتے ہیں۔ زیادہ موثر، دیرپا توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات بنانے کے لیے، سائنسدانوں کو یہ کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے کہ ان انٹرفیسز پر اور اس کے قریب کیا ہوتا ہے۔ لیکن یہ آسان نہیں ہے۔

"زیادہ تر تحقیق ایک پیچیدہ انٹرفیس بناتی ہے اور پھر اسے سمجھنے کی کوشش کرنے کے لیے اعلی درجے کی خصوصیات کی تکنیک کا استعمال کرتی ہے،" کہا۔ گرانٹ جانسن، ایک کیمسٹ at پیسیفک شمال مغربی قومی تجربہ گاہ (PNNL) جو علیحدگی سائنس پروگرام کی قیادت کرتا ہے۔ اس کے مقابلے میں، ہم پورا انٹرفیس نہیں بناتے ہیں۔ ہم ہر ایک ٹکڑے کو الگ سے تیار کرتے ہیں، جو ہمیں انفرادی اجزاء کا مطالعہ کرنے کی اجازت دیتا ہے اور وہ کیسے بنتے ہیں۔"

ان کے نقطہ نظر کو آئن نرم لینڈنگ کہا جاتا ہے۔ یہ تکنیک سائنسدانوں کو یہ دیکھنے کی اجازت دیتی ہے کہ کس طرح انفرادی چارج شدہ مالیکیولز، یا آئن، جو حقیقی توانائی کے ذخیرہ کرنے والے انٹرفیس پر موجود ہیں، الیکٹروڈ کی سطح اور برقی صلاحیت کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ یہ گندے انٹرفیس کو آسان بناتا ہے جو حقیقی توانائی کے ذخیرہ کرنے والے نظاموں میں موجود ہیں صرف ایک قسم کے آئن اور سطح کے ساتھ الگ الگ سسٹمز میں۔ اس کے بعد محققین انٹرفیس بنانے میں ہر مالیکیول کے کردار کی تحقیقات کر سکتے ہیں۔

کسٹم بلٹ سیٹ اپ محققین کو آئن سافٹ لینڈنگ کے تجربات کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ (تصویر بذریعہ اینڈریا سٹار | پیسیفک نارتھ ویسٹ نیشنل لیبارٹری)

انرجی اسٹوریج میں ٹارگیٹڈ اسٹڈیز کے لیے آہستہ سے آئنوں کی لینڈنگ

آئن نرم لینڈنگ محققین کو چارج اور سائز کے لحاظ سے ایک واحد، مخصوص قسم کے آئن کو منتخب کرنے کے قابل بناتی ہے۔ چنے ہوئے آئن پھر آہستہ سے ایک کوندکٹو سطح پر اترتے ہیں۔ یہ عمل منتخب مالیکیولز اور سطحی مواد کے رد عمل کی ایک خاص وضاحت شدہ انٹرفیس خصوصیت تیار کرتا ہے۔

ایک بار جب انٹرفیس تیار ہو جاتا ہے، محققین دوسرے آلات استعمال کر سکتے ہیں تاکہ یہ جانچ سکیں کہ سطح اور مالیکیول کس طرح بات چیت کرتے ہیں۔ یہ خصوصیت انٹرفیس پر ٹوٹے اور بننے والے کیمیائی بانڈز کی نوعیت کے بارے میں معلومات کو ظاہر کرتی ہے۔

لیتھیم آئن سسٹم، جو ہمارے بہت سے الیکٹرانکس کو طاقت دیتے ہیں، ہو سکتا ہے سب سے زیادہ مانوس توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات ہوں۔ PNNL ریسرچ ٹیم، تاہم، اس سے بھی زیادہ موثر اور ممکنہ طور پر تبدیلی کرنے والے توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کی تلاش کر رہی ہے۔ ان میں لتیم سلفر آئن، لتیم پر مبنی ٹھوس، اور لتیم کیمسٹری سے آگے بڑھنا شامل ہیں۔ اس تحقیق کے لیے، ٹیم آکسیجن سے بھرپور سطح کے ساتھ لتیم دھات پر مختلف لتیم سلفائیڈز کی طرح مالیکیولز اور نرم زمینوں کے منتخب آئنوں کے الیکٹرولائٹ محلول سے شروع کرتی ہے۔

انہوں نے حال ہی میں دریافت کیا۔ ایک طرح سے منفی چارج شدہ لیتھیم سلفر آئن انٹرفیس پر توانائی ذخیرہ کرنے والے ان نئے آلات کے آپریشن میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔ انہوں نے محسوس کیا کہ آئن لتیم کے بجائے سلفر کی کمی اور آکسیکرن کیمسٹری پر مرکوز متعدد رد عمل سے گزرتے ہیں۔

نتائج سلفر-آکسیجن بانڈز کی نوعیت اور انرجی سٹوریج ڈیوائسز میں مشاہدہ کیے گئے متعلقہ ری ایکٹڈ مالیکیولز کی وضاحت کرتے ہیں۔ آئن نرم لینڈنگ کا کام سالماتی سطح کی وضاحت فراہم کرتا ہے کہ لتیم سلفر انٹرفیس پر سلفر کی آکسائڈائزڈ شکلیں کیوں موجود ہیں۔ یہ سمجھنا کہ یہ اہم آئن کس طرح ماڈل انٹرفیس میں ٹھوس مواد میں تبدیل ہوتے ہیں، محققین کو حقیقی آلات میں پیچیدہ انٹرفیس کو توڑنے میں مدد ملتی ہے۔

جانسن نے کہا، "ہر بار جب ہم یہ دریافت کرتے ہیں کہ انفرادی قسم کے مالیکیول کا رد عمل کیسے ہوتا ہے، ہم کچھ نیا سیکھتے ہیں جو انٹرفیس کی تشکیل کے بارے میں اجتماعی علم پیدا کرتا ہے۔"

آئن نرم لینڈنگ کے بعد سبسٹریٹ میں جھانکنا۔ (تصویر بذریعہ اینڈریا سٹار | پیسیفک نارتھ ویسٹ نیشنل لیبارٹری)

توانائی کے ذخیرہ میں شامل انٹرفیس کو سمجھنا

اصل میں، PNNL کے محققین نے توانائی کے محکمے (DOE) کے بنیادی انرجی سائنسز سیپریشن سائنس پروگرام کے تعاون سے اپنی آئن نرم لینڈنگ کی صلاحیتوں کو تیار کیا۔ اس پروگرام کے ذریعے، کیمیکل انجینئر وینکی پربھاکرن علیحدگی کے لیے الیکٹرو کیمیکل طور پر فعال انٹرفیس کا مطالعہ کرنے کے لیے آئن سافٹ لینڈنگ کا استعمال کیا گیا۔ تاہم، وہ یہ دیکھنا چاہتا تھا کہ یہ تکنیک علیحدگی کے نظام سے آگے کیا کر سکتی ہے۔ کے ساتھ ایک ملاقات ماہر طبیعیات وجے مروگیسن چند سال پہلے توانائی ذخیرہ کرنے کی دنیا میں آئن سافٹ لینڈنگ کے داخلی دروازے کے بارے میں لایا۔ Murugesan کے لئے ایک توجہ کے علاقے کی قیادت کرتا ہے مشترکہ مرکز برائے توانائی ذخیرہ تحقیق (JCESR)، ایک DOE انوویشن ہب۔

"ایک دن، میں نے وجے سے کسی اور چیز کے بارے میں ملاقات کی اور ہم نے اپنی تحقیق کے بارے میں بات کرنا شروع کر دی،" پربھاکرن نے کہا۔ "ہم نے جلدی سے محسوس کیا کہ JCESR فوکس ایریا میں وجے لیڈز میں اہم سوالات کے جوابات دینے میں مدد کرنے کے لیے آئن سافٹ لینڈنگ ایک اہم ذریعہ ہو سکتا ہے۔"

انرجی سائنسز سنٹر میں ٹیم کا آنے والا اقدام ان کے کام کو ہموار کرے گا اور انہیں موثر تعاون اور تجرباتی مطالعات کے لیے ایک دوسرے کے قریب لائے گا۔

"فی الحال، ہمیں آئن سافٹ لینڈنگ لیب سے کلیدی کردار سازی کے آلات تک جانے کے لیے کئی راہداریوں سے نیچے جانا پڑتا ہے،" مروگیسن نے کہا۔ اگرچہ یہ زیادہ دور نہیں لگتا ہے، لیکن یہ مختصر سیر ان کے انتہائی حساس اور رد عمل والے نمونوں کے لیے مسائل کا باعث بنتی ہے۔ محققین کو نمونے لے جانے کے لیے ایک خاص "ویکیوم سوٹ کیس" استعمال کرنا پڑتا ہے، یہاں تک کہ ہال کے نیچے بھی۔

"انرجی سائنسز سینٹر میں، ہماری لیبز ایک دوسرے کے بالکل قریب ہوں گی،" پربھاکرن نے کہا۔ "ہمارے پاس ایک منسلک دروازہ ہوگا!" آلہ سے آلے تک نمایاں طور پر مختصر چہل قدمی کا مطلب ہے نمونے کے ممکنہ انحطاط یا آلودگی کے لیے کم وقت۔

ایک حالیہ اختراع جس نے ٹیم کو پرجوش کیا ہے اس میں بیک وقت دو قسم کے آئنوں کا انتخاب اور جمع کرنا شامل ہے، ایک مثبت اور ایک منفی۔ یہ نقطہ نظر توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کا زیادہ حقیقت پسندانہ ماڈل بناتا ہے۔ مختلف آئن ایک دوسرے اور سطح کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، جس سے ٹیم کو انٹرفیس پر کارروائی کیپچر کرنے میں مدد ملتی ہے۔

اس مضمون میں ذکر کردہ کچھ کاموں کی حمایت JCESR کے حصے کے طور پر کی گئی تھی، جو DOE's، Office of Science، Basic Energy Sciences پروگرام کے ذریعے مالی اعانت فراہم کرنے والا ایک انرجی انوویشن حب ہے۔ یہ ٹیکساس اے اینڈ ایم یونیورسٹی کے تعاون سے کیا گیا تھا۔ جانسن، مروگیسن، اور پربھاکرن کے علاوہ، PNNL کے دیگر مصنفین Kie Hankins، Sungun Wi، Vaithiyalingam Shutthanandan، Swadipta Roy، Hui Wang، Yuyan Shao، Suntharampillai Thevuthasan، اور Karl Mueller ہیں۔ کام کا ایک حصہ انجام دیا گیا۔ ماحولیاتی مالیکیولر سائنسز لیبارٹری میں، ایک قومی سائنسی صارف کی سہولت۔ انرجی سائنسز سنٹر میں مستقبل میں کام جاری رہے گا۔

کلین ٹیکنیکا کی اصلیت کی تعریف کریں؟ بننے پر غور کریں۔ کلین ٹیکنیکا ممبر، سپورٹر، ٹیکنیشن، یا سفیر - یا ایک سرپرست پر Patreon.