مطالعي بيٽري ٺاهڻ جو هڪ طريقو دريافت ڪيو آهي جيڪو اسان هر روز استعمال ڪندا آهيون وڌيڪ لچڪدار، طاقتور ۽ محفوظ.
سال 2018 آهي ۽ اسان جي روزمره جي زندگي هاڻي مختلف گيجٽس سان ڀريل آهي جيڪي يا ته بجلي تي هلن ٿا يا بيٽرين تي. بيٽري تي هلندڙ گيجٽس ۽ ڊوائيسز تي اسان جو انحصار غير معمولي طور تي وڌي رهيو آهي. بيٽري هڪ اهڙو ڊوائيس آهي جيڪو ڪيميائي توانائي کي ذخيرو ڪري ٿو جيڪو بجلي ۾ تبديل ٿئي ٿو. بيٽريون ننڍيون ڪيميائي ري ايڪٽرن وانگر آهن جن ۾ رد عمل هوندو آهي جيڪو توانائي سان ڀريل اليڪٽران پيدا ڪندو آهي جيڪو ٻاهرين ڊوائيس ذريعي وهندو آهي. ڇا ان جا سيل فون هجن يا ليپ ٽاپ يا ٻيون برقي گاڏيون، بيٽريون - عام طور تي ليٿيم آئن - انهن ٽيڪنالاجي لاءِ مکيه طاقت جو ذريعو آهن. جيئن ٽيڪنالاجي اڳتي وڌندي رهي ٿي، وڌيڪ ڪمپيڪٽ، اعليٰ گنجائش، ۽ محفوظ ريچارج ايبل بيٽرين جي مسلسل طلب آهي.
بيٽرين جي هڪ ڊگهي ۽ شاندار تاريخ آهي. آمريڪي سائنسدان بينجمن فرينڪلن پهريون ڀيرو 1749ع ۾ ”بيٽري“ جو اصطلاح استعمال ڪيو جڏهن ته ڳنڍيل ڪيپيسٽرز جي هڪ سيٽ کي استعمال ڪندي بجليءَ تي تجربا ڪيا. اطالوي فزڪس دان اليسندرو وولٽا 1800ع ۾ پھرين بيٽري ايجاد ڪئي جڏھن ٽامي (Cu) ۽ زنڪ (Zn) جون ھي اسٽيڪ ٿيل ڊسڪون نم جي پاڻيءَ ۾ لڪايل ڪپڙي سان جدا ڪيون ويون. ليڊ ايسڊ بيٽري، سڀ کان وڌيڪ پائيدار ۽ پراڻي ريچارجبل بيٽرين مان هڪ 1859 ۾ ايجاد ڪئي وئي هئي ۽ اڄ به ڪيترن ئي ڊوائيسز ۾ استعمال ٿئي ٿي، بشمول گاڏين ۾ اندروني ڪمبشن انجڻ.
بيٽريون هڪ ڊگهو سفر طئي ڪيو آهي ۽ اڄ اهي وڏي ميگا واٽ جي سائزن کان وٺي مختلف سائزن ۾ اچن ٿيون، تنهن ڪري نظرياتي طور تي اهي سولر فارمن مان بجلي ذخيرو ڪرڻ ۽ ننڍن شهرن کي روشن ڪرڻ جي قابل آهن يا اهي اليڪٽرانڪ واچن ۾ استعمال ٿيندڙ گھڙين جيترا ننڍا ٿي سگهن ٿا، شاندار آهي نه. هڪ اهڙي بيٽري ۾ جنهن کي پرائمري بيٽري سڏيو ويندو آهي، اليڪٽرانن جو وهڪرو پيدا ڪندڙ رد عمل ناقابل واپسي هوندو آهي ۽ آخرڪار جڏهن ان جو هڪ ري ايڪٽنٽ استعمال ڪيو ويندو آهي ته بيٽري فليٽ ٿي ويندي آهي يا مري ويندي آهي. سڀ کان عام پرائمري بيٽري زنڪ ڪاربن بيٽري آهي. اهي پرائمري بيٽريون هڪ وڏو مسئلو هيون ۽ اهڙين بيٽرين جي نيڪال کي منهن ڏيڻ جو واحد طريقو اهو هو ته هڪ طريقو ڳوليو وڃي جنهن ۾ انهن کي ٻيهر استعمال ڪري سگهجي - جنهن جو مطلب آهي ته انهن کي ري چارج ڪرڻ لائق بڻائي سگهجي. بيٽرين کي نئين سان تبديل ڪرڻ واضح طور تي غير عملي هو ۽ اهڙي طرح جيئن بيٽريون وڌيڪ طاقتور ۽ وڏيون ٿينديون ويون ته انهن کي تبديل ڪرڻ ۽ انهن کي ضايع ڪرڻ تمام مهانگو هجڻ ناممڪن ٿي ويو.
Nickel-cadmium battery (NiCd) پهرين مشهور ريچارجبل بيٽري هئي جنهن الڪلي کي اليڪٽرولائٽ طور استعمال ڪيو. 1989 ۾ نڪيل ميٽيل هائيڊروجن بيٽريون (NiMH) ٺاهيا ويا جن جي زندگي NiCd بيٽرين کان وڌيڪ هئي. تنهن هوندي، انهن ۾ ڪجهه خاميون هيون، خاص طور تي ته اهي اوور چارجنگ ۽ اوور گرم ڪرڻ لاءِ ڏاڍا حساس هوندا هئا خاص طور تي جڏهن انهن کي چارج ڪيو ويندو هو انهن جي وڌ ۾ وڌ شرح سان. تنهن ڪري، انهن کي ڪنهن به نقصان کان بچڻ لاءِ سست ۽ احتياط سان چارج ڪرڻو پوندو هو ۽ آسان چارجرز ذريعي چارج ٿيڻ لاءِ وڌيڪ وقت گهربل هوندا هئا.
1980 ۾ ايجاد ٿيل، ليٿيم آئن بيٽريون (LIBs) اڄ ڪلهه صارفين جي اليڪٽرانڪ ڊوائيسز ۾ سڀ کان وڌيڪ استعمال ٿيندڙ بيٽريون آهن. ليٿيم سڀ کان هلڪي عنصرن مان هڪ آهي ۽ ان ۾ سڀ کان وڏي اليڪٽرو ڪيميڪل صلاحيت آهي، تنهن ڪري هي ميلاپ بيٽريون ٺاهڻ لاءِ مثالي طور تي مناسب آهي. LIBs ۾، ليٿيم آئن مختلف اليڪٽروڊز جي وچ ۾ هڪ اليڪٽرولائيٽ ذريعي منتقل ٿين ٿا جيڪو لوڻ ۽ نامياتي محلولن مان ٺهيل آهي (گهڻو ڪري روايتي LIBs ۾). نظرياتي طور تي، ليٿيم ڌاتو سڀ کان وڌيڪ برقي طور تي مثبت ڌاتو آهي جنهن ۾ تمام گهڻي گنجائش آهي ۽ بيٽرين لاءِ بهترين ممڪن انتخاب آهي. جڏهن LIBs ري چارجنگ کي گهٽ ڪري رهيا آهن، مثبت طور تي چارج ٿيل ليٿيم آئن ليٿيم ڌاتو بڻجي ويندو آهي. اهڙيءَ طرح، LIBs پنهنجي ڊگهي زندگي ۽ اعليٰ گنجائش جي ڪري هر قسم جي پورٽيبل ڊوائيسز ۾ استعمال لاءِ سڀ کان وڌيڪ مشهور ريچارج ايبل بيٽريون آهن. بهرحال، هڪ وڏو مسئلو اهو آهي ته اليڪٽرولائيٽ آساني سان بخارات بڻجي سگهي ٿو، جنهن جي ڪري بيٽري ۾ شارٽ سرڪٽ پيدا ٿئي ٿو ۽ اهو باهه جو خطرو ٿي سگهي ٿو. عملي طور تي، LIBs واقعي غير مستحڪم ۽ غير موثر آهن ڇاڪاڻ ته وقت سان گڏ ليٿيم ڊسپوزيشن غير يونيفارم ٿي ويندا آهن. LIBs ۾ چارج ۽ ڊسچارج جي شرح پڻ گهٽ هوندي آهي ۽ حفاظتي خدشا انهن کي ڪيترن ئي اعليٰ طاقت ۽ اعليٰ گنجائش واري مشينن لاءِ ناقابل عمل بڻائيندا آهن، مثال طور برقي ۽ هائبرڊ برقي گاڏيون. LIB کي تمام گهٽ موقعن تي سٺي گنجائش ۽ برقرار رکڻ جي شرح ڏيکارڻ جي رپورٽ ڪئي وئي آهي.
اهڙيء طرح، بيٽرين جي دنيا ۾ سڀ ڪجهه مڪمل نه آهي جيئن ته تازو سالن ۾ بيٽرين جي وڏي تعداد کي غير محفوظ طور نشان لڳايو ويو آهي ڇاڪاڻ ته اهي باهه کي پڪڙي، ناقابل اعتبار ۽ ڪڏهن ڪڏهن غير موثر آهن. سڄي دنيا جا سائنسدان بيٽرين ٺاهڻ جي جستجو ۾ آهن جيڪي ننڍيون، محفوظ طور تي ريچارج لائق، هلڪي، وڌيڪ لچڪدار ۽ ساڳئي وقت وڌيڪ طاقتور هونديون. ان ڪري، امڪاني متبادل طور سولڊ اسٽيٽ اليڪٽرولائٽس تي ڌيان ڏنو ويو آهي. انهي کي برقرار رکندي سائنسدانن طرفان ڪيترن ئي اختيارن جي ڪوشش ڪئي وئي آهي، پر استحڪام ۽ اسپيبلبلٽي اڪثر مطالعي جي رڪاوٽ آهي. پوليمر اليڪٽرولائٽس وڏي صلاحيت ڏيکاريا آهن ڇاڪاڻ ته اهي نه رڳو مستحڪم آهن پر لچڪدار ۽ سستا پڻ. بدقسمتي سان، اهڙي پوليمر اليڪٽرولائٽس سان بنيادي مسئلو انهن جي خراب چالکائي ۽ ميخانياتي ملڪيت آهي.
ACS Nano Letters ۾ شايع ٿيل هڪ تازي مطالعي ۾ ، محققن اهو ظاهر ڪيو آهي ته بيٽري جي حفاظت ۽ اڃا تائين ڪيتريون ئي ٻيون خاصيتون نانووائرز شامل ڪري ان کي بهتر بڻائي سگهجن ٿيون، بيٽري کي بهتر بڻائي ٿي. چين جي جيانگ يونيورسٽي آف ٽيڪنالاجي جي ڪاليج آف ميٽيريلز سائنس اينڊ انجنيئرنگ جي محققن جي هن ٽيم پنهنجي پوئين تحقيق تي تعمير ڪيو آهي جتي انهن ميگنيشيم بوريٽ نانووائرز ٺاهيا آهن جيڪي سٺي ميڪيڪل ملڪيت ۽ چالکائي جو مظاهرو ڪن ٿا. موجوده مطالعي ۾ انهن جانچ ڪئي ته ڇا اهو بيٽرين لاءِ به صحيح هوندو جڏهن اهڙين نانووائرز کي سالڊ اسٽيٽ پوليمر اليڪٽرولائٽ ۾ شامل ڪيو ويندو آهي. سالڊ اسٽيٽ اليڪٽرولائٽ کي 5، 10، 15 ۽ 20 وزن ميگنيشيم بوريٽ نانووائرز سان ملايو ويو. اهو ڏٺو ويو ته نانووائرز سالڊ اسٽيٽ پوليمر اليڪٽرولائٽ جي چالکائي کي وڌايو جنهن بيٽرين کي نانووائرز کان سواءِ اڳ جي مقابلي ۾ وڌيڪ مضبوط ۽ لچڪدار بڻايو. چالکائي ۾ هي اضافو اليڪٽرولائٽ مان گذرڻ ۽ منتقل ٿيندڙ آئنن جي تعداد ۾ واڌ ۽ تمام تيز شرح سان ٿيو. سڄو سيٽ اپ بيٽري وانگر هو پر شامل ٿيل نانووائرز سان. اهو عام بيٽرين جي مقابلي ۾ ڪارڪردگي جي اعلي شرح ۽ وڌندڙ چڪر ڏيکاري ٿو. سوزش جي هڪ اهم ٽيسٽ پڻ ڪئي وئي ۽ اهو ڏٺو ويو ته بيٽري نه سڙي. اڄ جي وڏي پيماني تي استعمال ٿيندڙ پورٽيبل ايپليڪيشنن جهڙوڪ موبائل فون ۽ ليپ ٽاپ کي وڌ ۾ وڌ ۽ سڀ کان وڌيڪ ڪمپيڪٽ ذخيرو ٿيل توانائي سان اپ گريڊ ڪرڻ جي ضرورت آهي. اهو واضح طور تي تشدد واري خارج ٿيڻ جو خطرو وڌائي ٿو ۽ اهو اهڙن ڊوائيسز لاءِ منظم آهي ڇاڪاڻ ته بيٽرين جي ننڍڙي فارميٽ جي ضرورت آهي. پر جيئن ته بيٽرين جي وڏي ايپليڪيشنن کي ڊزائين ۽ آزمايو ويندو آهي، حفاظت، استحڪام ۽ طاقت کي تمام گهڻي اهميت حاصل آهي.
***
ذريعو
شينگ او ۽ ٻيا. 2018. Mg2B2O5 نانوائر فعال ملٽي فنڪشنل سالڊ اسٽيٽ اليڪٽرولائٽس اعليٰ آئنڪ چالکائي، بهترين ميڪيڪل خاصيتون، ۽ شعلا-ريٽارڊنٽ ڪارڪردگي سان. نانو ليٽرز. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
***
