18 सेकंड में फुल चार्ज? ! अब घर छोड़ने और बैटरी खत्म होने की चिंता नहीं...

ऊर्जा स्रोत के रूप में बैटरी का उपयोग करने वाले सेल फोन, कंप्यूटर, टैबलेट आदि हमारे जीवन का हिस्सा बन गए हैं, और अधिक से अधिक लोग "बिजली की चिंता" से पीड़ित होने लगे हैं, साथ ही, नई ऊर्जा वाहनों की लोकप्रियता में तेजी आई है लोगों के लिए लंबी बैटरियों को तेजी से चार्ज करना कठिन हो गया! बैटरी को थोड़ा तेज चार्ज करें! यह सभी की सामान्य इच्छा बन गई।

वह इच्छा जल्द ही पूरी हो सकती है। हाल ही में, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन विकिरण प्रयोगशाला के प्रोफेसर सोंग ली की टीम ने तेजी से चार्जिंग क्षमता वाली एक बैटरी विकसित की है।

 

आज हम इसी शोध के बारे में विस्तार से बात करने जा रहे हैं।

 

लिथियम-आयन बैटरी एक व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त ऊर्जा भंडारण उपकरण है। उच्च ऊर्जा घनत्व और व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज के फायदे के साथ, लिथियम-आयन बैटरियों ने अधिकांश वाणिज्यिक बैटरियों पर कब्जा कर लिया है। हालाँकि, उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट से मानव शरीर को एक निश्चित नुकसान होता है, और लिथियम संसाधनों की कमी से भविष्य में बैटरी बाजार की कमी हो जाएगी।

 

ऊर्जा भंडारण क्षेत्र में एक नई प्रतिभा के रूप में जिंक-आयन बैटरी में न केवल उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व है, बल्कि इसमें गैर विषैले जल इलेक्ट्रोलाइट भी है, जो सुरक्षित और कुशल उत्पादन और अनुप्रयोग सुनिश्चित करता है। इसके अलावा, सस्ते और प्रचुर मात्रा में जस्ता संसाधन भी बैटरी के उपयोग की लागत को काफी कम कर देते हैं, भविष्य में लिथियम-आयन बैटरी के लिए संभावित प्रतिस्थापन बनने की उम्मीद है।

भले ही सामग्रियों के उपयोग में कई अंतर हैं, चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया में जिंक-आयन बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी की कार्यशील स्थिति बहुत समान है।

 

बैटरी की कैथोड सामग्री अक्सर परतदार होती है: बैटरी की डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन (या जिंक आयन) भंडारण के लिए कैथोड सामग्री की परत में एम्बेडेड होंगे; बैटरी की चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन (या जिंक आयन) सकारात्मक सामग्री परत से निकल जाएंगे और नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर लौट आएंगे।

सामान्य तौर पर, बैटरी का कार्य सिद्धांत आयन प्रवासन और इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की एक प्रक्रिया है।

तेज़ बैटरी चार्जिंग का सिद्धांत

तो इस वैज्ञानिक शोध में, फास्ट चार्जिंग बैटरी कैसे हासिल की जाती है?

 

1. आयन परिवहन चैनलों का विस्तार करें

 

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, जिंक-आयन बैटरियों की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया निरंतर आयन प्रवास की एक प्रक्रिया है। यदि आप कम समय में यथासंभव अधिक बैटरी क्षमता संग्रहीत करना चाहते हैं, तो आपको जिंक आयनों के लिए एक बड़ा भंडारण स्थान बनाना होगा।

 

सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने समायोज्य स्थानिक संरचना के साथ स्तरित वैनेडियम पेंटोक्साइड सामग्री पर ध्यान केंद्रित किया। स्तरित वैनेडियम पेंटोक्साइड सामग्री को इस तरह संरचित किया गया है जैसे कि इसे कई समानांतर प्लेटों द्वारा व्यवस्थित किया गया हो। स्तरित कैथोड सामग्री की परत रिक्ति को बढ़ाने के लिए, बड़े अमोनियम आयनों को पूर्व-अंतर्संबंधित किया जा सकता है। इसका मतलब है कि परत के अंतर को बढ़ाने के लिए इन परतों के बीच पहले से ही कुछ खंभे जोड़ दिए जाएं।

 

अमोनियम आयनों के समर्थन से, जिंक आयन अधिक आसानी से सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में स्थानांतरित हो सकते हैं, और बड़ा इंटरलेयर स्थान बैटरी की ऊर्जा भंडारण क्षमता में भी प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है।

 

 

2. कक्षीय व्यवसाय को समायोजित करने से लेकर इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण में तेजी लाने तक

यह जानना महत्वपूर्ण है कि बैटरी की ऊर्जा भंडारण प्रक्रिया का आयन प्रवासन और इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण से गहरा संबंध है। जब जिंक आयन भंडारण के लिए कैथोड सामग्री परत में प्रवेश करते हैं, तो समग्र चार्ज संतुलन बनाए रखने के लिए कुछ इलेक्ट्रॉनों को कैथोड सामग्री में भी स्थानांतरित किया जाएगा। इसलिए, स्तरित सामग्रियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर अंतर्संबंधित आयनों के प्रभाव का अध्ययन करना भी बहुत महत्वपूर्ण है।

 

हालाँकि, पारंपरिक परीक्षण विधियों से सामग्रियों की आंतरिक परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं का स्पष्ट रूप से पता लगाना मुश्किल है। इसलिए, पता लगाने के लिए अधिक उन्नत सिंक्रोट्रॉन विकिरण लक्षण वर्णन तकनीकों की आवश्यकता है। सीधे शब्दों में कहें तो, सिंक्रोट्रॉन विकिरण तकनीक को "सुपर माइक्रोस्कोप" के उन्नत संस्करण के रूप में समझा जा सकता है, जो पदार्थ की आंतरिक संरचना को देखने के लिए इसकी उच्च चमक और विस्तृत बैंड विशेषताओं का उपयोग करता है।

इस तकनीक का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने परतों के बीच अमोनियम आयन स्तंभों के प्रवेश और चार्ज और डिस्चार्ज की प्रक्रिया के प्रतिवर्ती विकास के बाद वैनेडियम पेंटाऑक्साइड सामग्री में परमाणु कक्षीय कब्जे के परिवर्तनों की जांच की।

 

यहां हम सबसे पहले इलेक्ट्रॉनिक संरचना की मूल अवधारणा का परिचय देते हैं।

 

अतिरिक्त परमाणु इलेक्ट्रॉन वाले तत्वों के लिए, उनके इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित नहीं होते हैं, बल्कि कक्षाओं में व्यवस्थित होते हैं। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन हमेशा सबसे पहले निचली ऊर्जा कक्षाओं पर कब्जा करते हैं, यानी केंद्र में नाभिक, अंदर से बाहर की ओर व्यवस्थित होते हैं।

 

वैनेडियम के लिए, इसकी वैलेंस इलेक्ट्रॉन व्यवस्था नीचे दिखाई गई है, बाहरी परत में पांच वैलेंस इलेक्ट्रॉन हैं। वैनेडियम पेंटोक्साइड में, सभी पांच इलेक्ट्रॉनों का उपयोग ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ बंधन के लिए किया जाता है। इस बिंदु पर, वैनेडियम का 3डी कक्षक खाली कक्षक है जिस पर इलेक्ट्रॉन नहीं रहते हैं।

 

 

3. क्रिस्टल संरचना और इलेक्ट्रॉनिक संरचना का दोहरा विनियमन तेज़ चार्जिंग और स्थिर चक्र को वास्तविकता में लाता है

इस नई कैथोड सामग्री का उपयोग करते समय, zn-आयन बैटरी 200C के वर्तमान घनत्व पर 101mAh/g की क्षमता प्राप्त करती है, और चार्ज में केवल 18 सेकंड लगते हैं। साथ ही, जल इलेक्ट्रोलाइट परिसंचरण प्रक्रिया की सुरक्षा भी सुनिश्चित करता है और पर्यावरण में प्रदूषण को कम करता है।

 

इस पेपर में, परत सामग्री की परत रिक्ति और कक्षीय व्यवसाय स्थिति को सामग्री की क्रिस्टल संरचना और इलेक्ट्रॉनिक संरचना से डिजाइन और विनियमित किया जाता है। साथ ही, उन्नत सिंक्रोट्रॉन विकिरण लक्षण वर्णन साधनों के साथ मिलकर, सामग्री संरचना का विकास अधिक सहज और स्पष्ट है, ताकि तेजी से चार्जिंग विशेषताओं के साथ सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री संभव हो सके।

 

शायद निकट भविष्य में, ऐसी सामग्रियों का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों और यहां तक ​​कि सार्वजनिक परिवहन में भी किया जा सकता है। चार्जिंग समय में उल्लेखनीय कमी लोगों के जीवन को अधिक कुशल और सुविधाजनक बना सकती है; सुरक्षित और स्वच्छ बैटरी सामग्री भी पर्यावरण पर बोझ को कम कर सकती है। यकीन मानिए तकनीक वह दिन दूर नहीं बनाएगी।