మనం ప్రతిరోజూ ఉపయోగించే బ్యాటరీలను మరింత స్థితిస్థాపకంగా, శక్తివంతంగా మరియు సురక్షితంగా ఉండేలా తయారు చేసే మార్గాన్ని అధ్యయనం కనుగొంది.
సంవత్సరం 2018 మరియు మన దైనందిన జీవితాలు ఇప్పుడు వివిధ గాడ్జెట్‌ల ద్వారా రన్ అవుతున్నాయి విద్యుత్ లేదా బ్యాటరీలపై. బ్యాటరీతో పనిచేసే గాడ్జెట్‌లు మరియు పరికరాలపై మా ఆధారపడటం అసాధారణంగా పెరుగుతోంది. ఎ బ్యాటరీ విద్యుత్తుగా మార్చబడే రసాయన శక్తిని నిల్వ చేసే పరికరం. బ్యాటరీలు మినీ కెమికల్ రియాక్టర్‌లు, ఇవి బాహ్య పరికరం ద్వారా ప్రవహించే ఎలక్ట్రాన్ల పూర్తి శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే ప్రతిచర్యను కలిగి ఉంటాయి. దాని సెల్ ఫోన్‌లు లేదా ల్యాప్‌టాప్‌లు లేదా ఇతర ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు అయినా, బ్యాటరీలు - సాధారణంగా లిథియం-అయాన్ - ఈ సాంకేతికతలకు ప్రధాన శక్తి వనరు. సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందుతున్నందున, మరింత కాంపాక్ట్, అధిక సామర్థ్యం మరియు సురక్షితమైన పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలకు నిరంతరం డిమాండ్ ఉంది.
బ్యాటరీలకు సుదీర్ఘమైన మరియు అద్భుతమైన చరిత్ర ఉంది. అమెరికన్ శాస్త్రవేత్త బెంజమిన్ ఫ్రాంక్లిన్ 1749లో అనుసంధానించబడిన కెపాసిటర్ల సమితిని ఉపయోగించి విద్యుత్తో ప్రయోగాలు చేస్తున్నప్పుడు "బ్యాటరీ" అనే పదాన్ని మొదట ఉపయోగించారు. ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అలెశాండ్రో వోల్టా 1800లో ఉప్పునీటిలో ముంచిన గుడ్డతో వేరు చేయబడిన రాగి (Cu) మరియు జింక్ (Zn) డిస్క్‌లను అమర్చినప్పుడు మొదటి బ్యాటరీని కనుగొన్నాడు. లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ, అత్యంత శాశ్వతమైన మరియు పురాతనమైన పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలలో ఒకటి 1859లో కనుగొనబడింది మరియు వాహనాల్లో అంతర్గత దహన యంత్రంతో సహా నేటికీ అనేక పరికరాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.
బ్యాటరీలు చాలా ముందుకు వచ్చాయి మరియు నేడు అవి పెద్ద మెగావాట్ పరిమాణాల నుండి అనేక పరిమాణాలలో వస్తున్నాయి, కాబట్టి సిద్ధాంతపరంగా అవి సౌర క్షేత్రాల నుండి శక్తిని నిల్వ చేయగలవు మరియు మినీ నగరాలను వెలిగించగలవు లేదా అవి ఎలక్ట్రానిక్ వాచీలలో ఉపయోగించే వాటి వలె చిన్నవి కావచ్చు. , అద్భుతం కదా. ప్రైమరీ బ్యాటరీ అని పిలవబడే దానిలో, ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేసే ప్రతిచర్య కోలుకోలేనిది మరియు చివరికి దాని రియాక్టెంట్లలో ఒకదానిని వినియోగించినప్పుడు బ్యాటరీ ఫ్లాట్ అవుతుంది లేదా చనిపోతుంది. అత్యంత సాధారణ ప్రాథమిక బ్యాటరీ జింక్-కార్బన్ బ్యాటరీ. ఈ ప్రాథమిక బ్యాటరీలు ఒక పెద్ద సమస్యగా ఉన్నాయి మరియు అటువంటి బ్యాటరీలను పారవేయడాన్ని పరిష్కరించడానికి ఏకైక మార్గం వాటిని తిరిగి ఉపయోగించగల పద్ధతిని కనుగొనడం - అంటే వాటిని రీఛార్జ్ చేయగలిగేలా చేయడం. బ్యాటరీలను కొత్త దానితో భర్తీ చేయడం స్పష్టంగా అసాధ్యమైనది మరియు బ్యాటరీలు మరింతగా మారాయి శక్తివంతమైన మరియు వాటిని భర్తీ చేయడం మరియు వాటిని పారవేయడం చాలా ఖరీదైనదని పేర్కొనడం అసాధ్యం.
నికెల్-కాడ్మియం బ్యాటరీ (NiCd) ఆల్కలీని ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగించిన మొదటి ప్రసిద్ధ పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీ. 1989లో నికెల్-మెటల్ హైడ్రోజన్ బ్యాటరీలు (NiMH) NiCd బ్యాటరీల కంటే ఎక్కువ జీవితాన్ని కలిగి అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. అయినప్పటికీ, వాటికి కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి, ప్రధానంగా అవి అధిక ఛార్జింగ్ మరియు వేడెక్కడం పట్ల చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి, ప్రత్యేకించి వాటి గరిష్ట రేటుకు ఛార్జ్ చేయబడినప్పుడు. అందువల్ల, ఎటువంటి నష్టాన్ని నివారించడానికి వాటిని నెమ్మదిగా మరియు జాగ్రత్తగా ఛార్జ్ చేయాలి మరియు సరళమైన ఛార్జర్‌ల ద్వారా ఛార్జ్ చేయడానికి ఎక్కువ సమయం అవసరం.
1980లో కనుగొనబడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు (LIBలు) వినియోగదారుల్లో సాధారణంగా ఉపయోగించే బ్యాటరీలు. ఎలక్ట్రానిక్ నేడు పరికరాలు. లిథియం తేలికైన మూలకాలలో ఒకటి మరియు ఇది అతిపెద్ద ఎలక్ట్రోకెమికల్ పొటెన్షియల్‌లలో ఒకటి, కాబట్టి ఈ కలయిక బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి అనువైనది. LIB లలో, లిథియం అయాన్లు ఉప్పుతో తయారు చేయబడిన ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా వివిధ ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య కదులుతాయి. సేంద్రీయ ద్రావకాలు (చాలా సాంప్రదాయ LIBలలో). సిద్ధాంతపరంగా, లిథియం మెటల్ చాలా ఎక్కువ సామర్థ్యం కలిగిన అత్యంత విద్యుత్ సానుకూల మెటల్ మరియు బ్యాటరీలకు ఉత్తమమైన ఎంపిక. LIBలు రీఛార్జి చేయడంలో తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన లిథియం అయాన్ లిథియం మెటల్‌గా మారుతుంది. అందువల్ల, LIBలు అన్ని రకాల పోర్టబుల్ పరికరాలలో వాటి సుదీర్ఘ జీవితం మరియు అధిక సామర్థ్యం కారణంగా ఉపయోగించడానికి అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన రీఛార్జ్ చేయగల బ్యాటరీలు. అయినప్పటికీ, ఒక ప్రధాన సమస్య ఏమిటంటే, ఎలక్ట్రోలైట్ తేలికగా ఆవిరైపోతుంది, దీని వలన బ్యాటరీలో షార్ట్-సర్క్యూట్ ఏర్పడుతుంది మరియు ఇది అగ్ని ప్రమాదం కావచ్చు. ఆచరణలో, LIBలు నిజంగా అస్థిరంగా మరియు అసమర్థంగా ఉంటాయి, కాలక్రమేణా లిథియం స్థానీకరణలు ఏకరీతిగా ఉండవు.LIBలు కూడా తక్కువ ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ రేట్లు కలిగి ఉంటాయి మరియు భద్రతాపరమైన సమస్యలు అనేక అధిక శక్తి మరియు అధిక సామర్థ్యం గల యంత్రాలకు, ఉదాహరణకు ఎలక్ట్రిక్ మరియు హైబ్రిడ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు వాటిని ఆచరణీయం చేయలేవు. LIB చాలా అరుదైన సందర్భాలలో మంచి సామర్థ్యం మరియు నిలుపుదల రేట్లను ప్రదర్శిస్తున్నట్లు నివేదించబడింది.
అందువల్ల, బ్యాటరీల ప్రపంచంలో అన్నీ సరిగ్గా లేవు, ఎందుకంటే ఇటీవలి సంవత్సరాలలో చాలా బ్యాటరీలు అసురక్షితమైనవిగా గుర్తించబడ్డాయి, ఎందుకంటే అవి అగ్నికి ఆహుతి అవుతాయి, అవి నమ్మదగనివి మరియు కొన్నిసార్లు అసమర్థమైనవి. ప్రపంచవ్యాప్తంగా శాస్త్రవేత్తలు చిన్నగా, సురక్షితంగా పునర్వినియోగపరచదగిన, తేలికైన, మరింత స్థితిస్థాపకంగా మరియు అదే సమయంలో మరింత శక్తివంతంగా ఉండే బ్యాటరీలను నిర్మించాలనే తపనతో ఉన్నారు. అందువల్ల, సంభావ్య ప్రత్యామ్నాయంగా ఘన-స్థితి ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై దృష్టి సారించింది. దీన్ని లక్ష్య ఎంపికలుగా ఉంచడం శాస్త్రవేత్తలచే ప్రయత్నించబడింది, అయితే చాలా అధ్యయనాలకు స్థిరత్వం మరియు స్కేలబిలిటీ అడ్డంకిగా ఉన్నాయి. పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు ప్రధాన సామర్థ్యాన్ని చూపించాయి ఎందుకంటే అవి స్థిరంగా ఉండటమే కాకుండా అనువైనవి మరియు చవకైనవి కూడా. దురదృష్టవశాత్తు, అటువంటి పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్స్‌తో ప్రధాన సమస్య వాటి పేలవమైన వాహకత మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు.
ACSలో ప్రచురించబడిన ఇటీవలి అధ్యయనంలో నానో లెటర్స్, పరిశోధకులు బ్యాటరీ యొక్క భద్రత మరియు అనేక ఇతర లక్షణాలను దానికి నానోవైర్లను జోడించడం ద్వారా మెరుగుపరచవచ్చని చూపించారు, బ్యాటరీని మేలైనదిగా చేస్తుంది. చైనాలోని జెజియాంగ్ యూనివర్శిటీ ఆఫ్ టెక్నాలజీకి చెందిన కాలేజ్ ఆఫ్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజినీరింగ్‌కు చెందిన ఈ పరిశోధకుల బృందం వారు మెగ్నీషియం బోరేట్ నానోవైర్లను తయారు చేసిన వారి మునుపటి పరిశోధనలను రూపొందించారు, ఇవి మంచి యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు వాహకతను ప్రదర్శించాయి. ప్రస్తుత అధ్యయనంలో బ్యాటరీల విషయంలో కూడా ఇది నిజమేనా అని వారు తనిఖీ చేశారు నానోవైర్లు ఘన-స్థితి పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌కు జోడించబడతాయి. సాలిడ్-స్టేట్ ఎలక్ట్రోలైట్ 5, 10, 15 మరియు 20 బరువున్న మెగ్నీషియం బోరేట్ నానోవైర్‌లతో కలపబడింది. నానోవైర్లు సాలిడ్-స్టేట్ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతను పెంచినట్లు కనిపించింది, ఇది నానోవైర్లు లేకుండా మునుపటితో పోల్చినప్పుడు బ్యాటరీలను మరింత దృఢంగా మరియు స్థితిస్థాపకంగా మార్చింది. వాహకతలో ఈ పెరుగుదల ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ప్రయాణిస్తున్న మరియు కదులుతున్న అయాన్ల సంఖ్య పెరుగుదల మరియు చాలా వేగవంతమైన వేగంతో ఏర్పడింది. మొత్తం సెటప్ బ్యాటరీ లాగా ఉంది కానీ నానోవైర్లు జోడించబడ్డాయి. ఇది సాధారణ బ్యాటరీలతో పోలిస్తే పనితీరు యొక్క అధిక రేటు మరియు పెరిగిన చక్రాలను చూపించింది. మంటకు సంబంధించిన ముఖ్యమైన పరీక్ష కూడా నిర్వహించబడింది మరియు బ్యాటరీ కాలిపోలేదని గమనించబడింది. మొబైల్ ఫోన్‌లు మరియు ల్యాప్‌టాప్‌ల వంటి నేడు విస్తృతంగా ఉపయోగించే పోర్టబుల్ అప్లికేషన్లు గరిష్టంగా మరియు అత్యంత కాంపాక్ట్ నిల్వ చేయబడిన శక్తితో అప్‌గ్రేడ్ చేయబడాలి. ఇది స్పష్టంగా హింసాత్మక ఉత్సర్గ ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది మరియు అవసరమైన బ్యాటరీల యొక్క చిన్న ఆకృతి కారణంగా అటువంటి పరికరాలకు ఇది నిర్వహించబడుతుంది. కానీ బ్యాటరీల యొక్క పెద్ద అప్లికేషన్లు రూపకల్పన మరియు ప్రయత్నించినందున, భద్రత, మన్నిక మరియు శక్తి అత్యంత ప్రాముఖ్యతను సంతరించుకుంటాయి.
***
{ఉదహరించబడిన మూలం(ల) జాబితాలో దిగువ ఇవ్వబడిన DOI లింక్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా మీరు అసలు పరిశోధనా పత్రాన్ని చదవవచ్చు}
మూల (లు)
షెంగ్ ఓ మరియు ఇతరులు. 2018. Mg2B2O5 నానోవైర్ అధిక అయానిక్ కండక్టివిటీ, అద్భుతమైన మెకానికల్ లక్షణాలు మరియు ఫ్లేమ్-రిటార్డెంట్ పనితీరుతో మల్టీఫంక్షనల్ సాలిడ్-స్టేట్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ప్రారంభించింది. నానో లెటర్స్. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
