ઝડપી અને લાંબા સમય સુધી ચાલતી નેક્સ્ટ જનરેશન બેટરીના વિકાસને માર્ગદર્શન આપવા માટેની તકનીક

નવીનીકરણીય ઉર્જા ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરની સ્થાપના માટે સ્વચ્છ અને કાર્યક્ષમ ઊર્જા સંગ્રહ તકનીકો આવશ્યક છે.લિથિયમ-આયન બેટરીઓ પહેલેથી જ વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને વિશ્વસનીય ગ્રીડ-લેવલ સ્ટોરેજ અને ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે આશાસ્પદ ઉમેદવારો છે.જો કે, તેમના ચાર્જિંગ દરો અને ઉપયોગી જીવનકાળને સુધારવા માટે વધુ વિકાસની જરૂર છે.

આવી ઝડપી-ચાર્જિંગ અને લાંબા સમય સુધી ચાલતી બેટરીના વિકાસમાં મદદ કરવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ બેટરીની કામગીરીની મર્યાદાઓને ઓળખવા માટે, ઓપરેટિંગ બેટરીની અંદર થતી પ્રક્રિયાઓને સમજવામાં સક્ષમ બનવાની જરૂર છે.હાલમાં, સક્રિય બેટરી સામગ્રીને તેઓ કામ કરે છે તે રીતે વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવા માટે અત્યાધુનિક સિંક્રોટ્રોન એક્સ-રે અથવા ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી તકનીકોની જરૂર પડે છે, જે મુશ્કેલ અને ખર્ચાળ હોઈ શકે છે, અને ઘણી વખત ઝડપી-ચાર્જિંગ ઈલેક્ટ્રોડ સામગ્રીમાં થતા ઝડપી ફેરફારોને કેપ્ચર કરવા માટે પૂરતી ઝડપથી ઈમેજ કરી શકતી નથી.પરિણામે, વ્યક્તિગત સક્રિય કણોની લંબાઈ-સ્કેલ અને વ્યાપારી-સંબંધિત ઝડપી-ચાર્જિંગ દરો પર આયન ગતિશીલતા મોટાભાગે અન્વેષિત રહે છે.

કેમ્બ્રિજ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ લિથિયમ-આયન બેટરીનો અભ્યાસ કરવા માટે ઓછી કિંમતની લેબ-આધારિત ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી તકનીક વિકસાવીને આ સમસ્યાને દૂર કરી છે.તેઓએ Nb14W3O44 ના વ્યક્તિગત કણોની તપાસ કરી, જે આજની તારીખમાં સૌથી ઝડપી ચાર્જિંગ એનોડ સામગ્રીઓમાંની એક છે.દૃશ્યમાન પ્રકાશને નાની કાચની બારી દ્વારા બેટરીમાં મોકલવામાં આવે છે, જે સંશોધકોને સક્રિય કણોની અંદર ગતિશીલ પ્રક્રિયાને વાસ્તવિક સમયમાં, વાસ્તવિક બિન-સંતુલન પરિસ્થિતિઓમાં જોવાની મંજૂરી આપે છે.આનાથી ફ્રન્ટ-જેવા લિથિયમ-સાંદ્રતા ગ્રેડિએન્ટ્સ વ્યક્તિગત સક્રિય કણોમાંથી પસાર થાય છે, પરિણામે આંતરિક તાણ થાય છે જેના કારણે કેટલાક કણો અસ્થિભંગ થાય છે.પાર્ટિકલ ફ્રેક્ચર એ બેટરી માટે એક સમસ્યા છે, કારણ કે તે ટુકડાઓના વિદ્યુત જોડાણને પરિણમી શકે છે, બેટરીની સંગ્રહ ક્ષમતા ઘટાડે છે.કેમ્બ્રિજની કેવેન્ડિશ લેબોરેટરીના સહ-લેખક ડૉ. ક્રિસ્ટોફ શ્નેડરમેન કહે છે, "આવી સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાઓ બેટરી માટે ગંભીર અસરો ધરાવે છે, પરંતુ તે હવે પહેલાં ક્યારેય વાસ્તવિક સમયમાં જોવા મળી શકી નથી."

ઓપ્ટિકલ માઈક્રોસ્કોપી ટેકનીકની ઉચ્ચ થ્રુપુટ ક્ષમતાઓએ સંશોધકોને કણોની મોટી વસ્તીનું વિશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ બનાવ્યું, જે દર્શાવે છે કે કણોમાં તિરાડ વધુ પ્રમાણમાં ડેલિથિએશન અને લાંબા કણોમાં વધુ સામાન્ય છે.કેમ્બ્રિજની કેવેન્ડિશ લેબોરેટરી અને કેમિસ્ટ્રી ડિપાર્ટમેન્ટમાં પીએચડી ઉમેદવાર, પ્રથમ લેખક એલિસ મેરીવેધર કહે છે, "આ તારણો આ વર્ગની સામગ્રીમાં કણોના અસ્થિભંગ અને ક્ષમતાને ઘટાડવા માટે સીધા-લાગુ પડતા ડિઝાઇન સિદ્ધાંતો પૂરા પાડે છે."

આગળ વધવું, પદ્ધતિના મુખ્ય ફાયદાઓ - ઝડપી ડેટા સંપાદન, સિંગલ-પાર્ટીકલ રિઝોલ્યુશન અને ઉચ્ચ થ્રુપુટ ક્ષમતાઓ સહિત - બેટરી નિષ્ફળ જાય ત્યારે શું થાય છે અને તેને કેવી રીતે અટકાવવું તે અંગે વધુ સંશોધનને સક્ષમ કરશે.આ ટેકનિક લગભગ કોઈપણ પ્રકારની બેટરી સામગ્રીનો અભ્યાસ કરવા માટે લાગુ કરી શકાય છે, જે તેને આગામી પેઢીની બેટરીના વિકાસમાં કોયડાનો એક મહત્વપૂર્ણ ભાગ બનાવે છે.