नये शोध से बढ़ेगी लिथियम-आयन बैटरी की लाइफ और होगी फास्ट चार्जिंग

भारतीय शोधकर्ताओं ने एक नई एनोड सामग्री की खोज की है, जो लिथियम-आयन बैटरी (एलआईबी) की लाइफ और फास्ट चार्जिंग सुनिश्चित करने में मददगार हो सकती है। यह खोज बैटरी-आधारित उपकरणों और इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) को अल्ट्रा-फास्ट गति से चार्ज करने में मदद कर सकती है।

यह अध्ययन भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान (IIT) गांधीनगर के शोधकर्ताओं ने जापान एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (JAIST) के सहयोग से किया था। नई द्वि-आयामी (2डी) एनोड सामग्री को टाइटेनियम डाइबोराइड (TiB2) से प्राप्त नैनो शीट का उपयोग करके विकसित किया गया है, जो सैंडविच के ढेर जैसा दिखता है, जहां धातु के अणु बोरॉन की परतों के बीच मौजूद होते हैं। शोधकर्ताओं ने कहा कि इस नवाचार में प्रयोगशाला से वास्तविक जीवन में अनुवाद की क्षमता है।

एलआईबी में नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में एनोड सामग्री होती है, जो ली-आयन बैटरी सेल में कैथोड सामग्री से जुड़ी होती है। लिथियम-आयन सेल में एनोड सामग्री मेजबान के रूप में कार्य करती है, बैटरी के चार्ज या डिस्चार्ज चक्र के दौरान लिथियम-आयन इंटरकलेशन / डी-इंटरकलेशन को सक्षम करती है।

ग्रेफाइट एनोड के साथ एलआईबी, अत्यधिक ऊर्जा घनत्व वाले, एक इलेक्ट्रिक वाहन को एक बार चार्ज करने पर सैकड़ों किलोमीटर तक चला सकते हैं। हालांकि, सुरक्षा के मोर्चे पर इसकी चुनौतियां हैं क्योंकि वे आग के खतरों से ग्रस्त हैं। लिथियम टाइटेनेट एनोड सुरक्षित और अधिक पसंदीदा विकल्प हैं, और वे फास्ट चार्जिंग की सुविधा भी देते हैं। लेकिन, उनके पास कम ऊर्जा घनत्व है, इसलिए उन्हें अधिक बार रिचार्ज करने की आवश्यकता होगी।

एनोड सामग्री लिथियम-आयन बैटरी में नकारात्मक इलेक्ट्रोड है और लिथियम-आयन बैटरी सेल में कैथोड सामग्री के साथ जोड़ा जाता है। लिथियम-आयन कोशिकाओं में एनोड सामग्री मेजबान के रूप में कार्य करती है, जहां वे चार्ज या डिस्चार्ज चक्र के दौरान लिथियम-आयन इंटरकलेशन/डी-इंटरकलेशन की अनुमति देते हैं।

 

नैनोशीट आधारित एनोड सामग्री द्वारा सक्षम ली-आयन बैटरियों में एक बढ़त होती है क्योंकि वे अल्ट्रा-फास्ट चार्जिंग समय (मिनटों के भीतर पूर्ण चार्ज), लंबे जीवन चक्र (उच्च चार्ज धाराओं पर 10,000 चक्र), और एनोड तैयार करने के लिए उपयोग किए जाने वाले नैनोशीट में उच्च होते हैं। छिद्रों का घनत्व। जबकि नैनोशीट की तलीय प्रकृति और रसायन ली-आयनों को पकड़ने के लिए एक उच्च सतह क्षेत्र प्रदान करते हैं, छिद्र आयनों के बेहतर प्रसार को सक्षम करते हैं।

प्रो कबीर जसुजा (आईआईटीजीएन से) और प्रो नोरियोशी मात्सुमी (जेएआईएसटी) के नेतृत्व में शोध दल ने पाया कि जब टाइटेनियम डाइबोराइड (टीआईबी 2) आधारित पदानुक्रमित नैनोशीट्स (टीएचएनएस) का उपयोग एनोड तैयार करने के लिए किया गया था, तो उसने 174 की निर्वहन क्षमता प्रदर्शित की थी। एमए एच/जी (एक इकाई जो बैटरी की ऊर्जा क्षमता को मापती है) जिसे 10 मिनट के भीतर 1 ए/जी की वर्तमान दर से प्राप्त किया जा सकता है। इंटरवेटेड कार्पेट जैसी संरचना आसानी से नैनोशीट के अंदर और बाहर आवेशों के एक कुशल प्रवास की सुविधा प्रदान करती है, जो लिथियम-आयन प्रसार-संबंधी चुनौती को हल करती है।

 

उन्होंने यह भी पाया कि इस एनोड में उच्च क्षमता प्रतिधारण (ऑपरेशन के 10,000 चक्रों के बाद भी 80% तक) पर काफी डिस्चार्ज क्षमता के साथ अल्ट्रा-फास्ट चार्जिंग क्षमता थी, जिसका अर्थ है कि इस सामग्री से बनी बैटरी लगभग उतनी ही उच्च देगी 10,000 से ज्यादा साइकिल चार्ज करने के बाद भी परफॉर्मेंस। इसके अलावा, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के कारण THNS का कोई क्षरण या क्षरण नहीं हुआ था, सरंध्रता को भी बहुत अच्छी तरह से बनाए रखा जाता है, और यह हजारों चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों पर कम वॉल्यूमेट्रिक विस्तार (40% से कम) के साथ संरचनात्मक स्थिरता प्रदर्शित करता है।

 

अध्ययन के पहले लेखक एमटेक के छात्र आकाश वर्मा कहते हैं, "यह नैनोशीट्स के भीतर एक कालीन जैसी इंटरवेवेड झरझरा संरचना में व्यवस्थित टाइटेनियम और बोरॉन परमाणुओं की उपस्थिति है जो एक कुशल चार्ज परिवहन और भंडारण में मदद कर रहे हैं।" उन्होंने एक वर्ष IITGN में और दूसरा वर्ष JAIST में अपनी डबल मास्टर डिग्री के एक भाग के रूप में बिताया - JAIST और IITGN के बीच एक अद्वितीय सहयोगी कार्यक्रम।

  

प्रोफेसर कबीर जसुजा, डॉ दिनेश ओ शाह चेयर एसोसिएट प्रोफेसर, केमिकल इंजीनियरिंग, IITGN, कहते हैं, “जो बात इस काम को विशेष रूप से उपयोगी बनाती है, वह यह है कि TiB2 नैनोशीट को संश्लेषित करने की विधि स्वाभाविक रूप से स्केलेबल है। इसे केवल तनु हाइड्रोजन पेरोक्साइड के जलीय घोल में TiB2 कणों को मिलाने और इसे फिर से क्रिस्टलीकृत करने की अनुमति देने की आवश्यकता होती है। किसी भी नैनोमटेरियल को मूर्त तकनीक में तब्दील करने के लिए, मापनीयता सीमित कारक है। इन TiB2 नैनोशीट्स को संश्लेषित करने की हमारी विधि के लिए केवल सरगर्मी और किसी परिष्कृत उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे यह अत्यधिक अपनाने योग्य हो जाता है।"

  

यह सहयोगी अध्ययन हाल ही में एसीएस एप्लाइड नैनोमटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित हुआ था। 

(इंडिया साइंस वायर)