इलेक्ट्रिक वाहने आणि उच्च-शक्तीच्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमधील जलद प्रगतीमुळे अति-जलद चार्ज होणाऱ्या लिथियम-आयन बॅटरींची मागणी वाढत आहे. तथापि, सध्याच्या लिथियम-आयन रिचार्जेबल बॅटरींना जलद चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान तीव्र शक्ती क्षयाचा सामना करावा लागतो आणि त्यामुळे गंभीर बिघाड देखील होऊ शकतो, ज्यामुळे सुरक्षिततेचा धोका वाढतो. हे प्रामुख्याने ॲनोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेसवरील इलेक्ट्रोकेमिकल अस्थिरतेमुळे उद्भवते, ज्यामुळे बॅटरीच्या पृष्ठभागावर हानिकारक धातुरूप लिथियमचा थर जमा होतो आणि थर्मल स्थिरता कमी होते.
अलिकडच्या वर्षांत, अतिरिक्त लिथियम निक्षेपण आणि अस्थिर सॉलिड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) थरांची निर्मिती रोखण्यासाठी उच्च-व्होल्टेज ॲनोड सामग्री अत्यंत आश्वासक पर्याय म्हणून उदयास आली आहे. या सामर्थ्यांव्यतिरिक्त, अत्याधुनिक सामग्री अजूनही असमाधानकारक आयनिक चालकता आणि औष्णिक स्थिरतेमुळे मर्यादित आहे, ज्यामुळे पॉवर आउटपुट आणि दीर्घकालीन विश्वसनीयता कमकुवत होते.
परदेशी माध्यमांच्या वृत्तानुसार, या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, सोल नॅशनल युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी येथील सहयोगी प्राध्यापक डोंगवूक हान यांच्या नेतृत्वाखालील एका संशोधन पथकाने NASICON-प्रकारच्या संरचनेसह एक ऑफ-स्टोइकिओमेट्रिक (OS) लिथियम टायटॅनियम फॉस्फेट ॲनोड मटेरियल विकसित केले आहे. हे मटेरियल त्याच्या अपवादात्मक संरचनात्मक आणि औष्णिक स्थिरतेसाठी सुप्रसिद्ध आहे. ही रचना ॲक्टिव्ह-मटेरियल कणांच्या पृष्ठभागाखाली उत्स्फूर्त फेज ट्रान्सफॉर्मेशन घडवून आणू शकते, ज्यामुळे गतीविषयक मर्यादा तोडून स्थिर जलद-चार्जिंग कार्यक्षमता साध्य करता येते.
संबंधित संशोधनाचे निष्कर्ष 'ॲडव्हान्स्ड फंक्शनल मटेरियल्स' या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले आहेत.
वेगवान आयन वहनासाठी पृष्ठभागाचे मॉड्युलेशन
लिथियम टायटॅनियम फॉस्फेट (LTP) मध्ये सोडियम-सुपर-आयनिक-कंडक्टर (NASICON) प्रकारची संरचना असते, जी उत्कृष्ट संरचनात्मक आणि औष्णिक स्थिरतेसह जलद लिथियम-आयन प्रसार मार्ग प्रदान करते. त्याच्या पूर्ण क्षमतेचा उपयोग करण्यासाठी, संशोधकांनी ऑफ-स्टोइकिओमेट्रिक डिझाइन धोरणाचा अवलंब केला आणि फॉस्फरस (P) व टायटॅनियम (Ti) यांचे गुणोत्तर जाणीवपूर्वक वाढवले. अशा टायटॅनियम-कमतरतेच्या रचनेमुळे LTP कणांच्या पृष्ठभागाजवळ टायटॅनियम फॉस्फेट (TPO) डोमेन्स तयार होतात.
हे TPO-समृद्ध प्रदेश उच्च-कार्यक्षम गतिज वाहिन्या म्हणून काम करतात, ज्यामुळे ॲनोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस ओलांडून लिथियम-आयनच्या वहनासाठी असलेला ऊर्जा अडथळा कमी होतो आणि कणांच्या पृष्ठभागाजवळ जलद आयन-हस्तांतरण मार्ग तयार होतात. याव्यतिरिक्त, TPO संरचनेतील अत्यंत लवचिक P-O-P बंध जलद चार्जिंग चक्रांदरम्यान होणाऱ्या आकारमानातील बदलांशी जुळवून घेण्यासाठी संरचनात्मक लवचिकता प्रदान करतात आणि NASICON-प्रकारच्या संरचनेचे अपरिवर्तनीय नुकसानापासून संरक्षण करतात.
जलद चार्जिंगच्या परिस्थितीतही दमदार कामगिरी
त्यानुसार, वेगवान चार्जिंग क्षमतेचे मूल्यांकन करणाऱ्या महत्त्वाच्या निर्देशकानुसार, रेट-कॅपेबिलिटी चाचण्यांमध्ये, OS-LTP-कार्बन (OS-LTP/C) कंपोझिट ॲनोडने 10C चार्जिंग रेट अंतर्गत त्याच्या सुरुवातीच्या क्षमतेपैकी उल्लेखनीय 86% क्षमता टिकवून ठेवली, तर मूळ LTP/C कंपोझिट ॲनोडच्या क्षमतेत लक्षणीय घट झाली.
हे मटेरियल २५० हून अधिक सायकलनंतरही उत्कृष्ट सायकलिंग स्थिरता देते. फुल-सेल कॉन्फिगरेशनमध्येही त्याचप्रमाणे उत्तम रेट परफॉर्मन्स आणि हाय-व्होल्टेज कॅथोड्ससोबत व्यापक सुसंगतता दिसून येते.
अधिक सुरक्षित बॅटरींच्या दिशेने एक व्यापक मार्ग
“आमची पद्धत जलद-चार्जिंग बॅटरी डिझाइनसाठी एक संपूर्ण नवीन आदर्श निर्माण करते, आणि ती ऑल-सॉलिड-स्टेट बॅटरीसह अनेक भविष्यातील ऊर्जा-साठवण प्रणालींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर लागू केली जाऊ शकते,” असे हान यांनी नमूद केले. “ही डिझाइन रणनीती चार्जिंग वेळ कमी करून, सुरक्षितता सुधारून आणि अक्षय-ऊर्जा पॉवर ग्रिडला आधार देऊन इलेक्ट्रिक वाहनांना अधिक व्यावहारिक बनवू शकते.”
सारांशतः, ही ऑफ-स्टोइकिओमेट्रिक डिझाइन रणनीती रिचार्जेबल बॅटरींसमोरील मुख्य अडथळ्यांपैकी एकावर उपाय करते आणि व्यावसायिक वापरासाठी तयार असलेल्या अल्ट्रा-फास्ट-चार्जिंग ऊर्जा-साठवण तंत्रज्ञानासाठी एक आशादायक दृष्टिकोन सादर करते.
पोस्ट करण्याची वेळ: ०७-ऑगस्ट-२०२६