ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రిక్ వాహనం ఛార్జింగ్ సమయాన్ని కొన్ని నిమిషాలు మాత్రమే చేస్తుంది

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Umhlinzeki Wesiteshi Samandla Esiphathekayo

మూడు వేర్వేరు ఎలక్ట్రోడ్ మందాలను కలిగి ఉన్న ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీలో చూపిన విధంగా సూపర్ కెపాసిటర్లు మరియు బ్యాటరీలను పోల్చండి, రెండూ అధిక శక్తి సాంద్రతలు మరియు అధిక శక్తి సాంద్రత. మూలం: అమెరికన్ కెమిస్ట్రీ సొసైటీ ఎక్కడ ఉంది, ఇది బ్యాటరీ టెక్నాలజీలో ఒక పురోగతి లాంటిది, కానీ అది బ్యాటరీ కాదు. నానోటెకిన్‌స్ట్రుమెంట్స్, ఇంక్.

మరియు దాని అనుబంధ సంస్థలు, ఆంగ్‌స్ట్రోన్‌మెటీరియల్స్, ఇంక్. ఓహ్టన్ యొక్క, అభివృద్ధి చేయబడిన కొత్త స్పెసిఫికేషన్, శక్తి నిల్వ పరికరాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగిస్తారు, ఎలక్ట్రోడ్‌లోని పెద్ద సంఖ్యలో లిథియం అయాన్ల వేగవంతమైన షటిల్ ఆధారంగా, ఈ ఎలక్ట్రోడ్ పెద్ద గ్రాఫేన్ ఉపరితలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ శక్తి నిల్వ పరికరం ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు చాలా ఉపయోగకరంగా నిరూపించబడుతుంది, ఇది ఛార్జింగ్ సమయాన్ని తగ్గిస్తుంది, ఇది గంటల నుండి ఒక నిమిషం కంటే తక్కువ నుండి తగ్గించబడుతుంది.

ఇతర అనువర్తనాల్లో పునరుత్పాదక శక్తి నిల్వ (ఉదా., నిల్వ సౌర మరియు పవన శక్తి) మరియు స్మార్ట్ గ్రిడ్‌లు ఉండవచ్చు. ఈ కొత్త పరికరం గ్రాఫేన్ ఉపరితల పనితీరు కోసం లిథియం అయాన్ మార్పిడి బ్యాటరీ అని లేదా మరింత సరళంగా చెప్పాలంటే, ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ (SMCS: ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ కణాలు) అని పరిశోధకులు తెలిపారు. ప్రస్తుత పరికరాలు తెరవని పదార్థాలు మరియు నిర్మాణాలను ఉపయోగిస్తున్నప్పటికీ, అవి ఇప్పటికే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు మరియు సూపర్ కెపాసిటర్లను అధిగమించగలవు.

ఈ కొత్త పరికరం కిలోవాట్ బ్యాటరీకి 100 కిలోవాట్లను సరఫరా చేయగలదు, ఇది వాణిజ్య లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే 100 రెట్లు ఎక్కువ, సూపర్ కెపాసిటర్ కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువ. విద్యుత్ సాంద్రత ఎక్కువగా ఉంటే, శక్తి బదిలీ వేగం అంత వేగంగా ఉంటుంది (దీని ఫలితంగా వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ వేగం ఉండవచ్చు). అదనంగా, ఈ కొత్త బ్యాటరీ కిలోగ్రాము బ్యాటరీకి 160 వాట్ల శక్తి సాంద్రతను నిల్వ చేయగలదు, ఇది వాణిజ్యీకరించబడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీతో పోల్చదగినది, ఇది సాంప్రదాయ సూపర్ కెపాసిటర్ కంటే 30 రెట్లు ఎక్కువ.

శక్తి సాంద్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఎక్కువ శక్తిని నిల్వ చేయవచ్చు, ఎక్కువ శక్తి నిల్వ చేయబడుతుంది (ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల డ్రైవింగ్ మైలేజీతో). ఒకే రకమైన పరికరాల బరువు ఉంటే, ప్రస్తుత ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు ఉపయోగించవచ్చు మరియు నానో ఇన్‌స్ట్రుమెంట్ మరియు యాంజర్‌స్ట్రాన్ మెటీరియల్స్ కంపెనీ వ్యవస్థాపకుడు జియాంగ్ బాజ్ (బోర్జ్.జాంగ్) మా ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ ప్రస్తుత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీని పోలి ఉంటుందని, శక్తి సాంద్రతను మరింత పెంచుతుందని, కాబట్టి ఇది ప్రయాణ ప్రణాళికను కూడా మెరుగుపరుస్తుందని చెప్పబడింది.

అయితే, సూత్రప్రాయంగా, ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీలను గంటల్లో కాకుండా కొన్ని నిమిషాల్లో (ఒక నిమిషం కంటే తక్కువ ఉండకపోవచ్చు) ఛార్జ్ చేయవచ్చు, ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల్లో ఉపయోగించే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ లాగానే. జియాంగ్ బౌల్డ్జ్ మరియు నానోటెక్నాలజీ ఇన్స్ట్రుమెంట్ కో., లిమిటెడ్‌లో అతని భాగస్వామి.

మరియు ఆంగర్‌స్మియా మెటీరియల్ కంపెనీ ఈ అధ్యయనాన్ని ప్రచురించాయి, ఇది తదుపరి తరం శక్తి నిల్వ పరికరాల అధ్యయనం, ఇది ఇటీవలి "నానో ఎక్స్‌ప్రెస్" (నానోలెటర్స్)లో ప్రచురించబడింది. రెండు కంపెనీలు నానో మెటీరియల్స్ వాణిజ్యీకరణలో ప్రత్యేకత కలిగి ఉన్నాయి, యాంగర్‌స్ట్రాంగ్ ప్రపంచంలోనే అతిపెద్ద నానో-గ్రానైట్ (NGPS: నానోగ్రాఫీన్ ప్లేట్‌లెట్స్) తయారీదారు. పరిశోధకులు తమ పరిశోధనలో వివరించినట్లుగానే, శక్తి నిల్వ, బ్యాటరీలు మరియు సూపర్ కెపాసిటర్లలో వారి స్వంత బలాలు మరియు బలహీనతలు ఉన్నాయి.

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత (120-150 వాట్ / కిలోలు) సూపర్ కెపాసిటర్ (5 వాట్ / కిలోలు) కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, ఈ బ్యాటరీ తక్కువ శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది (1 kW / కిలోల బ్యాటరీ), 10 kW / కిలోల బ్యాటరీని పోల్చండి). లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క శక్తి సాంద్రతను జోడించడానికి, సూపర్ కెపాసిటర్ యొక్క శక్తి సాంద్రతను మెరుగుపరచడానికి అనేక పరిశోధన బృందాలు ప్రయత్నాలు చేశాయి, అయితే ఈ రెండు ప్రాంతాలు ఇప్పటికీ ప్రధాన సవాళ్లను కలిగి ఉన్నాయి. కొత్త ఫ్రేమ్‌వర్క్ సరఫరా చేయబడినందున, దీనిని శక్తి నిల్వ పరికరాల కోసం ఉపయోగించవచ్చు, కాబట్టి ఈ ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ పరిశోధకులు ఈ సవాళ్లను దాటవేయడానికి అనుమతిస్తుంది.

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ మరియు సూపర్ కెపాసిటర్ పనితీరు మధ్య అంతరాన్ని తగ్గించే ఈ కొత్త శక్తి నిల్వ పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేయండి మరియు జియాంగ్ బాజ్ చెప్పారు. మరీ ముఖ్యంగా, శక్తి నిల్వ పరికరాల తయారీకి ఇది ప్రాథమికంగా కొత్త ఫ్రేమ్‌వర్క్, ఇది పరిశోధకులు ఒకదానికొకటి త్యాగం చేయకుండా అధిక శక్తి సాంద్రతను సాధించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది, అంతేకాకుండా అధిక శక్తి సాంద్రతను కూడా సాధిస్తుంది. ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోడ్ పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా పెద్ద మొత్తంలో అయాన్లు త్వరగా షటిల్ అవుతాయి, వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ సమయాన్ని తెస్తాయి.

మూలం: అమెరికన్ కెమిస్ట్రీ యొక్క ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ పనితీరుకు కీలకం, కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ చాలా పెద్ద గ్రాఫేన్ ఉపరితలాన్ని కలిగి ఉంటాయి. బ్యాటరీలను తయారు చేసేటప్పుడు, పరిశోధకులు లిథియం లోహాన్ని (కణాలు లేదా లోహపు రేకు రూపంలో) ఆనోడ్‌లో ఉంచుతారు. మొదటి ఉత్సర్గ చక్రంలో, లిథియం అయనీకరణం చెందుతుంది, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలో కంటే లిథియం అయాన్ల సంఖ్య ఎక్కువగా తీసుకురాబడుతుంది.

బ్యాటరీని ఉపయోగించినప్పుడు, ఈ అయాన్లు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా కాథోడ్‌కు వలసపోతాయి, కాథోడ్ యొక్క రంధ్రాలలోకి వెళ్లి కాథోడ్‌లోని పెద్ద గ్రాఫేన్ ఉపరితలాన్ని చేరుకుంటాయి. ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో, పెద్ద మొత్తంలో లిథియం అయాన్ ఫ్లక్స్ కాథోడ్ నుండి ఆనోడ్‌కు త్వరగా వలసపోతుంది. చాలా పెద్ద ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితల వైశాల్యం, తద్వారా పెద్ద మొత్తంలో అయాన్లు త్వరగా షటిల్ అవుతాయి, అధిక శక్తి మరియు శక్తి సాంద్రత.

పోరస్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితలం (బ్యాటరీలోని బ్యాటరీ లాగా బ్లాక్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో కాకుండా) ఎక్కువ సమయం తీసుకునే చొప్పించే ప్రక్రియను తీసుకోదని పరిశోధకులు వివరించారు. ఈ ప్రక్రియలో, ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య లిథియం అయాన్లను చొప్పించాలి, ఇది బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ సమయంలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో, పరిశోధకులు వివిధ రకాల గ్రాఫైట్‌లను పెద్ద సంఖ్యలో ఉపయోగించినప్పటికీ, వివిధ రకాల గ్రాఫేన్‌లను (ఆక్సిడైజ్డ్, రెడ్యూస్డ్ సింగిల్-లేయర్ మరియు మల్టీ-లేయర్ గ్రాఫేన్) తయారు చేశారు, అయితే ఈ పరికరాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి ఈ పదార్థాలు మరియు కాన్ఫిగరేషన్‌లను మరింత విశ్లేషించారు.

ఒక వైపు, పరిశోధకులు ఈ బ్యాటరీ యొక్క చక్ర జీవితాన్ని మరింత అధ్యయనం చేయాలని యోచిస్తున్నారు. ఇప్పటివరకు, ఈ పరికరాలు 1000 చక్రాల తర్వాత 95% సామర్థ్యాన్ని నిలుపుకోగలవని వారు కనుగొన్నారు, 2000 చక్రాల తర్వాత కూడా, డెండ్రైట్ యొక్క సూచనలు ఇప్పటికీ లేవు. పరికరాల పనితీరుకు సంబంధించి విభిన్న లిథియం నిల్వ విధానాలను కూడా పరిశోధకులు చర్చించాలని యోచిస్తున్నారు.

ఉపరితల-మధ్యవర్తిత్వ బ్యాటరీ సాంకేతికత యొక్క వాణిజ్యీకరణకు పెద్ద అడ్డంకులు ఉండవని మేము అంచనా వేస్తున్నాము, అని జియాంగ్ బాజ్ అన్నారు. ప్రస్తుత గ్రాఫేన్ అధిక ధరకు అమ్ముడవుతున్నప్పటికీ, యాంజర్‌స్ట్రాన్ మెటీరియల్స్ కంపెనీ గ్రాఫేన్ ఉత్పత్తి బలాన్ని చురుకుగా విస్తరిస్తోంది. రాబోయే 1-3 సంవత్సరాలలో, గ్రాఫైట్ ఉత్పత్తి వ్యయం గణనీయంగా తగ్గుతుందని భావిస్తున్నారు.