سطح کی ثالثی والی بیٹری الیکٹرک گاڑی کو چارج کرنے کا وقت صرف چند منٹ بنا سکتی ہے۔

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ซัพพลายเออร์สถานีพลังงานแบบพกพา

سپر کیپیسیٹرز اور بیٹریوں کا موازنہ کریں، جیسا کہ سطح کی ثالثی والی بیٹری میں دکھایا گیا ہے جس میں تین مختلف الیکٹروڈ موٹائی ہوتی ہے، دونوں ہائی پاور کثافت، اور اعلی توانائی کی کثافت۔ ماخذ: امریکن کیمسٹری سوسائٹی کہاں ہے، یہ بیٹری ٹیکنالوجی میں ایک پیش رفت کی طرح ہے، لیکن یہ بیٹری نہیں ہے۔ Nanotekinstruments, Inc.

اور اس کے ذیلی ادارے، Angstronmaterials, Inc. Ohton کے، نئی تصریح تیار کی گئی ہے، جو توانائی ذخیرہ کرنے کے آلات کو ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے، الیکٹروڈ میں لیتھیم آئنوں کی ایک بڑی تعداد کے تیز رفتار شٹل پر منحصر ہے، اس الیکٹروڈ کی ایک بڑی گرافین سطح ہے۔ یہ توانائی ذخیرہ کرنے والا آلہ الیکٹرک گاڑیوں کے لیے بہت کارآمد ثابت ہو سکتا ہے، جو چارجنگ کے وقت کو گھنٹوں سے ایک منٹ سے بھی کم کر سکتا ہے۔

دیگر ایپلی کیشنز میں قابل تجدید توانائی کا ذخیرہ (مثلاً، شمسی توانائی اور ہوا کی توانائی) اور سمارٹ گرڈز شامل ہو سکتے ہیں۔ محققین نے کہا کہ یہ نیا آلہ گرافین کی سطح کے کام کے لیے ایک لتیم آئن ایکسچینج بیٹری ہے، یا زیادہ آسان، سطح کی ثالثی بیٹری (SMCS: Surface-Mediatedcells)۔ اگرچہ موجودہ آلات نہ کھولے ہوئے مواد اور ڈھانچے کا استعمال کرتے ہیں، وہ پہلے سے ہی لتیم آئن بیٹریوں اور سپر کیپیسیٹرز سے تجاوز کر سکتے ہیں۔

یہ نیا آلہ 100 کلو واٹ فی کلو واٹ بیٹری فراہم کر سکتا ہے، کمرشل لیتھیم آئن بیٹریوں سے 100 گنا زیادہ، سپر کیپیسیٹر سے 10 گنا زیادہ۔ بجلی کی کثافت جتنی زیادہ ہوگی، توانائی کی منتقلی کی رفتار اتنی ہی تیز ہوگی (اس کے نتیجے میں چارجنگ کی رفتار تیز ہو سکتی ہے)۔ اس کے علاوہ، یہ نئی بیٹری 160 واٹ فی کلوگرام بیٹری کی توانائی کی کثافت کو ذخیرہ کر سکتی ہے، جس کا موازنہ کمرشلائزڈ لیتھیم آئن بیٹری سے کیا جا سکتا ہے، جو روایتی سپر کیپیسیٹر سے 30 گنا زیادہ ہے۔

توانائی کی کثافت جتنی زیادہ ہوگی، اتنی ہی زیادہ توانائی ذخیرہ کی جائے گی، اتنی ہی زیادہ توانائی ذخیرہ کی جائے گی (الیکٹرک گاڑیوں کے طویل ڈرائیونگ مائلیج کے ساتھ)۔ اگر سامان کا وزن یکساں ہے تو، موجودہ سطح کی ثالثی والی بیٹری اور لیتھیم آئن بیٹریاں الیکٹرک گاڑیوں کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں، اور نینو انسٹرومنٹ اور اینگرسٹرون میٹریلز کمپنی کے بانی جوائنٹ بانی جیانگ باؤز (Borz.jang) کا کہنا ہے کہ ہماری سطح کی ثالثی والی بیٹری موجودہ لیتھیم آئن بیٹری کی طرح ہے، اس لیے یہ توانائی کو مزید بہتر بنا سکتا ہے۔

تاہم، اصولی طور پر، سطح کی ثالثی والی بیٹریاں گھنٹوں کے بجائے چند منٹوں میں چارج کی جا سکتی ہیں (شاید ایک منٹ سے کم نہ ہوں)، بالکل اسی طرح جیسے الیکٹرک گاڑیوں میں استعمال ہونے والی لیتھیم آئن بیٹری۔ Jiang Bauldz اور Nanotechnology Instrument Co., Ltd میں ان کا پارٹنر۔

اور Angersmia میٹریل کمپنی نے یہ مطالعہ شائع کیا ہے، جو کہ اگلی نسل کے توانائی کے ذخیرہ کرنے والے آلات کا مطالعہ ہے، جو حالیہ "نانو ایکسپریس" (نانولیٹرس) میں شائع ہوا ہے۔ دونوں کمپنیاں نینو میٹریلز کی کمرشلائزیشن میں مہارت رکھتی ہیں، اینگرسٹرانگ دنیا کی سب سے بڑی نینو گرینائٹ (NGPS: Nanographeneplatelets) بنانے والی کمپنی ہے۔ جس طرح محققین اپنی تحقیق میں وضاحت کرتے ہیں، توانائی کے ذخیرہ کرنے، بیٹریوں اور سپر کیپیسیٹرز میں ان کی اپنی طاقتیں اور کمزوریاں ہیں۔

اگرچہ لیتھیم آئن بیٹریوں کی توانائی کی کثافت (120-150 واٹ / کلوگرام) سپر کیپیسیٹر (5 واٹ / کلوگرام) سے کہیں زیادہ ہے، لیکن اس بیٹری میں کم طاقت کی کثافت (1 کلو واٹ / کلوگرام بیٹری) ہے، 10 کلو واٹ / کلوگرام بیٹری کا موازنہ کریں)۔ بہت ساری تحقیقی ٹیموں نے لیتھیم آئن بیٹری کی طاقت کی کثافت کو شامل کرنے، سپر کیپیسیٹر کی توانائی کی کثافت کو بہتر بنانے کی کوششیں کی ہیں، لیکن ان دو شعبوں میں اب بھی بڑے چیلنجز ہیں۔ چونکہ ایک نیا فریم ورک فراہم کیا گیا ہے، اسے توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، اس لیے یہ سطحی ثالثی بیٹری محققین کو ان چیلنجوں کو نظرانداز کرنے کی اجازت دیتی ہے۔

لتیم آئن بیٹری اور سپر کیپیسیٹر کی کارکردگی کے درمیان فرق کو کم کرتے ہوئے اس نئے توانائی ذخیرہ کرنے والے آلے کو تیار کریں، اور جیانگ باؤز نے کہا۔ مزید اہم بات یہ ہے کہ توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کی تیاری کے لیے یہ بنیادی طور پر نیا فریم ورک، محققین کو ایک دوسرے کے لیے قربان کیے بغیر، اعلی توانائی کی کثافت، بلکہ اعلی طاقت کی کثافت حاصل کرنے کے قابل بناتا ہے۔ سطحی ثالثی بیٹری الیکٹروڈ میں سطح کا ایک بڑا رقبہ ہوتا ہے، تاکہ آئنوں کی بڑی مقدار تیزی سے چلتی ہے، جس سے چارج ہونے کا وقت تیز ہوتا ہے۔

ماخذ: امریکن کیمسٹری کی سطحی ثالثی بیٹری کی کارکردگی کی کلید، کیتھوڈ ہے اور انوڈ میں بہت بڑی گرافین سطح ہوتی ہے۔ بیٹریاں تیار کرتے وقت، محققین اینوڈ میں لیتھیم دھات (ذرات یا دھاتی ورق کی شکل میں) ڈالتے ہیں۔ پہلے ڈسچارج سائیکل میں، لتیم کو آئنائز کیا جاتا ہے، لتیم آئنوں کی تعداد لتیم آئن بیٹری کے مقابلے میں زیادہ لائی جاتی ہے۔

جب بیٹری استعمال کی جاتی ہے، تو یہ آئن مائع الیکٹرولائٹ کے ذریعے کیتھوڈ کی طرف منتقل ہو جاتے ہیں، کیتھوڈ کے سوراخوں میں کیتھوڈ میں گرافین کی ایک بڑی سطح تک پہنچ جاتے ہیں۔ چارجنگ کے عمل کے دوران، لیتھیم آئن فلوکس کی ایک بڑی مقدار تیزی سے کیتھوڈ سے انوڈ میں منتقل ہو جاتی ہے۔ بہت بڑے الیکٹروڈ سطح کے علاقے، تاکہ آئنوں کی ایک بڑی مقدار فوری طور پر شٹل، اعلی طاقت اور توانائی کی کثافت.

محققین نے وضاحت کی کہ غیر محفوظ الیکٹروڈ کی سطح (بلاک الیکٹروڈ کے بجائے، بیٹری میں بیٹری کی طرح)، اندراج کے عمل میں وقت خرچ نہیں کرتی ہے۔ اس عمل کے دوران، الیکٹروڈز کے درمیان لتیم آئنوں کو داخل کرنا ضروری ہے، جو بیٹری کے چارج ہونے کا ایک اہم وقت ہے۔ اس تحقیق میں، اگرچہ محققین نے گریفائٹ کی مختلف اقسام کی ایک بڑی تعداد کا استعمال کیا، مختلف قسم کے گرافین (آکسیڈائزڈ، کم شدہ سنگل لیئر اور ملٹی لیئر گرافین) تیار کیے گئے، لیکن اس ڈیوائس کو بہتر بنانے کے لیے ان مواد اور کنفیگریشنز کا مزید تجزیہ کیا گیا۔

ایک طرف، محققین اس بیٹری کی سائیکل لائف کا مزید مطالعہ کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں۔ اب تک، انہیں معلوم ہوا ہے کہ یہ آلات 1000 سائیکلوں کے بعد 95 فیصد صلاحیت کو برقرار رکھ سکتے ہیں، یہاں تک کہ 2000 سائیکلوں کے بعد بھی ڈینڈرائٹ کا کوئی اشارہ نہیں ہے۔ محققین نے سامان کی کارکردگی کے حوالے سے مختلف لتیم اسٹوریج میکانزم پر بات کرنے کا بھی منصوبہ بنایا ہے۔

ہمارا اندازہ ہے کہ سطحی ثالثی بیٹری ٹیکنالوجی کی کمرشلائزیشن میں کوئی بڑی رکاوٹ نہیں ہوگی، اور جیانگ باؤز نے کہا۔ اگرچہ موجودہ گرافین اونچی قیمت میں فروخت کیا جاتا ہے، اینگرسٹرون میٹریلز کمپنی فعال طور پر گرافین کی پیداواری طاقت کو بڑھا رہی ہے۔ توقع ہے کہ اگلے 1-3 سالوں میں گریفائٹ کی پیداواری لاگت میں نمایاں کمی واقع ہو جائے گی۔