એન્જિનિયરોએ એક વિભાજક વિકસાવ્યું છે જે અલ્ટ્રા-લો તાપમાન બેટરીને સુરક્ષિત બનાવવા માટે ગેસિયસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને સ્થિર કરે છે

વિદેશી મીડિયાના અહેવાલો અનુસાર, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા સાન ડિએગોના નેનો એન્જિનિયરોએ એક બેટરી વિભાજક વિકસાવ્યું છે જે બેટરીમાં રહેલા ગેસીયસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટને બાષ્પ બનતા અટકાવવા માટે કેથોડ અને એનોડ વચ્ચે અવરોધ તરીકે કામ કરી શકે છે. નવો ડાયાફ્રેમ તોફાનના આંતરિક દબાણને એકઠા થતા અટકાવે છે, જેનાથી બેટરીને સોજો અને વિસ્ફોટ થતો અટકાવે છે.

રિસર્ચ લીડર, ઝેંગ ચેન, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ડિએગો ખાતે જેકોબ્સ સ્કૂલ ઓફ એન્જિનિયરિંગમાં નેનોએન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર, જણાવ્યું હતું કે: "ગેસના અણુઓને ફસાવીને, પટલ અસ્થિર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ માટે સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે."

નવું વિભાજક અલ્ટ્રા-નીચા તાપમાને બેટરીની કામગીરીમાં સુધારો કરી શકે છે. ડાયાફ્રેમનો ઉપયોગ કરીને બેટરી સેલ માઈનસ 40°C પર કામ કરી શકે છે, અને ક્ષમતા 500 મિલિએમ્પીયર કલાક પ્રતિ ગ્રામ જેટલી ઊંચી હોઈ શકે છે, જ્યારે આ કિસ્સામાં કોમર્શિયલ ડાયાફ્રેમ બેટરી લગભગ શૂન્ય પાવર ધરાવે છે. સંશોધકોનું કહેવું છે કે બે મહિના સુધી તેનો ઉપયોગ કર્યા વિના છોડી દેવામાં આવે તો પણ બેટરી સેલની ક્ષમતા વધારે છે. આ પ્રદર્શન દર્શાવે છે કે ડાયાફ્રેમ સ્ટોરેજ લાઇફને પણ લંબાવી શકે છે. આ શોધ સંશોધકોને તેમના ધ્યેયને આગળ હાંસલ કરવા માટે પરવાનગી આપે છે: બર્ફીલા વાતાવરણમાં વાહનો માટે વીજળી પૂરી પાડી શકે તેવી બેટરીઓનું ઉત્પાદન કરવું, જેમ કે અવકાશયાન, ઉપગ્રહો અને ઊંડા સમુદ્રના જહાજો.

આ સંશોધન યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ડિએગોમાં નેનોએન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર યિંગ શર્લી મેંગની પ્રયોગશાળામાં થયેલા અભ્યાસ પર આધારિત છે. આ સંશોધન બેટરી વિકસાવવા માટે ચોક્કસ લિક્વિફાઈડ ગેસ ઈલેક્ટ્રોલાઈટનો ઉપયોગ કરે છે જે પ્રથમ વખત માઈનસ 60 ° સે વાતાવરણમાં સારી કામગીરી જાળવી શકે છે. તેમાંથી, લિક્વિફાઇડ ગેસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ એક ગેસ છે જે દબાણ લાગુ કરીને લિક્વિફાઇડ થાય છે અને પરંપરાગત પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ કરતાં નીચા તાપમાને વધુ પ્રતિરોધક છે.

પરંતુ આ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ખામી છે; પ્રવાહીમાંથી ગેસમાં બદલવું સરળ છે. ચેને કહ્યું: "આ સમસ્યા આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માટે સૌથી મોટી સુરક્ષા સમસ્યા છે." ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરવા માટે પ્રવાહી પરમાણુઓને ઘટ્ટ કરવા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટને પ્રવાહી સ્થિતિમાં રાખવા માટે દબાણ વધારવાની જરૂર છે.

ચેનની પ્રયોગશાળાએ આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે કેલિફોર્નિયા યુનિવર્સિટી, સાન ડિએગોના નેનોએન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર મેંગ અને ટોડ પાસ્કલ સાથે સહયોગ કર્યો. પાસ્કલ જેવા કમ્પ્યુટિંગ નિષ્ણાતોની કુશળતાને ચેન અને મેંગ જેવા સંશોધકો સાથે જોડીને, ઝડપથી વધુ પડતા દબાણને લાગુ કર્યા વિના બાષ્પયુક્ત ઇલેક્ટ્રોલાઇટને પ્રવાહી બનાવવા માટે એક પદ્ધતિ વિકસાવવામાં આવી છે. ઉપરોક્ત ઉલ્લેખિત કર્મચારીઓ કેલિફોર્નિયા યુનિવર્સિટી, સાન ડિએગોના મટિરિયલ્સ રિસર્ચ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ સેન્ટર (MRSEC) સાથે જોડાયેલા છે.

આ પદ્ધતિ એક ભૌતિક ઘટનામાંથી ઉધાર લે છે જેમાં નાના નેનો-સ્કેલ જગ્યાઓમાં ફસાઈ જાય ત્યારે ગેસના અણુઓ સ્વયંભૂ ઘટ્ટ થાય છે. આ ઘટનાને કેશિલરી કન્ડેન્સેશન કહેવામાં આવે છે, જે ઓછા દબાણે ગેસને પ્રવાહી બનાવી શકે છે. સંશોધન ટીમે આ ઘટનાનો ઉપયોગ બેટરી વિભાજક બનાવવા માટે કર્યો હતો જે અલ્ટ્રા-લો તાપમાન બેટરીમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટને સ્થિર કરી શકે છે, જે ફ્લોરોમિથેન ગેસથી બનેલો લિક્વિફાઇડ ગેસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ છે. સંશોધકોએ મેમ્બ્રેન બનાવવા માટે મેટલ-ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક (MOF) નામની છિદ્રાળુ સ્ફટિકીય સામગ્રીનો ઉપયોગ કર્યો હતો. MOF વિશેની અનોખી બાબત એ છે કે તે નાના છિદ્રોથી ભરેલું છે, જે ફ્લોરોમિથેન ગેસના અણુઓને ફસાવી શકે છે અને પ્રમાણમાં ઓછા દબાણે તેમને ઘટ્ટ કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફ્લોરોમિથેન સામાન્ય રીતે માઈનસ 30°C પર સંકોચાય છે અને તેનું બળ 118 psi છે; પરંતુ જો MOF નો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો સમાન તાપમાને છિદ્રાળુનું ઘનીકરણ દબાણ માત્ર 11 psi છે.

ચેને કહ્યું: "આ MOF ઇલેક્ટ્રોલાઇટને કામ કરવા માટે જરૂરી દબાણને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. તેથી, અમારી બેટરી ડિગ્રેડેશન વિના નીચા તાપમાને મોટી માત્રામાં ક્ષમતા પ્રદાન કરી શકે છે." સંશોધકોએ લિથિયમ-આયન બેટરીમાં MOF-આધારિત વિભાજકનું પરીક્ષણ કર્યું. . લિથિયમ-આયન બેટરીમાં ફ્લોરોકાર્બન કેથોડ અને લિથિયમ મેટલ એનોડ હોય છે. તે તેને 70 psi ના આંતરિક દબાણે વાયુયુક્ત ફ્લોરોમિથેન ઇલેક્ટ્રોલાઇટથી ભરી શકે છે, જે ફ્લોરોમિથેનને લિક્વિફાઇંગ કરવા માટે જરૂરી દબાણ કરતાં ઘણું ઓછું છે. બેટરી હજુ પણ તેની રૂમ ટેમ્પરેચર ક્ષમતાના 57% માઈનસ 40°C પર જાળવી શકે છે. તેનાથી વિપરીત, સમાન તાપમાન અને દબાણ પર, ફ્લોરોમિથેન ધરાવતા વાયુયુક્ત ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરીને વાણિજ્યિક ડાયાફ્રેમ બેટરીની શક્તિ લગભગ શૂન્ય છે.

એમઓએફ વિભાજક પર આધારિત માઇક્રોપોર્સ ચાવીરૂપ છે કારણ કે આ માઇક્રોપોર્સ ઓછા દબાણમાં પણ બેટરીમાં વધુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ વહેતા રાખી શકે છે. કોમર્શિયલ ડાયાફ્રેમમાં મોટા છિદ્રો હોય છે અને તે ઓછા દબાણ હેઠળ વાયુયુક્ત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પરમાણુઓને જાળવી શકતા નથી. પરંતુ માઇક્રોપોરોસિટી એ એકમાત્ર કારણ નથી કે ડાયાફ્રેમ આ પરિસ્થિતિઓમાં સારી રીતે કામ કરે છે. સંશોધકો દ્વારા રચાયેલ ડાયાફ્રેમ છિદ્રોને એક છેડેથી બીજા છેડા સુધી સતત પાથ બનાવવા માટે પરવાનગી આપે છે, ત્યાં ખાતરી કરે છે કે લિથિયમ આયનો ડાયાફ્રેમમાંથી મુક્તપણે વહી શકે છે. પરીક્ષણમાં, માઇનસ 40°C પર નવા ડાયાફ્રેમનો ઉપયોગ કરીને બેટરીની આયનીય વાહકતા વ્યાપારી ડાયાફ્રેમનો ઉપયોગ કરીને બેટરી કરતા દસ ગણી છે.

ચેનની ટીમ હાલમાં અન્ય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ પર MOF-આધારિત વિભાજકનું પરીક્ષણ કરી રહી છે. ચેને કહ્યું: "અમે સમાન અસરો જોઈ છે. સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે આ MOF નો ઉપયોગ કરીને, વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પરમાણુઓને બેટરી સલામતી સુધારવા માટે શોષી શકાય છે, જેમાં અસ્થિર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે પરંપરાગત લિથિયમ બેટરીનો સમાવેશ થાય છે."