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उच्च दक्षता वाले पेरोसाइट सौर कोशिकाओं के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण

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टीयू ड्रेसडेन में इंस्टीट्यूट फॉर एप्लाइड फिजिक्स (IAP) और सेंटर फॉर एडवांसिंग इलेक्ट्रॉनिक्स ड्रेसडेन (cfaed) के शोधकर्ताओं ने उच्च दक्षता वाले पेरोसाइट सौर कोशिकाओं के प्रजनन योग्य निर्माण के लिए एक सामान्य पद्धति विकसित की। उनका अध्ययन प्रसिद्ध पत्रिका नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित हुआ है। श्रेय
क्रिश्चियन कुनाथ

सार:
19 वीं शताब्दी की शुरुआत में पहली बार रिपोर्ट की गई सामग्रियों के एक वर्ग, Perovskites को 2009 में सौर कोशिकाओं में उनके उपयोग के माध्यम से बिजली उत्पादन के संभावित उम्मीदवार के रूप में "पुनः खोज" किया गया था। तब से, उन्होंने तूफान से फोटोवोल्टिक (पीवी) अनुसंधान समुदाय को ले लिया है, एक अभूतपूर्व गति से नए रिकॉर्ड क्षमता तक पहुंच गया है। यह सुधार इतनी तेजी से हुआ है कि 2021 तक, एक दशक के अनुसंधान के बमुश्किल बाद में, वे पहले से ही पारंपरिक सिलिकॉन उपकरणों के समान प्रदर्शन प्राप्त कर रहे हैं। क्या विशेष रूप से होनहार perovskites बनाता है जिस तरह से वे बनाया जा सकता है। जहां सिलिकॉन-आधारित डिवाइस भारी होते हैं और निर्माण के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, वहीं पेकोव्साइट उपकरण हल्के हो सकते हैं और न्यूनतम ऊर्जा निवेश के साथ बन सकते हैं। यह यह संयोजन है - उच्च प्रदर्शन और विशिष्ट निर्माण - जिसने अनुसंधान समुदाय को उत्साहित किया है।

उच्च दक्षता वाले पेरोसाइट सौर कोशिकाओं के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण

ड्रेसडेन, जर्मनी | 1 अप्रैल 2021 को पोस्ट किया गया

जैसा कि perovskite फोटोवोल्टेइक्स के प्रदर्शन ने ऊपर की ओर रॉकेट किया था, पीछे कुछ व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य तकनीक बनाने के लिए आवश्यक सहायक विकास थे। एक मुद्दा है कि निरंतर विकास के लिए जारी है डिवाइस reproducibility है। जबकि कुछ पीवी उपकरणों को प्रदर्शन के वांछित स्तर के साथ बनाया जा सकता है, ठीक उसी तरह से बनाए गए अन्य में अक्सर काफी कम क्षमता होती है, जिससे शोध समुदाय को निराशा होती है और निराशा होती है।

हाल ही में, प्रोफ़ेसर याना वायनज़ोफ़ के इमर्जिंग इलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजीज ग्रुप के शोधकर्ताओं ने यह पहचान की है कि पेरोसाइट फ़िल्म निर्माण के दौरान होने वाली मूलभूत प्रक्रियाएँ फोटोवोल्टिक उपकरणों के प्रजनन क्षमता को दृढ़ता से प्रभावित करती हैं। जब समाधान से पेरोसाइट परत को जमा किया जाता है, तो इसके क्रिस्टलीकरण को ट्रिगर करने के लिए पेरोसाइट समाधान पर एक एंटिसोलवेंट को ड्रिप किया जाता है। "हमने पाया कि जिस अवधि के लिए एंटीकोवेंट को पेरोसाइट का पर्दाफाश किया गया था, उसका अंतिम उपकरण प्रदर्शन पर एक नाटकीय प्रभाव था, एक चर जो अब तक, क्षेत्र में किसी का ध्यान नहीं गया था।" डॉ। अलेक्जेंडर टेलर कहते हैं, वायनज़ोफ़ समूह में एक पोस्टडॉक्टोरल अनुसंधान सहयोगी और अध्ययन पर पहले लेखक हैं। "यह इस तथ्य से संबंधित है कि कुछ असामाजिक कम से कम आंशिक रूप से पर्कोवसाइट परत के अग्रदूतों को भंग कर सकते हैं, इस प्रकार इसकी अंतिम रचना को बदल सकते हैं। इसके अतिरिक्त, पेरोसाइट समाधान सॉल्वैंट्स के साथ एंटीसोल्वेंट्स की गलतफहमी क्रिस्टलीकरण को ट्रिगर करने में उनकी प्रभावकारिता को प्रभावित करती है। ”

इन परिणामों से पता चलता है कि, जैसा कि शोधकर्ता अपने पीवी उपकरणों को गढ़ते हैं, इस असामाजिक कदम के मतभेदों के कारण प्रदर्शन में अप्रतिष्ठितता देखी जा सकती है। आगे जाकर, लेखकों ने संभावित असामाजिक लोगों की एक विस्तृत श्रृंखला का परीक्षण किया, और दिखाया कि इन घटनाओं के लिए नियंत्रित करके, वे परीक्षण किए गए लगभग हर उम्मीदवार से अत्याधुनिक प्रदर्शन प्राप्त कर सकते हैं। "प्रमुख एंटीसॉल्वेंट विशेषताओं की पहचान करके जो पेरोसाइट सक्रिय परतों की गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं, हम नए एंटीसोल्वेंट्स के लिए इष्टतम प्रसंस्करण की भविष्यवाणी करने में भी सक्षम हैं, इस प्रकार थकाऊ परीक्षण और त्रुटि अनुकूलन की आवश्यकता को क्षेत्र में सामान्य रूप से समाप्त कर देते हैं।" डॉ। फैबियन पॉलुस, cfaed में हाइब्रिड सामग्री समूह में परिवहन के नेता और अध्ययन के लिए एक योगदानकर्ता कहते हैं।

"हमारे अध्ययन का एक और महत्वपूर्ण पहलू यह तथ्य है कि हम प्रदर्शित करते हैं कि कैसे एक एंटीसोल्वेंट का एक इष्टतम अनुप्रयोग पेरोविसाइट फोटोवोल्टिक उपकरणों की प्रक्रियात्मकता को काफी हद तक चौड़ा कर सकता है" नोट प्रो। वेनज़ोफ़, जिन्होंने काम का नेतृत्व किया। "हमारे परिणाम एक व्यावसायिक उत्पाद में इस होनहार प्रौद्योगिकी की उन्नति के लिए आवश्यक पेरोसाइट अनुसंधान समुदाय मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।"

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स्रोत: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56624

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रिकवरी तापमान के एक कार्य के रूप में ध्रुवीकृत ऑप्टिकल विलुप्त होने वाले स्पेक्ट्रम की पीक तरंगदैर्ध्य, तापमान पर निर्भर व्यवहार दिखा रहा है जो ऑप्टिकल थर्मल-इतिहास सेंसर के लिए लागू किया जा सकता है। चित्र साभार: मेहेदी एच। रिजवी

सार:
शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि सोने के नैनोकणों के समूहों के साथ एम्बेडेड आकार-स्मृति पॉलिमर अपने प्लास्मोन-युग्मन को बदल देता है, जिससे वांछनीय ऑप्टिकल गुणों को जन्म मिलता है। सामग्री के लिए एक संभावित अनुप्रयोग एक सेंसर है जो किसी वस्तु या पर्यावरण के थर्मल इतिहास को ट्रैक करने के लिए ऑप्टिकल गुणों पर निर्भर करता है।

थर्मल इतिहास संवेदन के लिए उपयोगी प्लास्मोन-युग्मित सोना नैनोकणों

डरहम, एनसी | 1 अप्रैल 2021 को पोस्ट किया गया

इस मुद्दे पर सोने के नैनोकॉर्प्स के साथ एक स्ट्रेचेबल पॉलिमर एम्बेडेड है। यदि सामग्री को गर्म किया जाता है और बढ़ाया जाता है, तो कमरे के तापमान को ठंडा करने के बाद, सामग्री अनिश्चित काल तक अपने फैला हुआ आकार धारण करेगी। एक बार 120 डिग्री सेल्सियस तक गर्म होने के बाद, सामग्री अपने मूल आकार में लौट आती है।

लेकिन जो वास्तव में दिलचस्प है वह यह है कि सोने के नैनॉस्फेयर बहुलक में पूरी तरह से बिखरे नहीं हैं। इसके बजाय, वे गुच्छों का निर्माण करते हैं, जिसमें उनकी सतह के प्लासोन प्रतिध्वनि युग्मित होते हैं। इन प्लास्मोन-युग्मित नैनोकणों में ऑप्टिकल गुण होते हैं, जो इस बात पर निर्भर करते हैं कि वे एक-दूसरे के कितने करीब हैं, जो समग्र के आकार को बदल देता है।

"जब सामग्री द्वारा अवशोषित प्रकाश की चरम तरंग दैर्ध्य का आकलन करते हैं, तो इस बात पर निर्भर करते हुए महत्वपूर्ण अंतर होते हैं कि प्रकाश खिंचाव दिशा के समानांतर या लंबवत है," जो ट्रेसी, काम पर एक पेपर के संबंधित लेखक और सामग्रियों के प्रोफेसर कहते हैं। विज्ञान और इंजीनियरिंग नेकां राज्य में। "स्ट्रेचिंग की दिशा के समानांतर प्रकाश ध्रुवीकृत के लिए, आगे आपने सामग्री को फैला दिया है, आगे प्रकाश लाल रंग में स्थानांतरित हो गया है। स्ट्रेचिंग दिशा में हल्की ध्रुवीकृत लम्बाई के लिए एक धब्बा है। "

पेपर के सह-लेखक टोबियास क्रैस कहते हैं, "हमने यह भी पाया कि आकार-स्मृति पॉलिमर कमरे के तापमान पर अपना आकार धारण करता है, यह एक अनुमानित तरीके से अपने मूल आकार को ठीक करता है।" नई सामग्री के लिए लिबनीज संस्थान में एक समूह के नेता और सारलैंड विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर।

विशेष रूप से, एक बार अपनी मूल लंबाई से 140% तक फैल जाने पर, आप उच्चतम तापमान का निर्धारण कर सकते हैं, जिसके बाद बहुलक को उजागर किया जाता है, 120 डिग्री सेल्सियस तक, यह माप कर कि यह अपने मूल आकार की ओर वापस सिकुड़ गया है। क्या अधिक है, क्योंकि प्लास्मोन-युग्मित नैनोकणों के कारण, इस परिवर्तन को सामग्री के ऑप्टिकल गुणों के माप के माध्यम से, परोक्ष रूप से मापा जा सकता है।

"एक व्यावहारिक दृष्टिकोण से, यह आपको एक ऑप्टिकल थर्मल-हिस्ट्री सेंसर बनाने की अनुमति देता है," जो ट्रेसी कहते हैं। “आप यह देखने के लिए प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं कि सामग्री कितनी गर्म है। थर्मल-इतिहास सेंसर का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग शिपिंग या भंडारण सामग्री की गुणवत्ता या सुरक्षा का आश्वासन दे रहा है जो गर्मी में महत्वपूर्ण परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील हैं। हमने सोने के नैनोकणों के प्लास्मोन युग्मन के आधार पर एक दृष्टिकोण का प्रदर्शन किया है। ”

सेंसर की अवधारणा को आनुभविक रूप से विकसित किया गया था, लेकिन शोधकर्ताओं ने कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग का भी इस्तेमाल किया ताकि सोने के नैनोस्फेयर के समूहों की संरचना को बेहतर ढंग से समझा जा सके और स्ट्रेचिंग के दौरान क्लस्टर कैसे बदल गए। प्लासोन युग्मन की ताकत नैनोस्फेयर के बीच की स्पेसिंग से संबंधित है, जिसे "प्लैमोन शासक" के रूप में जाना जाता है।

"हमारे सिमुलेशन के आधार पर, हम अपने ऑप्टिकल गुणों से प्लासोन-युग्मित नैनोकणों के बीच की दूरी का अनुमान लगा सकते हैं," एमी ओल्डेनबर्ग, पेपर के सह-लेखक और चैपल हिल में उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर हैं। "यह तुलना प्लाज़ोन-युग्मित नैनोकणों के आधार पर भविष्य के बहुलक नैनोकंपोजिट्स को डिजाइन करने के लिए सूचनात्मक है।"

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पत्रिका "ACS एप्लाइड नैनो मटेरियल्स" के लिए स्ट्रेच्ड शेप-मेमोरी पॉलिमर में "प्लासोन-कपल्ड गोल्ड नैनोपार्टिकल्स" नामक पेपर दिखाई देता है। पेपर के पहले लेखक प्राची यादव हैं, जो एनसी स्टेट में स्नातक की पूर्व छात्रा हैं। कागज मेहेदी रिज़वी, सुमीत मिश्रा, ब्रायन चैपमैन और नेक राज्य के ब्रायन लिंच द्वारा सह-लेखक थे; और नई सामग्री के लिए लीबनीज संस्थान के ब्योर्न कुटिच।

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होम > दबाएँ > ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स असाइलम रिसर्च ने बृहस्पति एक्सआर, बड़े सैंपल एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोप के लिए वैरिएबल मैग्नेटिक फील्ड मॉड्यूल एक्सेसरी जारी की

सार:
ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स एसाइलम रिसर्च ने बृहस्पति एक्सआर परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) के लिए वैरिएबल फील्ड मॉड्यूल (वीएफएम) एक्सेसरी जारी करने की घोषणा की। VFM गौण द्वारा सक्षम समायोज्य चुंबकीय क्षेत्र ऐसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है जैसे कि फेरोमैग्नेटिक पतली फिल्मों के डोमेन रिवर्सल व्यवहार की इमेजिंग, सेंसर उपकरणों में चुंबकीय क्षेत्र पर निर्भर प्रतिरोध का अध्ययन, या चुंबकीय कणों की इमेजिंग। इस शरण अनुसंधान अनन्य गौण चुंबकीय क्षेत्र के लिए या तो नमूना या आउट-ऑफ-प्लेन के साथ विमान में लागू करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स असाइलम रिसर्च के एप्लीकेशन साइंटिस्ट मैनेजर डॉ। जेसन ली ने टिप्पणी की, "VFM एक्सेसरी असाइलम रिसर्च AFM के लिए अद्वितीय है और शोधकर्ताओं को फेरोमैग्नेटिक और पीजोइलेक्ट्रिक मैटेरियल्स के अपने ज्ञान को बढ़ाने में सक्षम करेगा।"

ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स एसाइलम रिसर्च ने बृहस्पति एक्सआर, बड़े सैंपल एटॉमिक फोर्स माइक्रोस्कोप के लिए वैरिएबल मैग्नेटिक फील्ड मॉड्यूल एक्सेसरी जारी की

सांता बारबरा, CA | 26 मार्च, 2021 को पोस्ट किया गया

शरण अनुसंधान AFM को व्यापक रूप से ऊर्जा भंडारण, पॉलिमर, अर्धचालक और 2 डी सामग्री सहित कई अलग-अलग औद्योगिक और शैक्षणिक अनुसंधान क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। जुपिटर एक्सआर एक बड़ा-नमूना एएफएम है जो 200 मिलीमीटर व्यास तक के नमूनों को समायोजित कर सकता है और 100 × 100 माइक्रोन तक के क्षेत्रों का निरीक्षण कर सकता है, जबकि अभी भी अति-उच्च रिज़ॉल्यूशन और उच्च थ्रूपुट वितरित कर रहा है, जिसमें विशिष्ट छवियों को प्राप्त करने के लिए 1 मिनट की आवश्यकता होती है।

- समाप्त -

ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स असाइलम रिसर्च इंक की ओर से जारी किया गया।

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ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स असाइलम रिसर्च के बारे में
ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स असाइलम रिसर्च, सामग्री और बायोसाइंस रिसर्च दोनों के लिए परमाणु बल माइक्रोस्कोपी में प्रौद्योगिकी नेता है। शरण अनुसंधान AFM का व्यापक रूप से भौतिक विज्ञान, पॉलिमर, पतली फिल्मों, ऊर्जा अनुसंधान और बायोफिज़िक्स के विविध क्षेत्रों के नमूनों को चिह्नित करने के लिए अकादमिक और औद्योगिक शोधकर्ताओं द्वारा व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। नमूना स्थलाकृति और खुरदरापन की नियमित इमेजिंग के अलावा, असाइलम रिसर्च एएफएम नैनोएलेक्ट्रिक, नैनोमैकेनिकल और इलेक्ट्रोमैकेनिकल लक्षण वर्णन के लिए बेजोड़ संकल्प और मात्रात्मक माप क्षमता भी प्रदान करते हैं। हाल के अग्रिमों ने इन मापों को अधिक निरंतरता और उत्पादकता के लिए अधिक सरल और अधिक स्वचालित बना दिया है। इसका Cypher ™, MFP-3D ™, और Jupiter ™ AFM उत्पाद लाइनों के प्रदर्शन और बजट की एक विस्तृत श्रृंखला है। शरण अनुसंधान भी AFM जांच, सामान, और उपभोग्य सामग्रियों की एक व्यापक चयन प्रदान करता है। बिक्री, अनुप्रयोग और सेवा कार्यालय अन्य वैश्विक क्षेत्रों में वितरक कार्यालयों के साथ संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, यूनाइटेड किंगडम, जापान, फ्रांस, भारत, चीन और ताइवान में स्थित हैं।

ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स पीएलसी के बारे में

ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स अनुसंधान और औद्योगिक अनुप्रयोगों पर ध्यान देने के साथ उच्च-प्रौद्योगिकी उपकरणों और प्रणालियों को डिजाइन, आपूर्ति और समर्थन करते हैं। नवाचार 60 वर्षों के लिए ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स की वृद्धि और सफलता के पीछे प्रेरक शक्ति रहा है, जो दुनिया की कुछ सबसे अधिक चुनौतियों का सामना करने के लिए अपने मूल उद्देश्य का समर्थन करता है।

ऑक्सफ़ोर्ड यूनिवर्सिटी से बाहर निकाली जाने वाली पहली प्रौद्योगिकी व्यवसाय, ऑक्सफ़ोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स अब एक वैश्विक कंपनी है और लंदन स्टॉक एक्सचेंज (OXIG) के FTSE250 सूचकांक पर सूचीबद्ध है। इसकी रणनीति ग्राहक केंद्रित, बाजार केंद्रित समूह होने के साथ-साथ अपने ग्राहकों के सामने आने वाली तकनीकी और व्यावसायिक चुनौतियों को समझने पर केंद्रित है। प्रमुख बाजार खंडों में सेमीकंडक्टर और संचार, उन्नत सामग्री, हेल्थकेयर और लाइफ साइंस, और क्वांटम टेक्नोलॉजी शामिल हैं।

उनके पोर्टफोलियो में कम तापमान और उच्च चुंबकीय क्षेत्र के वातावरण जैसे मुख्य प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला शामिल है; नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद; एक्स-रे, इलेक्ट्रॉन, लेजर और ऑप्टिकल आधारित मेट्रोलॉजी; परमाणु बल माइक्रोस्कोपी; ऑप्टिकल इमेजिंग; और उन्नत विकास, बयान और नक़्क़ाशी।

ऑक्सफोर्ड इंस्ट्रूमेंट्स एक हरियाली अर्थव्यवस्था, कनेक्टिविटी में सुधार, स्वास्थ्य में सुधार और वैज्ञानिक समझ में छलांग लगाने में मदद कर रहा है। उनके उन्नत उत्पादों और सेवाओं से दुनिया की अग्रणी औद्योगिक कंपनियों और वैज्ञानिक अनुसंधान समुदायों को अनुसंधान और विकास के लिए सामग्री का विश्लेषण और हेरफेर करने की अनुमति मिलती है, जिससे अनुसंधान एवं विकास में तेजी लाने में मदद मिलती है, विनिर्माण उत्पादकता में वृद्धि होती है और जमीन तोड़ने वाली खोज होती है।

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स्रोत: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56618

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डिजाइन लंबे समय तक चलने, अधिक शक्तिशाली लिथियम बैटरी को सक्षम कर सकता है: एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग उन्नत धातु इलेक्ट्रोड और उच्च वोल्टेज की अनुमति दे सकता है, क्षमता और चक्र जीवन को बढ़ा सकता है।

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2 सप्ताह पहले

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होम > दबाएँ > डिजाइन लंबे समय तक चलने, अधिक शक्तिशाली लिथियम बैटरी को सक्षम कर सकता है: एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग उन्नत धातु इलेक्ट्रोड और उच्च वोल्टेज की अनुमति दे सकता है, क्षमता और चक्र जीवन को बढ़ा सकता है।

ब्रुकहैवेन नेशनल लैब में ली गई एक्स-रे टोमोग्राफी छवियां एक बैटरी सेल के एक इलेक्ट्रोड में एक कण को क्रैकिंग दिखाती हैं जो एक पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइट (जैसा कि बाईं ओर देखा जाता है) का उपयोग करती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करने से इस खुर (दाएं) को रोक दिया गया। क्रेडिट: छवि: शोधकर्ताओं के सौजन्य से

ब्रुकहैवेन नेशनल लैब में ली गई एक्स-रे टोमोग्राफी की छवियां एक बैटरी सेल के एक इलेक्ट्रोड में एक कण को क्रैकिंग दिखाती हैं जो एक पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती थीं (जैसा कि बाईं ओर देखा जाता है)। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करने से इस खुर (दाएं) को रोक दिया गया।
क्रेडिट: छवि: शोधकर्ताओं के सौजन्य से

सार:
लिथियम-आयन बैटरी ने हल्के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को संभव बनाया है जिनकी पोर्टेबिलिटी अब हम प्रदान करते हैं, साथ ही साथ इलेक्ट्रिक वाहन उत्पादन का तेजी से विस्तार भी करते हैं। लेकिन दुनिया भर के शोधकर्ताओं ने लगातार बढ़ती ऊर्जा घनत्व को प्राप्त करने के लिए सीमा को आगे बढ़ाने का काम जारी रखा है - ऊर्जा की मात्रा जिसे किसी दिए गए द्रव्यमान में संग्रहीत किया जा सकता है - ताकि मौजूदा उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार हो सके और संभावित रूप से नए अनुप्रयोगों को लंबे समय तक सक्षम किया जा सके। -ड्रोन और रोबोट की व्यवस्था करें।

डिजाइन लंबे समय तक चलने, अधिक शक्तिशाली लिथियम बैटरी को सक्षम कर सकता है: एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग उन्नत धातु इलेक्ट्रोड और उच्च वोल्टेज की अनुमति दे सकता है, क्षमता और चक्र जीवन को बढ़ा सकता है।

कैम्ब्रिज, MA | 26 मार्च, 2021 को पोस्ट किया गया

एक आशाजनक दृष्टिकोण कैथोड में एक उच्च चार्ज वोल्टेज के साथ, पारंपरिक ग्रेफाइट के स्थान पर धातु इलेक्ट्रोड का उपयोग होता है। उन प्रयासों को बाधित किया गया है, हालांकि, इलेक्ट्रोलाइट के साथ होने वाली विभिन्न प्रकार की अवांछित रासायनिक प्रतिक्रियाओं से जो इलेक्ट्रोड को अलग करता है। अब, एमआईटी और अन्य जगहों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक उपन्यास इलेक्ट्रोलाइट पाया है जो इन समस्याओं को खत्म करता है और अगली पीढ़ी की बैटरी के शक्ति-प्रति-भार में एक महत्वपूर्ण छलांग लगा सकता है, बिना चक्र जीवन का त्याग किए।

शोध आज जर्नल नेचर एनर्जी में एक पेपर में एमआईटी के प्रोफेसरों जू ली, यांग शाओ-हॉर्न और जेरियाह जॉनसन द्वारा रिपोर्ट किया गया है; पोस्टडॉक वीजियांग ज़ू; और 19 अन्य एमआईटी, दो राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं और अन्य जगहों पर। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह खोज लिथियम-आयन बैटरी के लिए संभव हो सकती है, जो अब आम तौर पर 260 वाट घंटे प्रति किलोग्राम, लगभग 420 वाट घंटे प्रति किलोग्राम स्टोर कर सकती है। यह इलेक्ट्रिक कारों के लिए लंबी दूरी में और पोर्टेबल उपकरणों पर लंबे समय तक चलने वाले परिवर्तनों में अनुवाद करेगा।

इस इलेक्ट्रोलाइट के लिए बुनियादी कच्चा माल सस्ता है (हालांकि मध्यवर्ती यौगिकों में से एक अभी भी महंगा है क्योंकि यह सीमित उपयोग में है), और इसे बनाने की प्रक्रिया सरल है। इसलिए, यह अग्रिम अपेक्षाकृत जल्दी लागू किया जा सकता है, शोधकर्ताओं का कहना है।

इलेक्ट्रोलाइट खुद नया नहीं है, रसायन विज्ञान के प्रोफेसर जॉनसन बताते हैं। इस शोध टीम के कुछ सदस्यों द्वारा कुछ साल पहले विकसित किया गया था, लेकिन एक अलग आवेदन के लिए। यह लिथियम-एयर बैटरी विकसित करने के प्रयास का हिस्सा था, जिसे बैटरी ऊर्जा घनत्व को अधिकतम करने के लिए अंतिम दीर्घकालिक समाधान के रूप में देखा जाता है। लेकिन ऐसी बैटरियों के विकास में अभी भी कई बाधाएं हैं, और यह तकनीक अभी भी दूर हो सकती है। इस बीच, धातु इलेक्ट्रोड के साथ लिथियम आयन बैटरी के लिए उस इलेक्ट्रोलाइट को लागू करने से कुछ ऐसा हो जाता है जिसे अधिक तेज़ी से प्राप्त किया जा सकता है।

लिथियम-एयर बैटरी विकास के उद्देश्य से सहयोगी उद्यम में कुछ वर्षों पहले शाओ-हॉर्न, जॉनसन और अन्य लोगों द्वारा शुरू में विकसित किए जाने के बाद इस इलेक्ट्रोड सामग्री का नया अनुप्रयोग "कुछ हद तक गंभीर रूप से" पाया गया था।

"अभी भी वास्तव में कुछ भी नहीं है जो एक अच्छी रिचार्जेबल लिथियम-एयर बैटरी की अनुमति देता है," जॉनसन कहते हैं। हालांकि, "हमने इन कार्बनिक अणुओं को डिज़ाइन किया है जो हमें उम्मीद थी कि मौजूदा तरल इलेक्ट्रोलाइट्स जो उपयोग किए जाते हैं, की तुलना में स्थिरता प्रदान कर सकते हैं।" उन्होंने तीन अलग-अलग सल्फोनामाइड-आधारित योगों का विकास किया, जो उन्होंने पाया कि ऑक्सीकरण और अन्य क्षरण प्रभावों के लिए काफी प्रतिरोधी थे। फिर, Li के समूह के साथ काम करते हुए, पोस्टडॉक Xue ने इस सामग्री को इसके बजाय अधिक मानक कैथोड्स के साथ आज़माने का फैसला किया।

इस इलेक्ट्रोलाइट के साथ अब उन्होंने जिस प्रकार के बैटरी इलेक्ट्रोड का उपयोग किया है, कुछ कोबाल्ट और मैंगनीज युक्त एक निकल ऑक्साइड, "आज के इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग का कार्यक्षेत्र है," ली कहते हैं, जो परमाणु विज्ञान और इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं। ।

क्योंकि इलेक्ट्रोड सामग्री अनियंत्रित रूप से फैलती और सिकुड़ती है क्योंकि यह चार्ज और डिस्चार्ज हो जाता है, इससे पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ उपयोग करने पर क्रैकिंग और प्रदर्शन में ब्रेकडाउन हो सकता है। लेकिन ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी के सहयोग से किए गए प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने पाया कि नई इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करने से इन तनाव-संक्षारण क्रैकिंग गिरावट में काफी कमी आई है।

समस्या यह थी कि मिश्र धातु में धातु के परमाणु तरल इलेक्ट्रोलाइट में घुलने लगे, द्रव्यमान खो गया और धातु के टूटने की ओर अग्रसर हुआ। इसके विपरीत, नया इलेक्ट्रोलाइट ऐसे विघटन के लिए बेहद प्रतिरोधी है। ब्रुकहवेन परीक्षणों के आंकड़ों को देखते हुए, ली कहते हैं, "यह देखने के लिए चौंकाने वाला था कि, यदि आप केवल इलेक्ट्रोलाइट को बदलते हैं, तो ये सभी दरारें चली गई हैं।" उन्होंने पाया कि इलेक्ट्रोलाइट सामग्री की आकृति विज्ञान बहुत अधिक मजबूत है, और इन नए इलेक्ट्रोलाइट्स में संक्रमण धातुओं "बस उतनी घुलनशीलता नहीं है"।

वह एक आश्चर्यजनक संयोजन था, वह कहते हैं, क्योंकि सामग्री अभी भी आसानी से लिथियम आयनों से गुजरने की अनुमति देती है - आवश्यक तंत्र जिसके द्वारा बैटरी चार्ज हो जाती है और छुट्टी दे दी जाती है - जबकि प्रवेश करने से, संक्रमण धातुओं के रूप में जाना जाता है, अन्य पिंजरों को अवरुद्ध करते हैं। कई चार्ज-डिस्चार्जिंग चक्रों के बाद इलेक्ट्रोड सतह पर अवांछित यौगिकों का संचय मानक इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में दस गुना से अधिक कम हो गया था।

मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, शाओ-हॉर्न कहते हैं, "उच्च ऊर्जा निकेल-समृद्ध सामग्री के ऑक्सीकरण के खिलाफ इलेक्ट्रोलाइट रासायनिक रूप से प्रतिरोधी है, कण फ्रैक्चर को रोकता है और साइकिल चलाने के दौरान सकारात्मक इलेक्ट्रोड को स्थिर करता है।" “इलेक्ट्रोलाइट भी लिथियम धातु के स्थिर और प्रतिवर्ती स्ट्रिपिंग और चढ़ाना को सक्षम बनाता है, जो अत्याधुनिक लिथियम आयन बैटरी से दो बार ऊर्जा के साथ रिचार्जेबल लिथियम-धातु बैटरी को सक्षम करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह खोज आगे चलकर इलेक्ट्रोलाइट खोज और लिथियम-मेटल बैटरियों के लिए लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्स के डिजाइन को उत्प्रेरित करेगी, जो ठोस राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ प्रतिद्वंद्वी होते हैं। "

अगला कदम उत्पादन को सस्ता करने के लिए पैमाना बनाना है। "हम इसे आसानी से उपलब्ध व्यावसायिक शुरुआती सामग्रियों से एक बहुत आसान प्रतिक्रिया में बनाते हैं," जॉनसन कहते हैं। अभी, इलेक्ट्रोलाइट को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला अग्रदूत यौगिक महंगा है, लेकिन वह कहते हैं, "मुझे लगता है कि अगर हम दुनिया को दिखा सकते हैं कि यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक महान इलेक्ट्रोलाइट है, तो आगे के लिए प्रेरणा मूल्य को नीचे लाने में मदद करेगी। "

क्योंकि यह अनिवार्य रूप से एक मौजूदा इलेक्ट्रोलाइट के लिए प्रतिस्थापन में "ड्रॉप" है और पूरे बैटरी सिस्टम के रीडिज़ाइन की आवश्यकता नहीं है, ली कहते हैं, इसे जल्दी से लागू किया जा सकता है और कुछ वर्षों के भीतर इसका व्यवसायीकरण किया जा सकता है। “कोई महंगा तत्व नहीं है, यह सिर्फ कार्बन और फ्लोरीन है। इसलिए यह संसाधनों द्वारा सीमित नहीं है, यह सिर्फ प्रक्रिया है, ”वह कहते हैं।

अनुसंधान को अमेरिकी ऊर्जा विभाग और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था, और ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी और आर्गन नेशनल लेबोरेटरी में सुविधाओं का उपयोग किया गया था।

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