होम > दबाएँ > बैटरी रसायन विज्ञान के बारे में गर्मी हमें क्या बता सकती है: लिथियम-आयन कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए पेल्टियर प्रभाव का उपयोग करना
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| शोधकर्ताओं ने अध्ययन किया कि कैसे विद्युत प्रवाह ने लिथियम-आयन बैटरी सेल में गर्मी प्रवाहित किया। ऊष्मा विद्युत धारा के विपरीत प्रवाहित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उस तरफ का तापमान अधिक हो जाता है जहाँ धारा कोशिका में प्रवेश करती है।
क्रेडिट |
सार:
बैटरियों का अध्ययन आमतौर पर वोल्टेज और करंट जैसे विद्युत गुणों के माध्यम से किया जाता है, लेकिन नए शोध से पता चलता है कि बिजली के साथ गर्मी कैसे बहती है, इसका अवलोकन करने से बैटरी रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि मिल सकती है।
बैटरी रसायन विज्ञान के बारे में गर्मी हमें क्या बता सकती है: लिथियम-आयन कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए पेल्टियर प्रभाव का उपयोग करना
अर्बाना, आईएल | 8 मार्च, 2024 को पोस्ट किया गया
इलिनोइस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने प्रदर्शित किया है कि पेल्टियर प्रभाव का फायदा उठाकर लिथियम-आयन बैटरी कोशिकाओं के रासायनिक गुणों का अध्ययन कैसे किया जाता है, जिसमें विद्युत प्रवाह एक प्रणाली को गर्मी खींचने का कारण बनता है। फिजिकल केमिस्ट्री केमिकल फिजिक्स जर्नल में रिपोर्ट की गई, इस तकनीक ने उन्हें प्रयोगात्मक रूप से लिथियम-आयन इलेक्ट्रोलाइट की एन्ट्रापी को मापने की अनुमति दी, एक थर्मोडायनामिक विशेषता जो सीधे लिथियम-आयन बैटरी डिजाइन को सूचित कर सकती है।
"हमारा काम विघटित लिथियम आयनों के मौलिक थर्मोडायनामिक्स को समझने के बारे में है, हमें उम्मीद है कि जानकारी बैटरी के लिए बेहतर इलेक्ट्रोलाइट्स के विकास का मार्गदर्शन करेगी," यू. सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और प्रोजेक्ट लीड डेविड काहिल ने कहा। "पेल्टियर प्रभाव में विद्युत आवेश और ऊष्मा के युग्मित परिवहन को मापने से हमें एन्ट्रापी का अनुमान लगाने की अनुमति मिलती है, एक मात्रा जो विघटित आयनों की रासायनिक संरचना से निकटता से संबंधित है और वे बैटरी के अन्य भागों के साथ कैसे बातचीत करते हैं।"
पेल्टियर प्रभाव का ठोस-अवस्था प्रणालियों में अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है जहां इसका उपयोग शीतलन और प्रशीतन में किया जाता है। हालाँकि, यह लिथियम इलेक्ट्रोलाइट जैसी आयनिक प्रणालियों में काफी हद तक अज्ञात रहता है। इसका कारण यह है कि पेल्टियर हीटिंग और कूलिंग द्वारा उत्पन्न तापमान अंतर अन्य प्रभावों की तुलना में छोटा है।
इस बाधा को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक माप प्रणाली का उपयोग किया जो एक डिग्री सेल्सियस के सौ-हजारवें हिस्से को हल करने में सक्षम थी। इससे शोधकर्ताओं को सेल के दोनों सिरों के बीच की गर्मी को मापने और सेल में लिथियम-आयन इलेक्ट्रोलाइट की एन्ट्रापी की गणना करने के लिए इसका उपयोग करने की अनुमति मिली।
"हम एक स्थूल गुण को माप रहे हैं, लेकिन यह अभी भी आयनों के सूक्ष्म व्यवहार के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी का खुलासा करता है," काहिल के अनुसंधान समूह में स्नातक छात्र और अध्ययन के सह-प्रमुख लेखक रोज़ी हुआंग ने कहा। “पेल्टियर प्रभाव के माप और समाधान की एन्ट्रापी, सॉल्वेशन संरचना से निकटता से जुड़े हुए हैं। पहले, बैटरी शोधकर्ता ऊर्जा माप पर भरोसा करते थे, लेकिन एन्ट्रॉपी उस जानकारी के लिए एक महत्वपूर्ण पूरक प्रदान करेगी जो सिस्टम की अधिक संपूर्ण तस्वीर देती है।
शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि लिथियम आयनों की सांद्रता, विलायक प्रकार, इलेक्ट्रोड सामग्री और तापमान के साथ पेल्टियर ताप प्रवाह कैसे बदल गया। सभी मामलों में, उन्होंने देखा कि घोल में ऊष्मा का प्रवाह आयनिक धारा के विपरीत चलता है, जिसका अर्थ है कि लिथियम आयनों के विघटन से प्राप्त एन्ट्रापी ठोस लिथियम की एन्ट्रापी से कम है।
लिथियम-आयन इलेक्ट्रोलाइट समाधानों की एन्ट्रापी को मापने की क्षमता आयनों की गतिशीलता, बैटरी के रिचार्जिंग चक्र को नियंत्रित करने और समाधान इलेक्ट्रोड के साथ कैसे इंटरैक्ट करती है, में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि दे सकती है, जो बैटरी के जीवनकाल में एक महत्वपूर्ण कारक है।
काहिल ने कहा, "बैटरी डिज़ाइन का एक कम सराहनीय पहलू यह है कि इलेक्ट्रोड के संपर्क में आने पर तरल इलेक्ट्रोलाइट रासायनिक रूप से स्थिर नहीं होता है।" “यह हमेशा विघटित होता है और एक ठोस-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेज़ नामक चीज़ बनाता है। लंबे चक्रों में बैटरी को स्थिर बनाने के लिए, आपको उस इंटरफ़ेज़ के थर्मोडायनामिक्स को समझने की ज़रूरत है, जो कि हमारी विधि मदद करती है।
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झे चेंग अध्ययन के दूसरे सह-प्रमुख लेखक हैं। बेनियामिन ज़हीरी, पैट्रिक क्वोन और यू. आई. सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर पॉल ब्रौन ने भी इस काम में योगदान दिया।
शोधकर्ताओं का लेख, "ली-आयन इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक पेल्टियर प्रभाव" ऑनलाइन उपलब्ध है। डीओआई: 10.1039/डी3सीपी05998जी
अमेरिकी सेना निर्माण इंजीनियरिंग अनुसंधान प्रयोगशाला और अमेरिकी ऊर्जा विभाग, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान कार्यालय, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रभाग द्वारा सहायता प्रदान की गई थी।
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संपर्क:
कैसंड्रा स्मिथ
इलिनोइस विश्वविद्यालय ग्रिंगर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग
कॉपीराइट © इलिनोइस विश्वविद्यालय ग्रेंजर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग
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- स्रोत: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57466
