അൾട്രാ ലോ താപനില ബാറ്ററികൾ സുരക്ഷിതമാക്കാൻ വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു സെപ്പറേറ്റർ എൻജിനീയർമാർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്.

വിദേശ മാധ്യമ റിപ്പോർട്ടുകൾ പ്രകാരം, കാലിഫോർണിയ സാൻ ഡീഗോ സർവകലാശാലയിലെ നാനോ എഞ്ചിനീയർമാർ ബാറ്ററിയിലെ വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നത് തടയാൻ കാഥോഡിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ഒരു തടസ്സമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററി സെപ്പറേറ്റർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. പുതിയ ഡയഫ്രം കൊടുങ്കാറ്റിന്റെ ആന്തരിക മർദ്ദം അടിഞ്ഞുകൂടുന്നത് തടയുന്നു, അതുവഴി ബാറ്ററി വീർക്കുന്നതും പൊട്ടിത്തെറിക്കുന്നതും തടയുന്നു.

ഗവേഷക നേതാവ്, സാൻ ഡിയാഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ ജേക്കബ്സ് സ്കൂൾ ഓഫ് എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ നാനോ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറായ ഷെങ് ചെൻ പറഞ്ഞു: "ഗ്യാസ് തന്മാത്രകളെ കുടുക്കുന്നതിലൂടെ, സ്തരത്തിന് അസ്ഥിരമായ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ സ്റ്റെബിലൈസറായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും."

പുതിയ സെപ്പറേറ്ററിന് വളരെ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ ബാറ്ററി പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. ഡയഫ്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററി സെല്ലിന് മൈനസ് 40 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ കപ്പാസിറ്റി ഗ്രാമിന് 500 മില്ലി ആമ്പിയർ മണിക്കൂർ വരെ ഉയർന്നേക്കാം, അതേസമയം വാണിജ്യ ഡയഫ്രം ബാറ്ററിക്ക് ഈ സാഹചര്യത്തിൽ ഏതാണ്ട് പൂജ്യം പവർ ഉണ്ട്. രണ്ടു മാസത്തോളം ഉപയോഗിക്കാതെ കിടന്നാലും ബാറ്ററി സെല്ലിന്റെ കപ്പാസിറ്റി ഉയർന്നതാണെന്നാണ് ഗവേഷകർ പറയുന്നത്. ഡയഫ്രത്തിന് സ്റ്റോറേജ് ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഈ പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു. ഈ കണ്ടെത്തൽ ഗവേഷകരെ അവരുടെ ലക്ഷ്യം കൂടുതൽ കൈവരിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു: ബഹിരാകാശ പേടകം, ഉപഗ്രഹങ്ങൾ, ആഴക്കടൽ കപ്പലുകൾ തുടങ്ങിയ മഞ്ഞുമൂടിയ അന്തരീക്ഷത്തിൽ വാഹനങ്ങൾക്ക് വൈദ്യുതി നൽകാൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററികൾ നിർമ്മിക്കാൻ.

സാൻ ഡീഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ നാനോ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറായ യിംഗ് ഷെർലി മെംഗിന്റെ ലബോറട്ടറിയിൽ നടത്തിയ പഠനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ഈ ഗവേഷണം. ഈ ഗവേഷണം ഒരു പ്രത്യേക ദ്രവീകൃത വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ആദ്യമായി ഒരു അന്തരീക്ഷത്തിൽ മൈനസ് 60 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ മികച്ച പ്രകടനം നിലനിർത്താൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററി വികസിപ്പിക്കുന്നു. അവയിൽ, ദ്രവീകൃത വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഒരു വാതകമാണ്, അത് സമ്മർദ്ദം ചെലുത്തി ദ്രവീകൃതമാക്കുകയും പരമ്പരാഗത ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളേക്കാൾ താഴ്ന്ന താപനിലയെ കൂടുതൽ പ്രതിരോധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

എന്നാൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന് ഒരു തകരാറുണ്ട്; ദ്രാവകത്തിൽ നിന്ന് വാതകത്തിലേക്ക് മാറ്റാൻ എളുപ്പമാണ്. ചെൻ പറഞ്ഞു: "ഈ പ്രശ്നം ഈ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ സുരക്ഷാ പ്രശ്നമാണ്." ദ്രാവക തന്മാത്രകളെ ഘനീഭവിപ്പിക്കുന്നതിനും ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനെ ദ്രാവകാവസ്ഥയിൽ നിലനിർത്തുന്നതിനും സമ്മർദ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്.

ഈ പ്രശ്‌നം പരിഹരിക്കുന്നതിനായി ചെനിന്റെ ലബോറട്ടറി സാൻ ഡിയാഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ നാനോ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറായ മെങ്, ടോഡ് പാസ്കൽ എന്നിവരുമായി സഹകരിച്ചു. പാസ്കലിനെപ്പോലുള്ള കംപ്യൂട്ടിംഗ് വിദഗ്ധരുടെ വൈദഗ്ധ്യവും ചെൻ, മെങ് തുടങ്ങിയ ഗവേഷകരും സംയോജിപ്പിച്ച്, ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനെ അമിതമായ സമ്മർദ്ദം ചെലുത്താതെ ദ്രവീകരിക്കാനുള്ള ഒരു രീതി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച ഉദ്യോഗസ്ഥർ സാൻ ഡീഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ മെറ്റീരിയൽസ് റിസർച്ച് സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് സെന്ററുമായി (MRSEC) അഫിലിയേറ്റ് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.

ചെറിയ നാനോ സ്‌കെയിൽ സ്‌പെയ്‌സുകളിൽ കുടുങ്ങുമ്പോൾ വാതക തന്മാത്രകൾ സ്വയമേവ ഘനീഭവിക്കുന്ന ഒരു ഭൗതിക പ്രതിഭാസത്തിൽ നിന്നാണ് ഈ രീതി കടമെടുക്കുന്നത്. ഈ പ്രതിഭാസത്തെ കാപ്പിലറി കണ്ടൻസേഷൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇത് കുറഞ്ഞ മർദ്ദത്തിൽ വാതകത്തെ ദ്രാവകമാക്കും. ഫ്ലൂറോമീഥെയ്ൻ വാതകം കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ദ്രവീകൃത വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റായ അൾട്രാ ലോ താപനില ബാറ്ററികളിലെ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന ബാറ്ററി സെപ്പറേറ്റർ നിർമ്മിക്കാൻ ഗവേഷണ സംഘം ഈ പ്രതിഭാസം ഉപയോഗിച്ചു. മെംബറേൻ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ലോഹ-ഓർഗാനിക് ചട്ടക്കൂട് (MOF) എന്ന സുഷിരമുള്ള ക്രിസ്റ്റലിൻ മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിച്ചു. ഫ്ലൂറോമീഥേൻ വാതക തന്മാത്രകളെ കുടുക്കാനും താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ മർദ്ദത്തിൽ അവയെ ഘനീഭവിപ്പിക്കാനും കഴിയുന്ന ചെറിയ സുഷിരങ്ങൾ നിറഞ്ഞതാണ് MOF-ന്റെ പ്രത്യേകത. ഉദാഹരണത്തിന്, ഫ്ലൂറോമീഥേൻ സാധാരണയായി മൈനസ് 30 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ചുരുങ്ങുകയും 118 പിഎസ്ഐ ശക്തിയുണ്ട്; എന്നാൽ MOF ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതേ ഊഷ്മാവിൽ പോറസിന്റെ ഘനീഭവിക്കുന്ന മർദ്ദം 11 psi മാത്രമാണ്.

ചെൻ പറഞ്ഞു: "ഈ MOF ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് പ്രവർത്തിക്കാൻ ആവശ്യമായ മർദ്ദം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഞങ്ങളുടെ ബാറ്ററിക്ക് താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ ഡീഗ്രേഡേഷൻ കൂടാതെ വലിയ അളവിലുള്ള ശേഷി നൽകാൻ കഴിയും." ഒരു ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയിൽ MOF അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സെപ്പറേറ്റർ ഗവേഷകർ പരീക്ഷിച്ചു. . ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയിൽ ഫ്ലൂറോകാർബൺ കാഥോഡും ലിഥിയം മെറ്റൽ ആനോഡും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഫ്ലൂറോമീഥേൻ ദ്രവീകരിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ മർദ്ദത്തേക്കാൾ വളരെ താഴ്ന്ന, 70 പിഎസ്ഐയുടെ ആന്തരിക മർദ്ദത്തിൽ, വാതക ഫ്ലൂറോമീഥേൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് നിറയ്ക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും. ബാറ്ററിക്ക് ഇപ്പോഴും മൈനസ് 57 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ അതിന്റെ മുറിയിലെ താപനിലയുടെ 40% നിലനിർത്താനാകും. വിപരീതമായി, ഒരേ താപനിലയിലും മർദ്ദത്തിലും, ഫ്ലൂറോമീഥെയ്ൻ അടങ്ങിയ വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വാണിജ്യ ഡയഫ്രം ബാറ്ററിയുടെ ശക്തി ഏതാണ്ട് പൂജ്യമാണ്.

MOF സെപ്പറേറ്ററിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മൈക്രോപോറുകൾ പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഈ മൈക്രോപോറുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ മർദ്ദത്തിലും ബാറ്ററിയിൽ കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഒഴുകാൻ കഴിയും. വാണിജ്യ ഡയഫ്രത്തിന് വലിയ സുഷിരങ്ങളുണ്ട്, കുറഞ്ഞ മർദ്ദത്തിൽ വാതക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് തന്മാത്രകളെ നിലനിർത്താൻ കഴിയില്ല. എന്നാൽ ഈ അവസ്ഥകളിൽ ഡയഫ്രം നന്നായി പ്രവർത്തിക്കാനുള്ള കാരണം മൈക്രോപോറോസിറ്റി മാത്രമല്ല. ഗവേഷകർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഡയഫ്രം സുഷിരങ്ങളെ ഒരറ്റം മുതൽ മറ്റേ അറ്റം വരെ തുടർച്ചയായ പാത രൂപപ്പെടുത്താൻ അനുവദിക്കുന്നു, അതുവഴി ലിഥിയം അയോണുകൾക്ക് ഡയഫ്രത്തിലൂടെ സ്വതന്ത്രമായി ഒഴുകാൻ കഴിയുമെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു. പരിശോധനയിൽ, മൈനസ് 40 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ പുതിയ ഡയഫ്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററിയുടെ അയോണിക് ചാലകത വാണിജ്യ ഡയഫ്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററിയുടെ പത്തിരട്ടിയാണ്.

മറ്റ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിൽ എംഒഎഫ് അധിഷ്‌ഠിത സെപ്പറേറ്ററുകൾ ചെൻ ടീം ഇപ്പോൾ പരീക്ഷിച്ചുവരികയാണ്. ചെൻ പറഞ്ഞു: "ഞങ്ങൾ സമാനമായ ഇഫക്റ്റുകൾ കണ്ടു. ഈ MOF ഒരു സ്റ്റെബിലൈസറായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, ബാറ്ററി സുരക്ഷ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് വിവിധ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് തന്മാത്രകളെ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയും, അസ്ഥിര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുള്ള പരമ്പരാഗത ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഉൾപ്പെടെ."