ഫ്ലെക്സിബിൾ സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഇലക്‌ട്രിക് വാഹനങ്ങളുടെ റേഞ്ച് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും ലാപ്‌ടോപ്പുകളിലും സ്‌മാർട്ട്‌ഫോണുകളിലും തീപിടിക്കുന്നത് തടയാനും കഴിയുന്ന ഒരു പുതിയ തരം സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിരിക്കുകയാണ് ഒരു കൂട്ടം അന്താരാഷ്ട്ര ശാസ്ത്രജ്ഞർ. രചയിതാക്കൾ അവരുടെ കണ്ടെത്തലുകൾ അഡ്വാൻസ്ഡ് എനർജി മെറ്റീരിയലുകളിൽ വിവരിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത റീചാർജബിൾ ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് പകരം 'സോളിഡ്', സെറാമിക് ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ കൂടുതൽ ഫലപ്രദവും ദീർഘകാലം നിലനിൽക്കുന്നതുമായ ബാറ്ററികൾ നിർമ്മിക്കാൻ അവർക്ക് കഴിയും. ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾ ഉൾപ്പെടെ എല്ലാത്തരം ഉപകരണങ്ങൾക്കും ഈ ഗുണങ്ങൾ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമവും ഹരിതവുമായ ബാറ്ററികൾക്ക് വഴിയൊരുക്കുമെന്ന് ഗവേഷകർ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

യുഎസിൽ നിന്നും യുകെയിൽ നിന്നുമുള്ള പഠനത്തിന്റെ രചയിതാക്കൾ, ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളിലെ ദ്രാവക ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾക്കുള്ള ബദലുകൾ കുറച്ചുകാലമായി പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നുണ്ട്. പരമ്പരാഗത ലിഥിയം അയോൺ സെല്ലുകളുടെ ഇരട്ടി വോൾട്ടേജിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററിയുടെ വികസനം 2016-ൽ അവർ പ്രഖ്യാപിച്ചു, എന്നാൽ സമാനമായ കാര്യക്ഷമത.

അവരുടെ ഏറ്റവും പുതിയ രൂപകൽപ്പന ഈ മുമ്പത്തെ പതിപ്പിൽ കാര്യമായ പുരോഗതിയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ഇനിയും ഇടമുണ്ടെന്ന് എംഐടിയിലെ ഗവേഷകനായ പ്രൊഫസർ ഡൊണാൾഡ് സഡോവേ അഭിപ്രായപ്പെടുന്നു: "ഉയർന്ന താപനിലയിൽ സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകളിൽ ഉയർന്ന അയോണിക് ചാലകത കൈവരിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്," അദ്ദേഹം വിശദീകരിച്ചു. "ഇതൊരു തകർപ്പൻ നേട്ടമായിരുന്നു." ഈ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ബാറ്ററികൾ പരീക്ഷണത്തിന് ശേഷം വൈദ്യുത വാഹനങ്ങൾക്കോ ​​​​വിമാനങ്ങൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാനോ പോലും അനുയോജ്യമാണെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെടുമെന്ന് ഗവേഷകർ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റിൽ, കത്തുന്ന ദ്രാവകങ്ങളേക്കാൾ സെറാമിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് അമിത ചൂടാക്കൽ മൂലമുള്ള ബാറ്ററികളുടെ കേടുപാടുകൾ തടയുന്നത്. ബാറ്ററിക്ക് കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കുകയും സെറാമിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ചാറുകൾ കത്തിക്കുന്നതിന് പകരം ചൂടാക്കാൻ തുടങ്ങുകയും ചെയ്താൽ, അത് തീ പിടിക്കുന്നതിൽ നിന്ന് തടയുന്നു. ഈ ഖര പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഘടനയിലെ സുഷിരങ്ങൾ, സോളിഡിനുള്ളിലെ ഒരു വിപുലീകൃത ശൃംഖലയിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന അയോണുകൾക്കൊപ്പം ഉയർന്ന വൈദ്യുത ചാർജും വഹിക്കാൻ അവയെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

കത്തുന്ന ദ്രാവക ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളെ അപേക്ഷിച്ച് തങ്ങളുടെ ബാറ്ററികളുടെ വോൾട്ടേജും കപ്പാസിറ്റൻസും ഉയർത്താൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് കഴിഞ്ഞു എന്നാണ് ഈ സവിശേഷതകൾ അർത്ഥമാക്കുന്നത്. വാസ്തവത്തിൽ, പ്രൊഫസർ സഡോവേ പറഞ്ഞു: "12 വോൾട്ട് 90 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ [194 ° F] പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ലിഥിയം-എയർ സെൽ ഞങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചു. മറ്റാരും നേടിയതിനേക്കാൾ ഉയർന്നതാണ് അത്."

സെറാമിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളേക്കാൾ സ്ഥിരതയുള്ളവയാണ് എന്നതുൾപ്പെടെ, കത്തുന്ന ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളെ അപേക്ഷിച്ച് ഈ പുതിയ ബാറ്ററി രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് മറ്റ് സാധ്യതകളുണ്ട്. “അത് എത്ര നന്നായി പ്രവർത്തിച്ചു എന്നതാണ് അതിശയിപ്പിക്കുന്ന കാര്യം,” പ്രൊഫസർ സഡോവേ പറഞ്ഞു. "നമ്മൾ ഈ സെല്ലിൽ നിക്ഷേപിച്ചതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജം പുറത്തെടുത്തു."

ഈ സ്ഥിരത, നിർമ്മാതാക്കൾക്ക് വൻതോതിൽ സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സെല്ലുകൾ ലാപ്‌ടോപ്പുകളിലേക്കോ ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിലേക്കോ പാക്ക് ചെയ്യാൻ അനുവദിക്കും, അവ അമിതമായി ചൂടാകുന്നതും ഉപകരണങ്ങളെ കൂടുതൽ സുരക്ഷിതമാക്കുന്നതും അവയുടെ പ്രവർത്തന ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതും സംബന്ധിച്ച് വിഷമിക്കേണ്ടതില്ല. നിലവിൽ, ഇത്തരത്തിലുള്ള ബാറ്ററികൾ അമിതമായി ചൂടായാൽ തീ പിടിക്കാനുള്ള സാധ്യതയുണ്ട് - അടുത്തിടെ Samsung Galaxy Note 7 ഫോണിൽ സംഭവിച്ചത് പോലെ. ജ്വലനം നിലനിർത്താൻ കോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ വായു ഇല്ലാത്തതിനാൽ തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന തീജ്വാലകൾക്ക് പടരാൻ കഴിയില്ല; യഥാർത്ഥത്തിൽ കേടുപാടുകൾ സംഭവിച്ച സ്ഥലത്തിനപ്പുറത്തേക്ക് വ്യാപിക്കാൻ അവർക്ക് കഴിയില്ല.

ഈ ഖര പദാർത്ഥങ്ങളും വളരെ നീണ്ടുനിൽക്കുന്നവയാണ്; ഇതിനു വിപരീതമായി, ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ (100°C-ൽ കൂടുതൽ) പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ കത്തുന്ന ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിക്കാനുള്ള ചില ശ്രമങ്ങൾ 500 അല്ലെങ്കിൽ 600 സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം തീപിടിക്കുന്നത് പതിവാണ്. സെറാമിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് 7500-ലധികം ചാർജ്/ഡിസ്ചാർജ് സൈക്കിളുകളെ തീ പിടിക്കാതെ നേരിടാൻ കഴിയും.

പുതിയ കണ്ടെത്തലുകൾ ഇവികളുടെ ശ്രേണി വിപുലീകരിക്കുന്നതിനും സ്മാർട്ട്‌ഫോൺ തീപിടിത്തം തടയുന്നതിനും വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നതാണ്. സഡോവേ പറയുന്നതനുസരിച്ച്: "പഴയ തലമുറയിലെ ബാറ്ററികളിൽ ലെഡ് ആസിഡ് [കാർ] സ്റ്റാർട്ടർ ബാറ്ററികൾ ഉണ്ടായിരുന്നു. അവയ്ക്ക് ചെറിയ റേഞ്ച് ഉണ്ടായിരുന്നു, പക്ഷേ അവ അവിശ്വസനീയമാംവിധം വിശ്വസനീയമായിരുന്നു," അവരുടെ അപ്രതീക്ഷിതമായ ബലഹീനത, "ഏകദേശം 60 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ കൂടുതൽ ചൂടായാൽ, അത്" എന്ന് അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു. അതിന് തീ പിടിക്കും."

ഇന്നത്തെ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ ഇതിൽ നിന്ന് ഒരു പടി മുകളിലാണെന്ന് അദ്ദേഹം വിശദീകരിക്കുന്നു. "അവയ്ക്ക് ഒരു നീണ്ട റേഞ്ച് ഉണ്ട്, പക്ഷേ കഠിനമായ അമിത ചൂടാക്കലും തീ പിടിക്കലും അവയ്ക്ക് കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കാം," പുതിയ സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററി ഒരു "അടിസ്ഥാന മുന്നേറ്റം" ആണെന്ന് അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു, കാരണം ഇത് കൂടുതൽ വിശ്വസനീയവും സുരക്ഷിതവുമായ ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.

ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടാൻ അഞ്ച് വർഷമെടുക്കുമെന്ന് എംഐടിയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ കരുതുന്നു, എന്നാൽ അടുത്ത വർഷം തന്നെ സാംസങ് അല്ലെങ്കിൽ ആപ്പിൾ പോലുള്ള വലിയ നിർമ്മാതാക്കളുടെ സ്മാർട്ട്ഫോണുകളിൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള ബാറ്ററികൾ ഘടിപ്പിക്കുമെന്ന് അവർ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ലാപ്‌ടോപ്പുകളും ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളും ഉൾപ്പെടെ ഫോണുകൾക്ക് പുറമെ ഈ സെല്ലുകൾക്ക് നിരവധി വാണിജ്യ ഉപയോഗങ്ങളുണ്ടെന്നും അവർ ചൂണ്ടിക്കാട്ടി.

എന്നിരുന്നാലും, സാങ്കേതികവിദ്യ പൂർണത കൈവരിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് ഇനിയും ചില വഴികൾ പോകാനുണ്ടെന്ന് പ്രൊഫസർ സഡോവേ മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നു. "നമുക്ക് വളരെ മികച്ചതായി തോന്നുന്ന ഒരു സെൽ ലഭിച്ചിട്ടുണ്ട്, പക്ഷേ ഇത് വളരെ നേരത്തെ തന്നെ. . . . . .

ഈ മുന്നേറ്റം ഉടനടി വ്യാപകമായി സ്വീകരിക്കപ്പെടുമെന്ന് സാഡോവേ വിശ്വസിക്കുന്നു, കാരണം ഇതിന് വളരെ വലിയ ശ്രേണിയിലുള്ള EV-കൾക്ക് ഇന്ധനം നൽകുന്നതിന് മാത്രമല്ല, സ്മാർട്ട്‌ഫോൺ തീപിടിത്തം തടയാനും സാധ്യതയുണ്ട്. മിക്ക നിർമ്മാതാക്കൾക്കും അവയുടെ സുരക്ഷയും വിശ്വാസ്യതയും ബോധ്യപ്പെട്ടാൽ അഞ്ച് വർഷത്തിനുള്ളിൽ സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾ സാർവത്രികമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുമെന്ന അദ്ദേഹത്തിന്റെ പ്രവചനം ഒരുപക്ഷേ കൂടുതൽ ആശ്ചര്യകരമാണ്.