वैज्ञानिकों ने ठोस अवस्था वाली लिथियम-आयन बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में उपयोग के लिए एक स्थिर और अत्यधिक प्रवाहकारी लिथियम-आयन कंडक्टर की खोज की है।
शोध के मुताबिक, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स वाली ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियां ज्वलनशील नहीं होती हैं और उनमें तरल इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है। उनसे इलेक्ट्रिक वाहनों जैसी पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट ली-आयन बैटरियों के बाजार में हिस्सेदारी लेने की उम्मीद जताई जा रही है।
हालांकि, इन फायदों के बावजूद, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स में ली-आयन चालकता कम होती है और पर्याप्त इलेक्ट्रोड-ठोस इलेक्ट्रोलाइट संपर्क हासिल करने में चुनौतियां पैदा होती हैं। जबकि सल्फाइड-आधारित ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स प्रवाहकीय होते हैं, वे नमी के साथ प्रतिक्रिया करके विषाक्त हाइड्रोजन डाइसल्फाइड बनाते हैं।
इसलिए, सुरक्षित, लंबे समय तक चलने वाली और तेजी से चार्ज होने वाली सॉलिड-स्टेट ली-आयन बैटरी बनाने के लिए बिना सल्फाइड वाली ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की आवश्यकता होती है।
केमिस्ट्री ऑफ मैटेरियल्स नामक पत्रिका में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में, अध्ययनकर्ताओं ने एक स्थिर और अत्यधिक ऊर्जा वाली ली-आयन की खोज की।
अध्ययन के हवाले से शोधकर्ता ने कहा कि ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम-आयन सेकेंडरी बैटरी बनाना कई बैटरी शोधकर्ताओं का लंबे समय से सपना रहा है। शोधकर्ताओं ने एक ऑक्साइड सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट की खोज की है जो ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम का एक प्रमुख घटक है, आयन बैटरियां, जिनमें उच्च ऊर्जा घनत्व और सुरक्षा दोनों हैं, हवा में स्थिर होने के अलावा, सामग्री पहले बताए गए ऑक्साइड ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में अधिक ऊर्जा के साथ लंबे समय तक चलती है।
-10 डिग्री सेल्सियस पर भी, नई सामग्री में कमरे के तापमान पर पारंपरिक ऑक्साइड-आधारित ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के समान ऊर्जा होती है। इसके अलावा 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर की ऊर्जा को भी परखा गया है, इस ठोस इलेक्ट्रोलाइट की ऑपरेटिंग रेंज -10 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस है।
पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों का उपयोग शून्य से नीचे के तापमान पर नहीं किया जा सकता है। इसलिए, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले मोबाइल फोन के लिए लिथियम-आयन बैटरी की परिचालन स्थिति शून्य डिग्री सेल्सियस से 45 डिग्री सेल्सियस है।
शोध के मुताबिक, इस सामग्री में ली-आयन चालन तंत्र की जांच की गई। पाइरोक्लोर-प्रकार की संरचना का पहला रास्ता एमओ 6 ऑक्टाहेड्रा द्वारा बनाई गई सुरंगों में स्थित एफ आयनों को कवर करता है। चालन तंत्र एफ आयनों के साथ बंध बदलते समय ली-आयनों की अनुक्रमिक गति रहती है।
ली आयन हमेशा विषम स्थितियों से गुजरते हुए निकटतम ली स्थिति में चले जाते हैं। एफ आयन से बंधा स्थिर एलए3+ चालन पथ को अवरुद्ध करके और आसपास की विषम या मेटास्टेबल स्थितियों को गायब करके ली-आयन चालन को रोकता है।
मौजूदा लिथियम-आयन सेकेंडरी बैटरियों के विपरीत, ऑक्साइड-आधारित सभी सॉलिड-स्टेट बैटरियों में नुकसान के कारण इलेक्ट्रोलाइट रिसाव का कोई खतरा नहीं होता है और सल्फाइड-आधारित बैटरियों की तरह जहरीली गैस उत्पन्न होने का कोई खतरा नहीं होता है। इसलिए, इस नए काम से भविष्य के शोध को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है।
नई खोजी गई सामग्री सुरक्षित है और पहले बताए गए ऑक्साइड-आधारित ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में अधिक ऊर्जा के साथ लंबे समय तक चलती है। इस सामग्री का उपयोग क्रांतिकारी बैटरियों के विकास के लिए आशाजनक है जो कम से बहुत अधिक तक अलग-अलग तापमान में काम कर सकते हैं। शोध में शोधकर्ता का मानना है कि इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के प्रयोग के लिए प्रदर्शन बेहतर है।
विशेष रूप से, नई सामग्री अत्यधिक स्थिर है और क्षतिग्रस्त होने पर नहीं जलेगी। यह हवाई जहाज और अन्य स्थानों के लिए उपयुक्त है जहां सुरक्षा महत्वपूर्ण है। यह इलेक्ट्रिक वाहनों जैसे उच्च क्षमता वाले प्रयोगों के लिए भी उपयुक्त है, क्योंकि इसका उपयोग उच्च तापमान और तेजी से रिचार्ज करने में किया जा सकता है। इसके अलावा, यह बैटरी, घरेलू उपकरणों और चिकित्सा उपकरणों में भी उपयोग की जा सकती है।
शोध के हवाले से शोधकर्ताओं ने कहा हमने न केवल अधिक ऊर्जा के साथ लंबे समय तक चलने और वायु स्थिरता के साथ एक ली-आयन कंडक्टर की खोज की है, बल्कि पायरोक्लोर-प्रकार ऑक्सीफ्लोराइड के साथ एक नए प्रकार के सुपरियोनिक कंडक्टर भी पेश किया है।
लिथियम के आसपास की स्थानीय संरचना की खोज, संचालन के दौरान उनके गतिशील परिवर्तन और सभी ठोस-बैटरियों के लिए ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में उनकी क्षमता भविष्य के शोध के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्र हैं।