අතිශය අඩු උෂ්ණත්ව බැටරි ආරක්ෂිත කිරීම සඳහා වායුමය ඉලෙක්ට්‍රෝලය ස්ථායීකරණය කරන බෙදුම්කරුවෙකු ඉංජිනේරුවන් විසින් නිපදවා ඇත.

කැලිෆෝනියා සැන් ඩියාගෝ විශ්ව විද්‍යාලයේ නැනෝ ඉංජිනේරුවන් විසින් බැටරියේ ඇති වායුමය ඉලෙක්ට්‍රෝලය වාෂ්ප වීම වැළැක්වීම සඳහා කැතෝඩය සහ ඇනෝඩය අතර බාධකයක් ලෙස ක්‍රියා කළ හැකි බැටරි බෙදුම්කරුවෙකු නිපදවා ඇති බව විදෙස් මාධ්‍ය වාර්තා කරයි. නව ප්රාචීරය කුණාටුවෙහි අභ්යන්තර පීඩනය සමුච්චය වීම වළක්වයි, එමගින් බැටරිය ඉදිමීම සහ පිපිරීමෙන් වළක්වයි.

පර්යේෂණ නායක, සැන් ඩියාගෝ, කැලිෆෝනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ ජේකොබ්ස් ඉංජිනේරු පාසලේ නැනෝ ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය ෂෙන්ග් චෙන් පැවසුවේ: "වායු අණු උගුලට හසු කර ගැනීමෙන්, පටලයට වාෂ්පශීලී විද්‍යුත් විච්ඡේදක සඳහා ස්ථායීකාරකයක් ලෙස ක්‍රියා කළ හැකිය."

නව බෙදුම්කරුට අතිශය අඩු උෂ්ණත්වවලදී බැටරි කාර්ය සාධනය වැඩි දියුණු කළ හැකිය. ප්රාචීරය භාවිතා කරන බැටරි සෛලය සෘණ 40 ° C දී ක්‍රියා කළ හැකි අතර, ධාරිතාව ග්‍රෑම් එකකට මිලිඇම්පියර් පැය 500 ක් තරම් ඉහළ විය හැකි අතර, වාණිජ ප්‍රාචීරය බැටරියට මෙම අවස්ථාවෙහි ශුන්‍ය බලයක් ඇත. පර්යේෂකයන් පවසන්නේ එය මාස දෙකක් භාවිතයට නොගෙන සිටියද බැටරියේ සෛල ධාරිතාව තවමත් ඉහළ මට්ටමක පවතින බවයි. මෙම කාර්ය සාධනය පෙන්නුම් කරන්නේ ප්රාචීරය ගබඩා ආයු කාලය දීර්ඝ කළ හැකි බවයි. මෙම සොයාගැනීම පර්යේෂකයන්ට ඔවුන්ගේ ඉලක්කය තවදුරටත් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට ඉඩ සලසයි: අභ්‍යවකාශ යානා, චන්ද්‍රිකා සහ ගැඹුරු මුහුදේ නැව් වැනි අයිස් සහිත පරිසරවල වාහන සඳහා විදුලිය සැපයිය හැකි බැටරි නිෂ්පාදනය කිරීමට.

මෙම පර්යේෂණය පදනම් වී ඇත්තේ සැන් ඩියාගෝ හි කැලිෆෝනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ නැනෝ ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය යින්ග් ෂර්ලි මෙන්ග්ගේ රසායනාගාරයේ අධ්‍යයනයක් මත ය. මෙම පර්යේෂණය ප්‍රථම වතාවට 60°C අඩු පරිසරයක හොඳ කාර්ය සාධනයක් පවත්වා ගත හැකි බැටරියක් නිපදවීමට විශේෂිත ද්‍රව වායු ඉලෙක්ට්‍රෝලය භාවිතා කරයි. ඒවා අතර, ද්රව වායු ඉලෙක්ට්රෝලය යනු පීඩනය යෙදීමෙන් ද්රවීකරණය කරන ලද වායුවක් වන අතර සාම්ප්රදායික ද්රව ඉලෙක්ට්රෝටේට වඩා අඩු උෂ්ණත්වයන්ට වඩා ප්රතිරෝධී වේ.

නමුත් මේ ආකාරයේ ඉලෙක්ට්රෝලය දෝෂයක් ඇත; ද්රව සිට වායුව දක්වා වෙනස් කිරීම පහසුය. චෙන් පැවසුවේ: "මෙම ගැටළුව මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝලය සඳහා ඇති විශාලතම ආරක්‍ෂිත ගැටළුවයි." ද්රව අණු ඝනීභවනය කිරීම සඳහා පීඩනය වැඩි කිරීම අවශ්ය වන අතර ඉලෙක්ට්රෝලය භාවිතා කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්රෝලය ද්රව තත්වයක තබා ගත යුතුය.

Chen ගේ රසායනාගාරය මෙම ගැටළුව විසඳීම සඳහා කැලිෆෝනියාවේ කැලිෆෝනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ නැනෝ ඉංජිනේරු විද්‍යාව පිළිබඳ මහාචාර්ය මෙන්ග් සහ ටොඩ් පැස්කල් සමඟ සහයෝගයෙන් කටයුතු කළේය. පැස්කල් වැනි පරිගණක විශේෂඥයන්ගේ ප්‍රවීණත්වය චෙන් සහ මෙන්ග් වැනි පර්යේෂකයන් සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් වාෂ්පීකරණය වූ ඉලෙක්ට්‍රෝලය ඉක්මනින් අධික පීඩනයකින් තොරව ද්‍රවීකරණය කිරීමේ ක්‍රමයක් නිර්මාණය කර ඇත. ඉහත සඳහන් කළ පුද්ගලයින් සැන් ඩියාගෝ හි කැලිෆෝනියා විශ්ව විද්‍යාලයේ ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ විද්‍යා හා ඉංජිනේරු මධ්‍යස්ථානය (MRSEC) සමඟ අනුබද්ධ වේ.

මෙම ක්‍රමය කුඩා නැනෝ පරිමාණ අවකාශයන් තුළ සිර වූ විට වායු අණු ස්වයංසිද්ධව ඝනීභවනය වන භෞතික සංසිද්ධියකින් ලබා ගනී. මෙම සංසිද්ධිය කේශනාලිකා ඝනීභවනය ලෙස හැඳින්වේ, අඩු පීඩනයකදී වායුව ද්රව බවට පත් කළ හැකිය. පර්යේෂක කණ්ඩායම මෙම සංසිද්ධිය භාවිතා කළේ ෆ්ලෝරෝමීතේන් වායුවෙන් සෑදූ ද්‍රව වායු ඉලෙක්ට්‍රෝලය වන අතිශය අඩු උෂ්ණත්ව බැටරිවල ඉලෙක්ට්‍රෝලය ස්ථායීකරණය කළ හැකි බැටරි බෙදුම්කරුවෙකු තැනීමටය. පර්යේෂකයන් පටලය නිර්මාණය කිරීම සඳහා ලෝහ-කාබනික රාමුවක් (MOF) ලෙස හැඳින්වෙන සිදුරු සහිත ස්ඵටිකරූපී ද්රව්යයක් භාවිතා කරන ලදී. MOF හි ඇති සුවිශේෂී දෙය නම් එය කුඩා සිදුරු වලින් පිරී ඇති අතර එමඟින් ෆ්ලෝරෝමීතේන් වායු අණු උගුලට හසු කර සාපේක්ෂ අඩු පීඩනයකදී ඝනීභවනය කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, fluoromethane සාමාන්යයෙන් ඍණ 30 ° C දී හැකිලෙන අතර 118 psi බලයක් ඇත; නමුත් MOF භාවිතා කරන්නේ නම්, එම උෂ්ණත්වයේ දී සිදුරු වල ඝනීභවන පීඩනය 11 psi පමණි.

චෙන් පැවසුවේ: "මෙම MOF ඉලෙක්ට්රෝලය වැඩ කිරීමට අවශ්ය පීඩනය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරයි. එබැවින්, අපගේ බැටරිය පිරිහීමෙන් තොරව අඩු උෂ්ණත්වවලදී විශාල ධාරිතාවක් සැපයිය හැකිය." පර්යේෂකයන් විසින් ලිතියම්-අයන බැටරියක MOF මත පදනම් වූ බෙදුම්කරුවෙකු පරීක්ෂා කරන ලදී. . ලිතියම්-අයන බැටරිය ෆ්ලෝරෝකාබන් කැතෝඩයකින් සහ ලිතියම් ලෝහ ඇනෝඩයකින් සමන්විත වේ. එය ෆ්ලෝරෝමීතේන් ද්‍රවීකරණය සඳහා අවශ්‍ය පීඩනයට වඩා බෙහෙවින් අඩු 70 psi අභ්‍යන්තර පීඩනයකදී වායුමය ෆ්ලෝරෝමීතේන් ඉලෙක්ට්‍රෝලය සමඟ එය පිරවිය හැක. බැටරියට තවමත් එහි කාමර උෂ්ණත්වයේ ධාරිතාවයෙන් 57%ක් සෘණ 40°C දී පවත්වා ගත හැක. ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, එකම උෂ්ණත්වයේ සහ පීඩනයකදී, ෆ්ලෝරෝමීතේන් අඩංගු වායුමය ඉලෙක්ට්‍රෝලය භාවිතා කරන වාණිජ ප්‍රාචීර බැටරියක බලය පාහේ ශුන්‍ය වේ.

MOF බෙදුම්කරු මත පදනම් වූ ක්ෂුද්‍ර විවරයන් ප්‍රධාන වන්නේ මෙම ක්ෂුද්‍ර විවරයන් අඩු පීඩනයකදී පවා බැටරිය තුළ වැඩි විද්‍යුත් විච්ඡේදක ප්‍රවාහයක් පවත්වා ගත හැකි බැවිනි. වාණිජ ප්රාචීරය විශාල සිදුරු ඇති අතර අඩු පීඩනය යටතේ වායුමය ඉලෙක්ට්රෝලය අණු රඳවා තබා ගත නොහැක. නමුත් මෙම තත්වයන් යටතේ ප්රාචීරය හොඳින් ක්රියා කරන එකම හේතුව ක්ෂුද්රපෝරාව නොවේ. පර්යේෂකයන් විසින් නිර්මාණය කරන ලද ප්රාචීරය මගින් සිදුරු එක් කෙළවරක සිට අනෙක් කෙළවර දක්වා අඛණ්ඩ මාර්ගයක් සෑදීමට ඉඩ සලසයි, එමගින් ලිතියම් අයන ප්රාචීරය හරහා නිදහසේ ගලා යා හැකි බව සහතික කරයි. පරීක්ෂණයේදී, නව ප්රාචීරය භාවිතා කරන බැටරියේ අයනික සන්නායකතාවය ඍණ 40 ° C දී වාණිජ ප්රාචීරය භාවිතා කරන බැටරිය මෙන් දස ගුණයකි.

Chen ගේ කණ්ඩායම දැනට වෙනත් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් මත MOF-පාදක බෙදුම්කාරක පරීක්ෂා කරමින් සිටී. චෙන් පැවසුවේ: "අපි සමාන ප්රතිවිපාක දැක ඇත. මෙම MOF ස්ථායීකාරකයක් ලෙස භාවිතා කිරීමෙන්, වාෂ්පශීලී ඉලෙක්ට්රෝටේට් සහිත සාම්ප්රදායික ලිතියම් බැටරි ඇතුළුව බැටරි ආරක්ෂාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා විවිධ විද්යුත් විච්ඡේදක අණු අවශෝෂණය කළ හැකිය."