ఇంజనీర్లు అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రత బ్యాటరీలను సురక్షితంగా చేయడానికి వాయు ఎలక్ట్రోలైట్‌లను స్థిరీకరించే సెపరేటర్‌ను అభివృద్ధి చేశారు

విదేశీ మీడియా నివేదికల ప్రకారం, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియా శాన్ డియాగోలోని నానో ఇంజనీర్లు బ్యాటరీ సెపరేటర్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది బ్యాటరీలోని వాయు ఎలక్ట్రోలైట్ ఆవిరి కాకుండా నిరోధించడానికి కాథోడ్ మరియు యానోడ్ మధ్య అవరోధంగా పనిచేస్తుంది. కొత్త డయాఫ్రాగమ్ తుఫాను యొక్క అంతర్గత పీడనం పేరుకుపోకుండా నిరోధిస్తుంది, తద్వారా బ్యాటరీ వాపు మరియు పేలుడు నుండి నిరోధిస్తుంది.

శాన్ డియాగోలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని జాకబ్స్ స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌లో నానో ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ జెంగ్ చెన్ ఇలా అన్నారు: "గ్యాస్ అణువులను ట్రాప్ చేయడం ద్వారా, పొర అస్థిర ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు స్టెబిలైజర్‌గా పనిచేస్తుంది."

కొత్త సెపరేటర్ అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీ పనితీరును మెరుగుపరుస్తుంది. డయాఫ్రాగమ్‌ని ఉపయోగించే బ్యాటరీ సెల్ మైనస్ 40°C వద్ద పని చేస్తుంది మరియు కెపాసిటీ గ్రాముకు 500 మిల్లియంపియర్ గంటల వరకు ఉంటుంది, అయితే వాణిజ్య డయాఫ్రాగమ్ బ్యాటరీ ఈ సందర్భంలో దాదాపు సున్నా శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. రెండు నెలల పాటు ఉపయోగించకుండా ఉంచినా.. బ్యాటరీ సెల్ కెపాసిటీ ఎక్కువగానే ఉంటుందని పరిశోధకులు చెబుతున్నారు. డయాఫ్రాగమ్ నిల్వ జీవితాన్ని కూడా పొడిగించగలదని ఈ పనితీరు చూపిస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ పరిశోధకులు తమ లక్ష్యాన్ని మరింతగా సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది: అంతరిక్ష నౌక, ఉపగ్రహాలు మరియు లోతైన సముద్ర నౌకలు వంటి మంచుతో నిండిన వాతావరణంలో వాహనాలకు విద్యుత్‌ను అందించగల బ్యాటరీలను ఉత్పత్తి చేయడానికి.

ఈ పరిశోధన శాన్ డియాగోలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలో నానో ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ యింగ్ షిర్లీ మెంగ్ యొక్క ప్రయోగశాలలో చేసిన అధ్యయనంపై ఆధారపడింది. ఈ పరిశోధన మొదటిసారిగా మైనస్ 60°C వాతావరణంలో మంచి పనితీరును నిర్వహించగల బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేయడానికి ఒక నిర్దిష్ట ద్రవీకృత వాయువు ఎలక్ట్రోలైట్‌ని ఉపయోగిస్తుంది. వాటిలో, ద్రవీకృత వాయువు ఎలక్ట్రోలైట్ అనేది ఒత్తిడిని వర్తింపజేయడం ద్వారా ద్రవీకరించబడిన వాయువు మరియు సాంప్రదాయ ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది.

కానీ ఈ రకమైన ఎలక్ట్రోలైట్ లోపం ఉంది; ద్రవం నుండి వాయువుకు మార్చడం సులభం. చెన్ ఇలా అన్నాడు: "ఈ సమస్య ఈ ఎలక్ట్రోలైట్‌కి అతిపెద్ద భద్రతా సమస్య." ద్రవ అణువులను ఘనీభవించడానికి మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగించడానికి ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ద్రవ స్థితిలో ఉంచడానికి ఒత్తిడిని పెంచాలి.

ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి శాన్ డియాగోలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలో నానో ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ మెంగ్ మరియు టాడ్ పాస్కల్‌తో చెన్ యొక్క ప్రయోగశాల సహకరించింది. పాస్కల్ వంటి కంప్యూటింగ్ నిపుణుల నైపుణ్యాన్ని చెన్ మరియు మెంగ్ వంటి పరిశోధకులతో కలపడం ద్వారా, ఎక్కువ ఒత్తిడిని త్వరగా వర్తించకుండా ఆవిరి ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ద్రవీకరించే పద్ధతిని అభివృద్ధి చేశారు. పైన పేర్కొన్న సిబ్బంది శాన్ డియాగోలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని మెటీరియల్స్ రీసెర్చ్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ సెంటర్ (MRSEC)తో అనుబంధంగా ఉన్నారు.

ఈ పద్ధతి భౌతిక దృగ్విషయం నుండి తీసుకోబడింది, దీనిలో చిన్న నానో-స్కేల్ ఖాళీలలో చిక్కుకున్నప్పుడు గ్యాస్ అణువులు ఆకస్మికంగా ఘనీభవిస్తాయి. ఈ దృగ్విషయాన్ని కేశనాళిక సంగ్రహణ అని పిలుస్తారు, ఇది తక్కువ పీడనం వద్ద వాయువు ద్రవంగా మారుతుంది. ఫ్లోరోమీథేన్ వాయువుతో తయారు చేయబడిన ద్రవీకృత వాయువు ఎలక్ట్రోలైట్ అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రత బ్యాటరీలలో ఎలక్ట్రోలైట్‌ను స్థిరీకరించగల బ్యాటరీ సెపరేటర్‌ను నిర్మించడానికి పరిశోధనా బృందం ఈ దృగ్విషయాన్ని ఉపయోగించింది. పరిశోధకులు పొరను రూపొందించడానికి మెటల్-ఆర్గానిక్ ఫ్రేమ్‌వర్క్ (MOF) అనే పోరస్ స్ఫటికాకార పదార్థాన్ని ఉపయోగించారు. MOF యొక్క ప్రత్యేకత ఏమిటంటే ఇది చిన్న చిన్న రంధ్రాలతో నిండి ఉంటుంది, ఇది ఫ్లోరోమీథేన్ వాయువు అణువులను ట్రాప్ చేయగలదు మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ పీడనం వద్ద వాటిని ఘనీభవిస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఫ్లోరోమీథేన్ సాధారణంగా మైనస్ 30°C వద్ద తగ్గిపోతుంది మరియు 118 psi శక్తిని కలిగి ఉంటుంది; కానీ MOF ఉపయోగించినట్లయితే, అదే ఉష్ణోగ్రత వద్ద పోరస్ యొక్క సంక్షేపణ పీడనం 11 psi మాత్రమే.

చెన్ ఇలా అన్నాడు: "ఈ MOF ఎలక్ట్రోలైట్ పని చేయడానికి అవసరమైన ఒత్తిడిని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది. అందువల్ల, మా బ్యాటరీ క్షీణత లేకుండా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెద్ద మొత్తంలో సామర్థ్యాన్ని అందిస్తుంది." పరిశోధకులు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలో MOF- ఆధారిత సెపరేటర్‌ను పరీక్షించారు. . లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలో ఫ్లోరోకార్బన్ కాథోడ్ మరియు లిథియం మెటల్ యానోడ్ ఉంటాయి. ఇది ఫ్లోరోమీథేన్‌ను ద్రవీకరించడానికి అవసరమైన పీడనం కంటే చాలా తక్కువ 70 psi అంతర్గత పీడనం వద్ద వాయు ఫ్లోరోమీథేన్ ఎలక్ట్రోలైట్‌తో నింపగలదు. బ్యాటరీ ఇప్పటికీ దాని గది ఉష్ణోగ్రత సామర్థ్యంలో 57% మైనస్ 40°C వద్ద నిర్వహించగలదు. దీనికి విరుద్ధంగా, అదే ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద, ఫ్లోరోమీథేన్ కలిగిన వాయు ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగించే వాణిజ్య డయాఫ్రాగమ్ బ్యాటరీ శక్తి దాదాపు సున్నా.

MOF సెపరేటర్‌పై ఆధారపడిన మైక్రోపోర్‌లు కీలకం ఎందుకంటే ఈ మైక్రోపోర్‌లు తక్కువ ఒత్తిడిలో కూడా బ్యాటరీలో ఎక్కువ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ప్రవహించగలవు. వాణిజ్య డయాఫ్రాగమ్ పెద్ద రంధ్రాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు తగ్గిన ఒత్తిడిలో వాయు ఎలక్ట్రోలైట్ అణువులను నిలుపుకోదు. కానీ ఈ పరిస్థితుల్లో డయాఫ్రాగమ్ బాగా పనిచేయడానికి మైక్రోపోరోసిటీ మాత్రమే కారణం కాదు. పరిశోధకులు రూపొందించిన డయాఫ్రాగమ్ రంధ్రాలను ఒక చివర నుండి మరొక చివర వరకు నిరంతర మార్గాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, తద్వారా లిథియం అయాన్లు డయాఫ్రాగమ్ ద్వారా స్వేచ్ఛగా ప్రవహించేలా చేస్తుంది. పరీక్షలో, మైనస్ 40°C వద్ద కొత్త డయాఫ్రాగమ్‌ని ఉపయోగించి బ్యాటరీ యొక్క అయానిక్ వాహకత వాణిజ్య డయాఫ్రాగమ్‌ని ఉపయోగించే బ్యాటరీ కంటే పది రెట్లు ఎక్కువ.

చెన్ బృందం ప్రస్తుతం ఇతర ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై MOF-ఆధారిత సెపరేటర్‌లను పరీక్షిస్తోంది. చెన్ ఇలా అన్నాడు: "మేము ఇలాంటి ప్రభావాలను చూశాము. ఈ MOFని స్టెబిలైజర్‌గా ఉపయోగించడం ద్వారా, బ్యాటరీ భద్రతను మెరుగుపరచడానికి వివిధ ఎలక్ట్రోలైట్ అణువులను శోషించవచ్చు, అస్థిర ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో కూడిన సాంప్రదాయ లిథియం బ్యాటరీలతో సహా."