ఫ్లెక్సిబుల్ సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీలు అంటే ఏమిటి?

అంతర్జాతీయ శాస్త్రవేత్తల బృందం కొత్త రకం సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేసింది, ఇది ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల పరిధిని పెంచుతుంది మరియు ల్యాప్‌టాప్‌లు మరియు స్మార్ట్‌ఫోన్‌లలో మంటలను నిరోధించగలదు. రచయితలు తమ పరిశోధనలను అడ్వాన్స్‌డ్ ఎనర్జీ మెటీరియల్స్‌లో వివరిస్తారు. సంప్రదాయ రీఛార్జి చేయగల బ్యాటరీలలో ఉపయోగించే ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను 'ఘన', సిరామిక్ వాటితో భర్తీ చేయడం ద్వారా అవి మరింత ప్రభావవంతమైన, దీర్ఘకాలం ఉండే బ్యాటరీలను ఉత్పత్తి చేయగలవు, అవి ఉపయోగం కోసం కూడా సురక్షితమైనవి. ఈ ప్రయోజనాలు ఎలక్ట్రిక్ కార్లతో సహా అన్ని రకాల పరికరాల కోసం మరింత సమర్థవంతమైన, పచ్చని బ్యాటరీలకు మార్గం సుగమం చేస్తాయని పరిశోధకులు భావిస్తున్నారు.

US మరియు UK నుండి అధ్యయన రచయితలు కొంతకాలంగా లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలలో ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు ప్రత్యామ్నాయాలను అన్వేషిస్తున్నారు. 2016లో వారు సాంప్రదాయ లిథియం అయాన్ కణాల కంటే రెండు రెట్లు ఎక్కువ వోల్టేజీతో పనిచేయగల ఘన-స్థితి బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేయడాన్ని ప్రకటించారు, కానీ అదే సామర్థ్యంతో.

వారి తాజా డిజైన్ ఈ మునుపటి సంస్కరణలో గణనీయమైన మెరుగుదలను సూచిస్తున్నప్పటికీ, MIT నుండి పరిశోధకుడు ప్రొఫెసర్ డోనాల్డ్ సాడోవే ఇంకా మెరుగుదలకు స్థలం ఉందని పేర్కొన్నాడు: "ఎత్తైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సిరామిక్ పదార్థాలలో అధిక అయానిక్ వాహకతను సాధించడం కష్టం," అని ఆయన వివరించారు. "ఇది అద్భుతమైన విజయం." ఈ మెరుగైన బ్యాటరీలను పరీక్షించిన తర్వాత ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు లేదా విమానాలకు శక్తినిచ్చే వాహనాలకు కూడా సరిపోతాయని పరిశోధకులు భావిస్తున్నారు.

ఘన స్థితిలో ఉన్న బ్యాటరీలు వేడెక్కడం వల్ల ఏర్పడే నష్టం, మండే, ద్రవ పదార్థాల కంటే సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా నిరోధించబడుతుంది. బ్యాటరీ దెబ్బతింటుంటే మరియు మండించకుండా సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్ చార్లను వేడెక్కడం ప్రారంభిస్తే, అది మంటలను పట్టుకోకుండా నిరోధిస్తుంది. ఈ ఘన పదార్థాల నిర్మాణంలోని రంధ్రాలు ఘనపదార్థంలో విస్తరించిన నెట్‌వర్క్ ద్వారా కదులుతున్న అయాన్‌లతో ఎక్కువ విద్యుత్ చార్జ్‌ను మోయడానికి కూడా వీలు కల్పిస్తాయి.

మండే ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో పోలిస్తే శాస్త్రవేత్తలు తమ బ్యాటరీల వోల్టేజ్ మరియు కెపాసిటెన్స్ రెండింటినీ పెంచగలిగారని ఈ లక్షణాలు సూచిస్తున్నాయి. వాస్తవానికి, ప్రొఫెసర్ సడోవే ఇలా అన్నారు: "మేము 12 వోల్ట్‌లతో 90 డిగ్రీల C [194°F] వద్ద పనిచేసే ఒక లిథియం-ఎయిర్ సెల్‌ను ప్రదర్శించాము. అది ఎవరూ సాధించని దానికంటే ఎక్కువ."

ఈ కొత్త బ్యాటరీ డిజైన్ మండే ఎలక్ట్రోలైట్‌ల కంటే ఇతర సంభావ్య ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు సాధారణంగా ఆర్గానిక్ వాటి కంటే ఎక్కువ స్థిరంగా ఉంటాయి. "అద్భుతమైన విషయం ఏమిటంటే ఇది ఎంత బాగా పనిచేసింది" అని ప్రొఫెసర్ సడోవే అన్నారు. "మేము ఈ కణంలో ఉంచిన దానికంటే ఎక్కువ శక్తిని పొందాము."

ఈ స్థిరత్వం తయారీదారులు పెద్ద సంఖ్యలో సాలిడ్-స్టేట్ సెల్‌లను ల్యాప్‌టాప్‌లు లేదా ఎలక్ట్రిక్ కార్లలో వేడెక్కడం, పరికరాలను మరింత సురక్షితంగా చేయడం మరియు వాటి క్రియాత్మక జీవితాన్ని పొడిగించడం గురించి ఆందోళన చెందాల్సిన అవసరం లేకుండా వాటిని ప్యాక్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ప్రస్తుతం, ఈ రకమైన బ్యాటరీలు వేడెక్కినట్లయితే, అవి మంటల్లో చిక్కుకునే ప్రమాదం ఉంది - ఇటీవల Samsung Galaxy Note 7 ఫోన్‌లో జరిగింది. దహనాన్ని కొనసాగించడానికి కణాల లోపల గాలి లేనందున ఫలితంగా మంటలు వ్యాపించవు; వాస్తవానికి, వారు ప్రారంభ నష్టం జరిగిన ప్రదేశానికి మించి వ్యాపించలేరు.

ఈ ఘన పదార్థాలు కూడా చాలా కాలం పాటు ఉంటాయి; దీనికి విరుద్ధంగా, మండే ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలను తయారు చేసేందుకు కొన్ని ప్రయత్నాలు, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (100°C కంటే ఎక్కువ) పనిచేస్తాయి, ఇవి మామూలుగా 500 లేదా 600 చక్రాల తర్వాత మంటలను అంటుకుంటాయి. సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు 7500 కంటే ఎక్కువ ఛార్జ్/డిశ్చార్జ్ సైకిల్స్‌ను మంటలను పట్టుకోకుండా తట్టుకోగలవు."

EVల పరిధిని విస్తరించడం మరియు స్మార్ట్‌ఫోన్ మంటలను నివారించడం రెండింటికీ కొత్త పరిశోధనలు చాలా ముఖ్యమైనవి. Sadoway ప్రకారం: "పాత తరం బ్యాటరీలు లెడ్ యాసిడ్ [కార్] స్టార్టర్ బ్యాటరీలను కలిగి ఉన్నాయి. అవి తక్కువ పరిధిని కలిగి ఉన్నాయి, కానీ అవి చాలా నమ్మదగినవి," అని అతను చెప్పాడు, వారి ఊహించలేని బలహీనత ఏమిటంటే "సుమారు 60 ° C కంటే ఎక్కువ వేడిగా ఉంటే. అది నిప్పు అంటుకుంటుంది."

నేటి లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు, దీని నుండి ఒక మెట్టు పైకి ఉన్నాయని ఆయన వివరించారు. "అవి సుదూర శ్రేణిని కలిగి ఉన్నాయి, అయితే అవి తీవ్రమైన వేడెక్కడం మరియు మంటలను పట్టుకోవడం ద్వారా దెబ్బతింటాయి," అని అతను చెప్పాడు, కొత్త సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ సంభావ్యంగా "ప్రాథమిక పురోగతి" అని, ఎందుకంటే ఇది చాలా నమ్మదగిన, సురక్షితమైన పరికరాలకు దారి తీస్తుంది.

MITలోని శాస్త్రవేత్తలు ఈ సాంకేతికత విస్తృతంగా ఉపయోగించబడటానికి ఐదు సంవత్సరాలు పట్టవచ్చని భావిస్తున్నారు, అయితే వచ్చే ఏడాది ప్రారంభంలో కూడా Samsung లేదా Apple వంటి పెద్ద తయారీదారుల నుండి స్మార్ట్‌ఫోన్‌లలో ఈ రకమైన బ్యాటరీలను అమర్చాలని వారు ఆశిస్తున్నారు. ఫోన్‌లతో పాటు ల్యాప్‌టాప్‌లు మరియు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలతో సహా ఈ సెల్‌లకు అనేక వాణిజ్య ఉపయోగాలున్నాయని వారు గుర్తించారు.

అయితే సాంకేతికతను పరిపూర్ణం చేయడానికి ముందు ఇంకా కొంత మార్గం ఉందని ప్రొఫెసర్ సడోవే హెచ్చరిస్తున్నారు. "మేము నిజంగా అద్భుతమైనదిగా కనిపించే సెల్‌ని పొందాము, కానీ ఇది చాలా ప్రారంభ రోజులు.

ఈ పురోగతి తక్షణమే విస్తృతంగా అవలంబించబడుతుందని సాడోవే అభిప్రాయపడ్డారు, ఎందుకంటే ఇది చాలా ఎక్కువ శ్రేణితో EVలకు ఇంధనం అందించడమే కాకుండా స్మార్ట్‌ఫోన్ మంటలను నిరోధించే సామర్థ్యాన్ని కూడా కలిగి ఉంది. చాలా మంది తయారీదారులు తమ భద్రత మరియు విశ్వసనీయతను ఒప్పించిన తర్వాత ఐదేళ్లలోపు ఘన స్థితి బ్యాటరీలు విశ్వవ్యాప్తంగా ఉపయోగించబడతాయని అతని అంచనా బహుశా మరింత ఆశ్చర్యకరమైనది.