20वीं सदी की शुरुआत में, एक्स-रे इमेजिंग के आविष्कार ने चिकित्सा विज्ञान में ज्ञान की एक छलांग प्रदान की।तब से, हम देख सकते हैं कि हमारे शरीर की हड्डियाँ कैसे काम करती हैं, जिससे कई नए उपचार सामने आए हैं।

अब, एक समान दृष्टिकोण का उपयोग करनान्यूट्रॉन इमेजिंगरेडॉक्स फ्लो बैटरियों की आंतरिक कार्यप्रणाली की कल्पना करना संभव बनाता है - एक प्रकार की बैटरी जो मुख्य रूप से सौर और पवन ऊर्जा प्रणालियों में बड़े पैमाने पर भंडारण के लिए उपयोग की जाती है।अध्ययन हैप्रकाशितजर्नल मेंप्रकृति संचार.

इन बैटरियों के अंदर देखने में सक्षम होने से उन्हें बेहतर बनाने की नई संभावनाएं मिलती हैं।

टीयू/ई, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) और स्विट्जरलैंड में पॉल शेरर इंस्टीट्यूट (पीएसआई) के बीच एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग, जिसका नेतृत्व टीयू/ई शोधकर्ता एंटोनी फॉरनर-क्यूएनका ने किया, ने न्यूट्रॉन इमेजिंग का उपयोग करके इस नई विधि को विकसित किया।.

यह सफलता असाधारण गतिमान छवियां प्रदान करती है जो हमें रेडॉक्स फ्लो बैटरियों की आंतरिक कार्यप्रणाली को समझने में मदद करती है।

विभिन्न विषयों में जिज्ञासा-संचालित अनुसंधान

इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि छवियां नए विचारों और समाधानों के लिए प्रेरणा और दिशानिर्देश प्रदान करती हैं।अधिक सीधे तौर पर, यह विधि रेडॉक्स फ्लो बैटरियों के विकास में सहायता कर सकती है, हालांकि फॉरनर कुएनका की टीम द्वारा तैयार की गई नई इमेजिंग तकनीक अन्य वैज्ञानिक विषयों को भी आगे बढ़ने में मदद कर सकती है।"हमारी पद्धति विभिन्न क्षेत्रों में प्रयोग करने और उनसे उधार लेने का परिणाम है। यह सभी विषयों में जिज्ञासा-संचालित अनुसंधान के महत्व का एक रोमांचक उदाहरण है।"

न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जिसका शीर्षक है "न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी के साथ रेडॉक्स प्रवाह बैटरी में एकाग्रता वितरण की मात्रा निर्धारित करना।"फ़ोरनर कुएनका ने अपनी पीएच.डी. के दौरान इस इमेजिंग तकनीक के बारे में बहुत कुछ सीखा।प्रशिक्षण, जो 2013 में पीएसआई में शुरू हुआ।फिर, 2017 में, उन्होंने एमआईटी में पोस्टडॉक्टरल शोध किया, जहां उन्होंने रेडॉक्स फ्लो बैटरी के बारे में सीखा।तभी उसके सिर में बिजली का बल्ब जल गया।

सिस्टम ब्लैक बॉक्स बनकर रह गया

"फ्लो बैटरी के अंदर, गतिशील तरल पदार्थ होते हैं - तथाकथित इलेक्ट्रोलाइट्स। जब बैटरी चार्ज या डिस्चार्ज होती है तो सेल के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है। नतीजतन, इलेक्ट्रोलाइट में आयन और रेडॉक्स अणु अलग-अलग दिशाओं में चलना शुरू कर देते हैं,जिसके परिणामस्वरूप अणुओं की सांद्रता में परिवर्तन होता है।

"वह गति बैटरी के प्रदर्शन और स्थायित्व को निर्धारित करती है, लेकिन आज तक, सिस्टम एक ब्लैक बॉक्स बना हुआ है। एक कार्यशील बैटरी के अंदर देखने और एकाग्रता वितरण की कल्पना करने की क्षमता सिस्टम की हमारी समझ में काफी सुधार करेगी।"

तो बैटरी कैसे काम करती है इसका एक महत्वपूर्ण कारक अज्ञात क्षेत्र रहा, जिसने फॉरनर क्वेंका को सोचने पर मजबूर कर दिया।"हमारा शरीर भी ज्यादातर तरल पदार्थ, अर्थात् पानी से बना है। एक्स-रे उसमें से गुजरते हैं और आपकी हड्डियों में भारी तत्वों के साथ संपर्क करते हैं, जिससे आप शरीर को काटे बिना उन्हें देख सकते हैं।

"न्यूट्रॉन विपरीत तरीके से काम करते हैं: वे बैटरी आवरण सामग्री से आसानी से गुजरते हैं लेकिन तरल इलेक्ट्रोलाइट्स में अणुओं के साथ दृढ़ता से संपर्क करते हैं।"

मौजूदा विज्ञान का एक नया अनुप्रयोग

"कुछ अणुओं के साथ बातचीत करने वाले न्यूट्रॉन की इस मूलभूत संपत्ति का उपयोग हम कर रहे हैंन्यूट्रॉन रेडियोग्राफीप्रवाह बैटरियों में अणुओं की सांद्रता को पहली बार देखने के लिए।" दूसरे शब्दों में, मौजूदा विज्ञान का एक नया अनुप्रयोग।

"वह तकनीक अपने आप में नई नहीं है; इसका उपयोग पहले से ही संग्रहालयों द्वारा किया जाता है, उदाहरण के लिए, यह देखने के लिए कि ऐतिहासिक वस्तुएं किस चीज से बनी हैं, उन्हें नुकसान पहुंचाए बिना। लेकिन अब हम इसका उपयोग गतिशील तरल पदार्थों को देखने के लिए भी कर सकते हैं, जैसे किरिडॉक्स प्रवाह बैटरी।"

हालाँकि, फ़ॉर्नर-क्यूएनका और उनकी टीम द्वारा उपयोग की जाने वाली विधि अभी भी एक्स-रे फोटोग्राफी की तुलना में बहुत अधिक श्रमसाध्य है और स्टॉप-मोशन एनीमेशन के समान है।

"वास्तविक समय में ट्रैक करने के लिए कि बैटरी में तरल पदार्थ की सांद्रता कैसे बदलती है, हम बैटरी के माध्यम से यात्रा करने वाले न्यूट्रॉन के संग्रह के हर 30 सेकंड में लगातार तस्वीरें लेते हैं। हम उन तस्वीरों को एक साथ जोड़ते हैं, इसलिए हमें एक वीडियो प्रदान करते हैं जोदिखाता है कि बैटरी संचालन के दौरान एकाग्रता कैसे बदलती है।"

10 दिन की पाली में 24 घंटे मापन

ये प्रयोग पीएसआई के न्यूट्रॉन स्रोत पर आयोजित किए गए थे।तीन पीएच.डी. की एक सहयोगी टीम।छात्र फ़ोरनर-क्यूएनका-रेमी जैक्वेमोंड, मैक्सिमे वैन डेर हेजडेन और एमरे बोज़ के साथ प्रयोगों के प्रभारी थे, जो अब सफलतापूर्वक स्नातक डॉक्टर हैं।चूंकि प्रयोग गहन थे, टीम ने उत्पादकता को अधिकतम करने के लिए लगभग 10 दिनों तक विभिन्न पारियों में 24 घंटे माप लिया।

"न्यूट्रॉन का उपयोग करने का अवसर प्राप्त करना एक असाधारण अनुभव है; हमें औसतन हर दो साल में केवल एक बार ऐसे उपकरण का उपयोग करने का मौका मिलता है। पीएसआई (स्विट्जरलैंड में पॉल शेरर इंस्टीट्यूट, जहां प्रयोग हुए, एड.) का वार्षिक वार्षिक कार्यक्रम हैमहत्व के आधार पर अंतर्राष्ट्रीय प्रयोग प्रतियोगिता में हमें चार सफल प्रयोग करने का सौभाग्य प्राप्त हुआ है।"

"प्रयास और विशेषज्ञता के संदर्भ में, यह परियोजना चुनौतीपूर्ण थी, और इसकी सफलता के लिए तीन पीएचडी छात्रों का सहयोग आवश्यक था। मुझे इन तीन सहयोगियों पर बहुत गर्व है, जिन्होंने कड़ी मेहनत की और एक सच्ची टीम के रूप में सहयोग किया। यह दर्शाता हैहमारी अनुसंधान टीम और पीएसआई और एमआईटी में अंतरराष्ट्रीय सहयोगियों दोनों के साथ टीमों में काम करने का मजबूत मूल्य।"

सुधार के लिए बहुत सारे क्षेत्र

फ़ोरनर कुएनका के अनुसार, रेडॉक्स प्रवाह बैटरियों में द्रव क्रिया की कल्पना करना कई कारणों से महत्वपूर्ण है।"बेशक, बैटरी के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं को समझने का मतलब है कि हम बेहतर प्रदर्शन करने वाली प्रणालियाँ विकसित कर सकते हैं जो अधिक कुशलता से काम करती हैं और जिनका जीवनकाल लंबा होता है।

"इसलिए, चूंकि इनका उपयोग मुख्य रूप से सौर और पवन से नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है, हम ऊर्जा संक्रमण में योगदान की उम्मीद करते हैं।"सुधार के लिए अभी भी बहुत सारे क्षेत्र हैं, जैसा कि फ़ोरनर कुएनका ने हमारी वेबसाइट पर इस पहले के लेख में बताया था।

हालाँकि, किसी भी नई तकनीक की तरह, यह भविष्य में अन्य संभावनाएँ भी प्रदान करता है।"उदाहरण के लिए, रासायनिक रिएक्टरों का उपयोग प्लास्टिक, सौंदर्य प्रसाधन और दवाओं जैसे सभी प्रकार के उत्पादों को बनाने के लिए किया जाता है। चूंकि हमारी विधि किसी समाधान में कार्बनिक अणुओं के दृश्य को सक्षम बनाती है, हम आशा करते हैं कि अन्य औद्योगिक अनुप्रयोग हमारी इमेजिंग तकनीक से लाभ उठा सकते हैं।"

बदले में, ये नई अंतर्दृष्टि पूरी तरह से अलग तरीकों या विचारों को जन्म दे सकती हैं।"यही बात मुझे सबसे ज्यादा उत्साहित करती है: जिज्ञासा को बढ़ावा देना। आखिरकार, इसी तरह हमने इस नई पद्धति को विकसित किया है। सहयोगात्मक अनुसंधान और जिज्ञासा-संचालित विचार वैज्ञानिक खोजों के दो महत्वपूर्ण तत्व हैं। ईआरसी अनुदान द्वारा समर्थित जो नीले-आकाश परियोजनाओं को गले लगाता है,हम इस पद्धति को विकसित करने में सक्षम थे और हमारे पास भविष्य में आगे बढ़ाने के लिए कई नए विचार हैं।"