लिथियम-आयन बैटरियां (LiBs) दुनिया भर में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली रिचार्जेबल बैटरियां बन गई हैं।ऊर्जा शोधकर्ता और सामग्री वैज्ञानिक वैकल्पिक सामग्रियों की पहचान करने की कोशिश कर रहे हैं जो एलआईबी घटकों के रूप में काम कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से निर्माण लागत में उल्लेखनीय वृद्धि किए बिना बैटरी प्रदर्शन और दक्षता में सुधार हो सकता है।

आज तक, ग्रेफाइट अपनी अपेक्षाकृत कम लागत, हल्के वजन और स्थायित्व के कारण, LiBs के लिए सबसे अधिक नियोजित एनोड सामग्री रही है।हालाँकि, हाल के वर्षों में, अध्ययनों ने ग्रेफाइट-आधारित एनोड के आशाजनक विकल्पों की पहचान की है, जिनमें से एक सूक्ष्म आकार के मिश्रधातु एनोड है।

मिश्रधातु एनोड पर आधारित होते हैंमिश्र धातुजो लिथियम के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, जैसे सिलिकॉन (Si), टिन (Sn) या एल्यूमीनियम (Al)।इन मिश्र धातुओं पर आधारित एनोड में ग्रेफाइट एनोड पर उल्लेखनीय लाभ हो सकते हैं, जिसमें कम लागत और बैटरी की क्षमता बढ़ाने की क्षमता शामिल है।

अपने संभावित लाभों के बावजूद, सूक्ष्म आकार के मिश्रधातु एनोड अब तक ग्रेफाइट एनोड की तुलना में कम विश्वसनीय साबित हुए हैं।इसका एक कारण यह है कि अक्सर उनकी क्षमता में तेजी से गिरावट आती है और कूलम्बिक क्षमता कम होती है, खासकर जब कार्बोनेट पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ मिलाया जाता है।

पिछले अध्ययनों में पाया गया है कि ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई),सुरक्षात्मक परतजो बैटरी साइक्लिंग के दौरान एनोड पर बनता है, मिश्रधातु से बहुत मजबूती से बंध जाता है।इससे एसईआई और मिश्र धातु दोनों पर संरचनात्मक दरारें हो सकती हैं, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रोलाइट प्रवेश कर सकता है, जिससे बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज होने पर नई एसईआई परतें बन सकती हैं।

सूक्ष्म आकार के मिश्रधातु एनोड वाली बैटरियों में देखी गई परिणामी तीव्र गिरावट ने अब तक उनके व्यापक उपयोग और व्यावसायीकरण को सीमित कर दिया है।

में एककागज़में प्रकाशितप्रकृति ऊर्जामैरीलैंड विश्वविद्यालय और रोड आइलैंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नया असममित इलेक्ट्रोलाइट पेश किया जो सूक्ष्म आकार के मिश्रधातु एनोड के साथ LiBs के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।

ऐ-मिन ली, ज़ेयी वांग और उनके सहयोगियों ने अपने पेपर में लिखा है, "नैनो-आकार के मिश्र धातु एनोड का उपयोग सेल चक्र जीवन को बढ़ा सकता है, लेकिन बैटरी कैलेंडर जीवन को भी कम करता है और विनिर्माण लागत को बढ़ाता है।"

"हमने LiF-समृद्ध अकार्बनिक SEI बनाने के लिए असममित इलेक्ट्रोलाइट्स (विलायक मुक्त आयनिक तरल पदार्थ और आणविक विलायक) विकसित करके सूक्ष्म आकार के Si, Al, Sn और Bi एनोड के चक्र प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार किया, जिससे 90âmAh μSi||LiNi सक्षम हो गया।_0.8एम.एन._0.1सह_0.1हे₂और 70âmAh ली_3.75Si||SPAN पाउच सेल (क्षेत्रीय क्षमता 4.5âmAhâcm^â2;>85% की उच्च क्षमता अवधारण के साथ >400 चक्र प्राप्त करने के लिए 1.4) का एन/पी।

शोधकर्ताओं ने एक नए इलेक्ट्रोलाइट को डिजाइन और संश्लेषित किया जो सूक्ष्म आकार के मिश्रधातु एनोड और उच्च-ऊर्जा कैथोड के साथ संयुक्त होने पर अनुकूल प्रदर्शन कर सकता है।यह इलेक्ट्रोलाइट एन-मिथाइल-एन (2-मेथॉक्सीएथॉक्सी) मिथाइल पायरोलिडिनियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट पर आधारित है, जिसे संक्षेप में एनएमईपी कहा जाता है।

"असममित इलेक्ट्रोलाइट डिज़ाइन LiF-समृद्ध इंटरफ़ेज़ बनाता है जो उच्च क्षमता वाले एनोड और उच्च-ऊर्जा कैथोड को लंबे चक्र जीवन को प्राप्त करने और उच्च-ऊर्जा ली-आयन बैटरी के लिए एक सामान्य समाधान प्रदान करने में सक्षम बनाता है," ली, वांग और उनके सहयोगियों ने लिखा।

उनका मूल्यांकन करनाइलेक्ट्रोलाइटइसकी क्षमता को देखते हुए, टीम ने बड़े LiB पाउच सेल में इसका परीक्षण किया।उनके निष्कर्ष अत्यधिक आशाजनक थे, क्योंकि कोशिकाओं ने 140 एमएएच जी से ऊपर उच्च क्षमता प्राप्त की थी^-1200 चक्रों के लिए, 400 ऑपरेशन चक्रों के बाद अपनी क्षमता का 85% से अधिक बनाए रखना।

शोधकर्ताओं का नया पेश किया गया असममित डिज़ाइन LiPF के बीच अनुकूलता को बढ़ाता है₆नमक, LiBs का एक प्रमुख घटक, और कम कटौती क्षमता वाले डाइमिथाइल ईथर (DME), सूक्ष्म आकार के मिश्र धातु एनोड पर LiF इंटरफेस के विश्वसनीय गठन को सक्षम करते हैं।

भविष्य में, इसे विभिन्न प्रकार की बैटरियों पर परीक्षण किया जा सकता हैएनोडऔर कैथोड रचनाएँ, संभावित रूप से अगली पीढ़ी के बैटरी समाधानों के विकास में योगदान दे रही हैं।

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