इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच का इंटरफ़ेस काफी हद तक उस दक्षता में योगदान देता है जिसके साथ बैटरी ऊर्जा परिवर्तित करती है।हाल के वर्षों में, बेहतर प्रदर्शन करने वाली बैटरियों को विकसित करने के उद्देश्य से किए गए कई प्रयासों ने रिचार्जेबल बैटरियों, विशेष रूप से लिथियम-मेटल बैटरियों (एलएमबी) की ऊर्जा घनत्व को बढ़ावा देने के लिए इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस को तैयार करने पर ध्यान केंद्रित किया है।

एलएमबी ऐसे बैटरी समाधानों का वादा कर रहे हैं जो आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले ग्रेफाइट-आधारित एनोड के बजाय ली मेटल एनोड को एकीकृत करते हैं।लिथियम आयन बैटरी(LiBs)।LiBs की तुलना में, ये बैटरियां काफी अधिक ऊर्जा घनत्व और तेज़ चार्जिंग गति प्रदर्शित कर सकती हैं।

बहरहाल, अब तक विकसित कई एलएमबी में महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं, जैसे उच्च विनिर्माण लागत, कम कूलम्बिक दक्षता और चार्जिंग के दौरान ली डेंड्राइट की वृद्धि।ली डेंड्राइट पेड़ जैसी ली धातु-आधारित संरचनाएं हैं जो बैटरी चार्ज करते समय एनोड की सतह पर बन सकती हैं, जिससे ओवरहीटिंग और संभावित आग का खतरा बढ़ जाता है, साथ ही बैटरी का प्रदर्शन भी कम हो जाता है।

एलएमबी की इस प्रमुख सीमा को दूर करने का एक संभावित समाधान ली को विनियमित करना है⁺सॉलिड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेज़ (एसईआई) के गठन को सुविधाजनक बनाने और इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस को स्थिर करने के लिए सॉल्वेशन संरचना और नए इलेक्ट्रोलाइट्स को डिज़ाइन करना।जबकि कई अध्ययन इन लक्ष्यों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, बहुत कम लोगों ने यह पता लगाया है कि बैटरी में ढांकता हुआ वातावरण इस इंटरफ़ेस को स्थिर/डी-स्थिर करने में कैसे योगदान देता है।

झेजियांग विश्वविद्यालय और चीन के अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं ने हाल ही में इस शोध प्रश्न की खोज में एक अध्ययन किया।उनका पेपर,प्रकाशितमेंप्रकृति ऊर्जा, एक ढांकता हुआ प्रोटोकॉल की रूपरेखा तैयार करता है जो एलएमबी से जुड़े कुछ मुद्दों को संबोधित करने में मदद कर सकता है, संभावित रूप से उनकी सुरक्षा और विश्वसनीयता को बढ़ा सकता है।

पेपर के सह-लेखक शियुलिन फैन ने टेकएक्सप्लोर को बताया, "जैसे-जैसे इलेक्ट्रिक वाहन और ऊर्जा भंडारण बाजार बढ़ रहे हैं, एलआईबी की मांग बढ़ती रहेगी।""हालांकि, कम कार्बन या कार्बन मुक्त अर्थव्यवस्था प्राप्त करने के लिए, हमें ऐसी बैटरियों की आवश्यकता है जो वर्तमान एलआईबी से बेहतर प्रदर्शन करती हैं। इसके लिए 500 Wh/kg से अधिक ऊर्जा घनत्व वाली ऊर्जा भंडारण तकनीक की आवश्यकता है, जो विद्युत उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सके।एलआईबी की तुलना में एक बार चार्ज करने पर अधिक समय तक चलने वाली लिथियम धातु बैटरी (एलएमबी) ने ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के बजाय धातु इलेक्ट्रोड के साथ हमारा ध्यान आकर्षित किया है, फिर भी इन बैटरियों को प्रयोगशाला और उद्योग दोनों में समय से पहले मौत के मुद्दों का सामना करना पड़ता है। हमारा मुख्य उद्देश्य लंबे समय तक विकसित करना था-स्थायी और उच्च-ऊर्जा-घनत्व एलएमबी।"

शोधकर्ताओं के पेपर में पेश किए गए एलएमबी को डिजाइन करने का दृष्टिकोण इंटरफेशियल इलेक्ट्रिक क्षेत्र के प्रभावों पर विचार करता है, जिसे इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ पर बैटरी के डाइइलेक्ट्रिक्स के माध्यम से संशोधित किया जा सकता है।बैटरियों में उपयोग किए जाने वाले ढांकता हुआ माध्यम को विनियमित करके, उनका प्रोटोकॉल धनायन-आयन समन्वय की अखंडता सुनिश्चित करता है, जो आयन-समृद्ध इलेक्ट्रोलाइट के इंटरफेशियल विद्युत क्षेत्र के संपर्क से एसईआई के गठन को सक्षम करता है।

फैन ने समझाया, "ढांकता हुआ प्रोटोकॉल के लिए धनायन-आयन जोड़े को उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के साथ एक गैर-विलायक विलायक में रखने की आवश्यकता होती है, जो धनायन-आयन जोड़े को विद्युत क्षेत्र द्वारा पृथक्करण से बचा सकता है।""यह इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस के पास एक आयन-समृद्ध क्षेत्र बनाता है। इस तरह का एक इंटरफ़ेशियल कॉन्फ़िगरेशन इंटरफ़ेस पर आयनों के अपघटन को प्राथमिकता दे सकता है, जिससे ली-मेटल पाउच कोशिकाओं में ली जमा के लिए मजबूत इंटरफ़ेशियल रसायन शास्त्र प्रदान किया जा सकता है।"

झांग, ली और उनके सहयोगियों ने लिखा, "आवेशित इंटरफेस पर, धनायन जोड़े एक आवधिक दोलन वितरण में व्यवस्थित होते हैं।""कम-दोलन आयाम इलेक्ट्रोलाइट अपघटन को बढ़ा देता है और सतह प्रतिबाधा को बढ़ाता है। हम एक ढांकता हुआ प्रोटोकॉल का प्रस्ताव करते हैं जो इन मुद्दों को संबोधित करते हुए इंटरफेस पर उच्च दोलन आयाम के साथ धनायन-आयन समन्वय बनाए रखता है।"

अपने नए प्रस्तावित प्रोटोकॉल का उपयोग करते हुए, टीम को अल्ट्रा-लीन का एहसास हुआइलेक्ट्रोलाइट(1âgâआह^â1), जिसका उन्होंने लिथियम-मेटल पाउच कोशिकाओं में परीक्षण किया।परिणामी थैली कोशिकाएं 500âWhâkg की उल्लेखनीय ऊर्जा घनत्व प्रदर्शित करती पाई गईं।^â1.

फैन ने कहा, "यह कार्य चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर आयनों और धनायनों के स्थानिक वितरण को प्रकट करता है।""यह हमें इलेक्ट्रोलाइट संरचना को अनुकूलित करके इंटरफ़ेस गुणों को समायोजित करने की अनुमति देता है, जिससे बैटरी के प्रदर्शन में सुधार हो सकता है।"

अन्य शोध समूह जल्द ही एलएमबी के लिए अन्य आशाजनक इलेक्ट्रोलाइट्स तैयार करने के लिए इस शोध टीम के ढांकता हुआ-मध्यस्थ दृष्टिकोण से प्रेरणा ले सकते हैं।सामूहिक रूप से, ये प्रयास अधिक विश्वसनीय उच्च-घनत्व बैटरी समाधानों के विकास में योगदान दे सकते हैं।

फैन ने कहा, "ली-मेटल बैटरियों का उच्च ऊर्जा घनत्व आग और विस्फोट जैसे गंभीर सुरक्षा खतरों का कारण बन सकता है।""हमारे भविष्य के काम का उद्देश्य ऊर्जा भंडारण तकनीक प्राप्त करने के लिए यथार्थवादी परिस्थितियों में ली-मेटल बैटरियों की चक्र स्थिरता को बढ़ाना है जो उच्च ऊर्जा घनत्व और सुरक्षा दोनों को जोड़ती है।"

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