लिथियम-आयन बैटरी के लिए मैंगनीज बदलाव
22 मार्च 2021 - लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण लिथियम-आयन ऊर्जा भंडारण
उपलब्ध सबसे सस्ती धातुओं में से एक का उपयोग करके कोबाल्ट-मुक्त कैथोड आपूर्ति समस्याओं का मुकाबला कर सकते हैं।
अमेरिकी शोधकर्ताओं ने एक लिथियम-आयन बैटरी बनाई है जो पारंपरिक कोबाल्ट या निकल के बजाय कैथोड सामग्री के रूप में मैंगनीज का उपयोग करती है। यह कार्य इन तेजी से महंगे और सीमित संसाधनों के लिए एक सस्ता और प्रचुर विकल्प प्रदान कर सकता है, जो लिथियम-आयन ऊर्जा भंडारण की तेजी से बढ़ती मांग को पूरा करने का एक तरीका प्रदान करेगा।
अधिकांश लिथियम-आयन बैटरी कैथोड कोबाल्ट या निकल पर निर्भर होते हैं क्योंकि वे आसानी से संरचनाओं को स्तरित और व्यवस्थित रखते हैं। लेकिन 2014 में गेरब्रांड सेडर के नेतृत्व में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के एक समूह ने दिखाया कि अव्यवस्थित संरचना वाली लिथियम-आयन बैटरियां तब तक काम कर सकती हैं जब तक उनमें लिथियम प्रचुर मात्रा में हो, जिससे नई और संभवत: कोशिश करने की संभावना खुल गई है। बेहतर, सामग्री.
कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी, अमेरिका के सेडर और उनके सहयोगियों ने अब एक अव्यवस्थित मैंगनीज-आधारित कैथोड के साथ लिथियम-आयन बैटरी विकसित की है, और दिखाया है कि यह संभावित रूप से कोबाल्ट या निकल की तुलना में अधिक ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है। एमआईटी के मुख्य लेखक जिनह्युक ली कहते हैं, 'हमारा विचार यह था कि अगर हम कैथोड बना सकते हैं जहां हमें लेयरिंग की परवाह नहीं है, तो हम धातुओं के बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम का उपयोग कर सकते हैं।' 'हमने मैंगनीज लेने का फैसला किया क्योंकि यह उपलब्ध सबसे सस्ती धातुओं में से एक है।'
मैंगनीज का उपयोग पहले से ही पारंपरिक स्तरित लिथियम-आयन बैटरी कैथोड में किया जाता है, लेकिन इलेक्ट्रॉन भंडारण में कम भागीदारी के साथ एक स्थिर धातु के रूप में। पूरी तरह से अव्यवस्थित मैंगनीज और अन्य धातु ऑक्साइड से कैथोड बनाने के हाल के प्रयास सीमित हो गए हैं क्योंकि चार्जिंग के दौरान जब लिथियम आयन कैथोड से लिथियम-आधारित एनोड में चले जाते हैं तो बहुत अधिक ऑक्सीजन रेडॉक्स गतिविधि के कारण वे अस्थिर हो जाते हैं और क्षमता खो देते हैं।
इस गतिविधि को कम करने और उच्च क्षमता वाले मैंगनीज ऑक्साइड कैथोड प्राप्त करने के लिए, सीडर की टीम ने एक के बजाय दो इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान के लिए मैंगनीज प्राप्त करने का एक तरीका खोजा, जो कि उच्च क्षमता वाले निकल-आधारित कैथोड करते हैं। इसमें कुछ ऑक्सीजन आयनों को निम्न-वैलेंट फ्लोरीन आयनों के साथ प्रतिस्थापित करके मैंगनीज वैलेंस को एमएन2+ तक कम करना शामिल था, जबकि कुछ मैंगनीज धनायनों को उच्च-वैलेंट नाइओबियम और टाइटेनियम आयनों के साथ स्वैप करना था। इसका मतलब यह था कि मैंगनीज धनायनों का दोहरा रेडॉक्स Mn2+ से Mn4+ तक हो सकता है, जिससे लिथियम आयनों का एक उच्च अंश अस्थिर हुए बिना कैथोड से लिथियम एनोड में स्थानांतरित हो सकता है।
सीडर कहते हैं, 'हमारे प्रयोगशाला पैमाने [बैटरी साइक्लिंग परीक्षण] के परिणाम मौजूदा कैथोड (600-700 Wh/kg) की तुलना में हमारे कैथोड (~ 1000 Wh/kg) की काफी अधिक ऊर्जा घनत्व दिखाते हैं।' 'लेकिन हमारा डेटा व्यावसायिक पैमाने पर नहीं है, इसलिए हमारी सामग्रियों का आगे परीक्षण और अनुकूलन किया जाना चाहिए।'
'हालाँकि व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए चक्र स्थिरता में और सुधार की आवश्यकता है, रिपोर्ट की गई रणनीति बहुत आशाजनक है और विभिन्न उच्च वैलेंटाइन धनायनों की व्यापक खोज की अनुमति देती है,' अमेरिका के जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में ऊर्जा भंडारण की जांच करने वाले ग्लीब युशिन कहते हैं। 'सेल वोल्टेज को बहुत कम मूल्यों तक कम करने की आवश्यकता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में रिपोर्ट की गई प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोगों के लिए बाधा उत्पन्न कर सकती है, लेकिन ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए यह कोई बड़ी बात नहीं होनी चाहिए।'
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