حال ہی میں، سنگھوا یونیورسٹی کے شعبہ کیمیکل انجینئرنگ کے پروفیسر ژانگ کیانگ کی ٹیم نے تمام ٹھوس سٹیٹ میٹل لیتھیم بیٹریوں کے لیے لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے بلک/سطح انٹرفیس ڈھانچے کے ڈیزائن پر تحقیقی نتائج شائع کیے ہیں۔ انہوں نے بلک/سطح کے انٹرفیس ڈھانچے کے ضابطے کی حکمت عملی کی تجویز پیش کی، ایک تیز اور مستحکم Li+/e−pathway بنایا، اور لتیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے تمام ٹھوس سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں میں عملی استعمال کو فروغ دیا۔
بیٹریاں جدید توانائی کے میدان میں ایک اہم کردار ادا کرتی ہیں اور پورٹیبل الیکٹرانک آلات، الیکٹرک گاڑیاں، اور گرڈ پیمانے پر توانائی ذخیرہ کرنے کی ایپلی کیشنز میں بڑی کامیابی حاصل کی ہے۔ تاہم، بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو بہتر بناتے ہوئے، بیٹریوں کی حفاظت کو یقینی بنانا کلیدی حیثیت رکھتا ہے۔ بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو بہتر بنانے کی مانگ میں تیزی سے اضافے کے ساتھ، روایتی کیتھوڈ مواد اور نامیاتی الیکٹرولائٹس پر انحصار کرنے والی روایتی لیتھیم آئن بیٹری ٹیکنالوجی کو طویل مدتی سائیکل استحکام، درجہ حرارت کی وسیع رینج، اور حفاظت میں تکنیکی رکاوٹوں کا سامنا کرنا پڑا ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں، آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریاں اعلی توانائی کی کثافت کی حد کو توڑ سکتی ہیں۔ اپنی بہترین توانائی کی کثافت اور حفاظتی خصوصیات کی وجہ سے، یہ اگلی نسل کی بیٹری کی سب سے امید افزا ٹیکنالوجی بھی بن گئی ہے۔ اس کے باوجود، کلاسک کیتھوڈ مواد فی الحال تمام ٹھوس ریاست لیتھیم بیٹریوں کی اعلی توانائی کی کثافت اور حفاظت کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا۔ لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد تمام ٹھوس سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں کے لیے سب سے زیادہ امید افزا کیتھوڈ مواد بن گئے ہیں کیونکہ ان کی خارج ہونے والی مخصوص صلاحیت 250 mAh/g سے زیادہ یا اس کے برابر، توانائی کی کثافت 1000 Wh/kg سے زیادہ یا اس کے برابر ہے۔ ، اور کم Co اور Ni مواد۔
تاہم، کم الیکٹرانک چالکتا اور واضح طور پر ناقابل واپسی ریڈوکس رد عمل کی وجہ سے، انٹرفیس کا ڈھانچہ شدید طور پر تنزلی کا شکار ہے، جو چارج اور خارج ہونے والے مادہ کے دوران لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے حرکیاتی رویے کو خراب کر دیتا ہے۔ آکسیجن سے فرار کا رجحان اس انٹرفیس کی ناکامی کے رویے کو بڑھاتا ہے، جس سے الیکٹرولائٹ کی آکسیڈیٹیو سڑن ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد اور الیکٹرولائٹس کے درمیان انٹرفیس کے استحکام کو نقصان پہنچتا ہے۔
کام کرنے والی حالت میں بیٹری کے لیے ایک مستحکم Li+ اور e−ٹرانسپورٹ کے راستے کی تعمیر اور برقرار رکھنا عملی حالات کے تحت آل سالڈ اسٹیٹ بیٹریوں کے طویل دور کو فروغ دینے کے لیے شرط ہے۔ تحقیقی ٹیم بلک/سطح انٹرفیس کے ڈھانچے اور جدید ڈیزائن کو ایڈجسٹ کرکے کیتھوڈ میٹریل/ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس پر حالت میں ایک مستحکم اور تیز Li+/e−پاتھ وے بنا سکتی ہے، anionic آکسیجن کی ریڈوکس رد عمل کی سرگرمی کو فروغ دے سکتی ہے، اور اس کی ریورسبلٹی کو بڑھا سکتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹری کے کیتھوڈ مواد کی سطح پر اینیونک آکسیجن کا ریڈوکس رد عمل، اس طرح ہائی وولٹیج ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس کو مستحکم کرتا ہے۔
تصویر 1. لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے بلک/سطح کے انٹرفیس ڈھانچے کے ڈیزائن کی حکمت عملی میں ترمیم کا اسکیمیٹک خاکہ
اس مطالعے نے لتیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے بلک/سطح کے انٹرفیس ڈھانچے کو بہتر بنانے کے لیے ایک قدمی ترکیب کی حکمت عملی تجویز کی، اور بلک ایمبیڈڈ ڈھانچے کے ساتھ لتیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد (5W&LRMO) بنایا، ڈبلیو ڈوپنگ اور Li2WO4 سطح کی کوٹنگ۔ یہ ڈھانچہ لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے بڑے ساختی استحکام کو بڑھاتا ہے، Li+/e− کی منتقلی کینیٹکس کو بہتر بناتا ہے، اور ٹرانزیشن میٹل کیشنز اور anionic آکسیجن کی ریڈوکس سرگرمی کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔ چارج اور ڈسچارج کے عمل کے دوران اینیونک آکسیجن ریڈوکس ری ایکشنز کا چارج معاوضہ حاصل کیا جاتا ہے، اس طرح لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کی سطح پر آکسیجن آئن ریڈوکس ری ایکشنز کے الٹ جانے کو فروغ دیتا ہے اور ہائی وولٹیج ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس کو مستحکم کرتا ہے۔ آپٹمائزڈ انٹرفیس ہائی وولٹیج کی حد میں چارج اور ڈسچارج استحکام کو یقینی بناتا ہے اور طویل سائیکل کے دوران موثر Li+/e−ٹرانسفر کائینیٹکس کو برقرار رکھتا ہے، اس طرح جامع کیتھوڈ مواد میں فعال مادوں کے استعمال کی شرح کو بہتر بناتا ہے۔
تصویر 2. پہلے چارج اور خارج ہونے کے عمل کے دوران لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے انٹرفیشل Li+ ٹرانسپورٹ کینیٹکس کا ارتقاء
اس مطالعہ نے لتیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان انٹرفیس کے مائبادا ارتقاء کے عمل کو ان سیٹو امپیڈینس اسپیکٹروسکوپی (EIS) ٹیسٹنگ کے ساتھ مل کر آرام کے وقت کے تجزیہ (DRT) کا انکشاف کیا۔ مجوزہ طریقہ پہلے چارج اور ڈسچارج اور طویل سائیکل کے عمل کے دوران انٹرفیس کے ارتقاء کے عمل کو دیکھنے کے قابل بناتا ہے۔ مطالعہ لتیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد اور ترمیم سے پہلے اور بعد میں الیکٹرولائٹ کے درمیان انٹرفیس کی ساخت کے ارتقاء کو گہرائی سے سمجھتا ہے۔ یہ پایا گیا ہے کہ ترمیم سے پہلے لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد ہائی وولٹیج پر ناقابل واپسی اینون آکسیجن ریڈوکس رد عمل کی نمائش کرتا ہے، کیتھوڈ اور الیکٹرولائٹ انٹرفیس کو مزید آکسائڈائز کرتا ہے، جس کے نتیجے میں رکاوٹ میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے اور انٹرفیشل Li+ ٹرانسمیشن میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، ترمیم شدہ لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد مستحکم/تیز Li+ بازی حرکیات کی نمائش کرتا ہے، خاص طور پر 4.6 V کے ہائی وولٹیج پر، انٹرفیشل امپیڈینس ویلیو میں تبدیلی کو کم سے کم کرتا ہے۔ لہٰذا، تیز اور زیادہ مستحکم انٹرفیشل Li+ ٹرانسمیشن کو anion آکسیجن ریڈوکس ری ایکشن کی ریورسبلٹی کو بہتر بنا کر فروغ دیا جاتا ہے۔ جامع کیتھوڈ مواد کے لیے ~3 mAh/cm2 یا اس سے بھی زیادہ سطح کی گنجائش کے ساتھ صنعتی درجے کی ایپلی کیشنز حاصل کرنا آسان ہے۔ 25 ڈگری پر، 0.2 C کی شرح پر ہائی-ایریا-لوڈ 5W&LRMO کیتھوڈ مواد کی سطح کی گنجائش تقریباً 2.5 mAh/cm2 ہے، اور 100 سائیکلوں کے بعد صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 88.1% ہے؛ 1 C کی اعلی شرح پر، یہ انتہائی طویل سائیکل استحکام کو ظاہر کرتا ہے، 1200 سائیکلوں کے بعد 84.1 فیصد کی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح کے ساتھ۔ یہ تحقیق لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی کیتھوڈ مواد کے بلک/سطح کے انٹرفیس ڈھانچے کو ڈیزائن کرنے کا ایک نیا طریقہ اور تمام ٹھوس ریاست لتیم بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو بہتر بنانے کا ایک مؤثر طریقہ فراہم کرتی ہے۔
1 اکتوبر کو، متعلقہ تحقیقی نتائج جرنل آف دی امریکن کیمیکل سوسائٹی میں "آل سالڈ اسٹیٹ لیتھیم بیٹریز کے لیے Li-Rich Mn-based Cathodes کے بلک/انٹرفیشل سٹرکچر ڈیزائن" کے عنوان سے شائع ہوئے۔
TOB نئی توانائیکا ایک مکمل سیٹ فراہم کرتا ہے۔ٹھوس ریاست بیٹری کے حلسمیتٹھوس ریاست بیٹری مواد، سالڈ سٹیٹ بیٹری کا سامان، اورٹھوس ریاست بیٹری کی پیداوار لائنحل
