లిథియం అయాన్ నాణెం కణాల బ్యాచ్ పరీక్షించబడుతోంది. | ఫోటో క్రెడిట్: యుసిఎల్ ఫ్యాకల్టీ ఆఫ్ మ్యాథమెటిక్స్ అండ్ ఫిజిక్స్

శాస్త్రవేత్తలు నివేదించారు సైన్స్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ (SSB) లోపాలను భద్రపరచడంలో కీలకం చక్కగా నమోదు చేయబడిన యాంత్రిక చట్టాలలో ఉండవచ్చు, ఎక్కువ కాలం కార్యాచరణ జీవితకాలం కోసం మార్గం సుగమం చేస్తుంది.

బ్యాటరీలో సానుకూల కాథోడ్ మరియు ప్రతికూల యానోడ్ మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రోలైట్ ఉంటుంది. “మొబైల్ ఫోన్‌లలో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలతో సహా చాలా బ్యాటరీలలో, ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ ఒక ద్రవ పరిష్కారం, ఇది నీటిలో ఉప్పుతో సమానంగా ఉంటుంది, ఇది అయాన్లు ఎలక్ట్రోడ్ నుండి ముందుకు వెనుకకు కదలడానికి వీలు కల్పిస్తుంది” అని బెంగళూరులోని ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఇండియన్ సైన్స్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ నాగా ఫాని బి. ఎస్‌ఎస్‌బిని అభివృద్ధి చేస్తున్న అగ్రశ్రేణి భారతీయ సమూహాలలో అతని బృందం ఒకటి.

బ్యాటరీలో, అయాన్లు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి, మరియు ఎలక్ట్రాన్లు కాథోడ్ నుండి బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా యానోడ్ వరకు ప్రవహిస్తాయి, బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేస్తాయి. రివర్స్ ప్రక్రియలో, లిథియం (లి) యానోడ్ ద్వారా విడుదలయ్యే ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని అందించడానికి బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా కాథోడ్‌కు ప్రయాణిస్తాయి. బ్యాటరీ లోపల, సంబంధిత లిథియం అయాన్లు డిశ్చార్జ్ సమయంలో ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా కాథోడ్‌కు నడుస్తాయి.

“వెంట్రుకల మూలాలు”

SSB లి-అయాన్ బ్యాటరీలలో, సిరామిక్ బ్లాక్స్ ఎలక్ట్రోలైట్స్. ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు ఎక్కువసేపు ఉంటాయి, ఎక్కువ శక్తిని నిల్వ చేయగలవు మరియు అస్థిర లేదా మండేవి కావు. వారి ఘన నిర్మాణాలు రెండు ఎలక్ట్రోడ్లను బాగా వేరు చేస్తాయి, ఇది స్థూలమైన భద్రతా పరికరాల అవసరాన్ని మరియు వాటి బరువును తగ్గిస్తుంది. ప్రస్తుతం, నేను నా పేస్‌మేకర్స్ మరియు స్మార్ట్‌వాచ్‌ల కోసం SSBS ని ఉపయోగిస్తాను.

వెనుక వైపు, ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు వాల్యూమ్ మార్పులు మరియు అధిక ఒత్తిళ్లను తట్టుకోలేవు, ఎందుకంటే ఘనపదార్థాలు పగుళ్లు. ఇది డెన్డ్రిటిక్ గ్రోత్ అని పిలువబడే నిరంతర సమస్యను సృష్టిస్తుంది. ఛార్జింగ్ సమయంలో, రియాన్ యానోడ్‌కు మూసివేసి, అక్కడ నిక్షేపం, యానోడ్ వద్ద లిథియం ఫిలమెంట్‌లను ఏర్పరుస్తుంది.

“మీరు ఎప్పుడైనా సెంట్రల్ రూట్ నుండి పెరుగుతున్న వెంట్రుకల మూలాలను చూశారా? ఇది మొక్కలలో జరుగుతుంది మరియు పోషకాలను స్వీకరించే మీ సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది” అని ఏతుకురి చెప్పారు. మొక్కల మూలాల మాదిరిగా, యానోడ్ వీలైనన్ని అయాన్లను గ్రహించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. “SSB లలో లి డెండ్రైట్ల పెరుగుదల దాని మార్గంలో ఎక్కువ లి అయాన్లను స్వీకరించే యానోడ్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది.” అయినప్పటికీ, మూలాలు రాతిలోకి చొచ్చుకుపోయినట్లే, డెండ్రైట్‌లు ఎలక్ట్రోలైట్ పొరలోకి చొచ్చుకుపోతాయి, కాథోడ్‌కు చేరుకుంటాయి, షార్ట్ సర్క్యూట్‌ను సృష్టిస్తాయి.

ఒపెరాండ్ మైక్రోస్కోప్

అటువంటి వైఫల్యాలకు కారణమయ్యే వాస్తవ భౌతిక విధానాలు శాస్త్రవేత్తలకు తెలియదు. ప్రస్తుతం, NZI విశ్వవిద్యాలయంలోని పరిశోధకులు మరియు షాంఘైలోని ఇతర సంస్థలు ఈ సమాధానం తెలిసిన యాంత్రిక సమస్య కావచ్చునని చెప్పారు.

ఆవర్తన లోడింగ్ మరియు అన్‌లోడ్ కారణంగా లోహ పదార్థాలు అలసటకు కారణమవుతాయి. అలసట నుండి పగుళ్లు మరియు పగుళ్లు 80% కంటే ఎక్కువ ఇంజనీరింగ్ బలహీనతలను కలిగి ఉంటాయి. లోహంగా, బ్యాటరీ యొక్క లి యానోడ్లు బహుళ పునర్వినియోగపరచదగిన ఛార్జింగ్ చక్రాల నుండి ఇలాంటి నష్టాన్ని అనుభవిస్తాయని పరిశోధకులు ulated హించారు.

డెన్డ్రైట్స్ “ఒక సూక్ష్మ లక్షణం. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, వాటిని దృశ్యమానం చేయడానికి సూక్ష్మదర్శిని అవసరం. మరియు అవి పెరుగుతున్నప్పుడు వాటిని చూడాలి. దీని కోసం, శాస్త్రవేత్తలు ఒపెరాండో స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్స్ అని పిలువబడే సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తారు.” ప్రత్యేక మైక్రోస్కోప్ పద్ధతులు తేలికైనవి, ఇక్కడ ఎలక్ట్రాన్లు చిన్న కోణాలతో ఏమి జరుగుతుందో చూడవచ్చు. “

పరిశోధకులు ఈ సూక్ష్మదర్శిని క్రింద యానోడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను గమనించారు మరియు నాణెం కణాల పరిణామాన్ని పర్యవేక్షించారు, ఎందుకంటే అవి వసూలు చేయబడ్డాయి మరియు బహిష్కరించబడ్డాయి. కణాలు మొదట స్థిరంగా ఉన్నాయి, కానీ 30 నిమిషాల తరువాత, మైక్రోస్కోపిక్ శూన్యాలు విస్ఫోటనం చెందాయి, ఉబ్బిపోయాయి మరియు స్నోబాల్‌గా ఉన్నాయి. ఎలక్ట్రోలైట్ చివరికి స్నాప్ చేయబడింది, మరియు సెల్ 145 చక్రాలలో తగ్గించబడింది, కరెంట్ మొత్తం గరిష్టంగా పదవ వంతు మాత్రమే ఉన్నప్పటికీ, సెల్ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది.

ముందుకు వెనుకకు వంగి

“ఒక దిశలో చిన్న ప్రవాహాల అనువర్తనం వైఫల్యాలకు దారితీస్తుంది, కాని ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ యొక్క పునరావృత చక్రాలు పగుళ్లు, స్లిప్ బ్యాండ్లు మరియు శూన్యాలు వంటి నిర్మాణాత్మక లోపాలను ఏర్పరుస్తాయి” అని పేపర్ స్టేట్స్‌తో ప్రచురించిన వ్యాఖ్యానం. బ్యాటరీ ముందే ఛార్జ్ చేయబడిన ఛార్జింగ్ చక్రం ద్వారా వెళ్ళిన తర్వాత, లి యానోడ్ నుండి ఒలిచి, ఆపై యానోడ్‌లో ఉన్న శక్తిని మార్చడానికి ముందు తొలగించబడింది.

“మీరు వైర్ను కత్తిరించడానికి ఒక సమయంలో ఒక కట్టర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. మీకు కట్టర్ లేకపోతే, మీరు వైర్‌ను అనేకసార్లు ముందుకు వెనుకకు వంచి, అలసట తర్వాత చాలాసార్లు వైర్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయవచ్చు” అని ఏతుకురి చెప్పారు. “తక్కువ ఒత్తిడిని అనేకసార్లు వర్తింపజేయడానికి సమానమైన నెమ్మదిగా వేగంతో సైక్లింగ్ కణాలు కణాల నష్టానికి దారితీస్తాయని ఈ పని చూపిస్తుంది.”

“తయారీలో తక్కువ మార్పు ఉన్నప్పటికీ, SSB వైఫల్యాలను అంచనా వేసే బ్యాటరీ నమూనాలు ఈ పని కారణంగా మరింత శుద్ధి చేయబడతాయి మరియు మరింత ఖచ్చితమైనవి” అని ఏతుకురి చెప్పారు. భవిష్యత్ అధ్యయనాలు సైక్లింగ్ వేగం మరియు ఉష్ణోగ్రతను బట్టి LI లో ఒత్తిడి మరియు ఒత్తిడి మధ్య సంబంధం ఎలా భిన్నంగా ఉంటుందో పరిశోధకులు వ్రాస్తారు.

యునినాటి అషర్ ఫ్రీలాన్స్ సైన్స్ జర్నలిస్ట్.