کیا ٹھوس ریاست کی بیٹری محفوظ ہے اور طویل فاصلے کی فراہمی کے قابل ہے؟

نئی توانائی کی ٹیکنالوجیز کی بھرپور ترقی کی موجودہ لہر میں ، ٹھوس ریاست کی بیٹری ، بطور اگلی نسل کی بیٹری ٹکنالوجی کے طور پر ، زندگی کے تمام شعبوں سے وسیع پیمانے پر توجہ مبذول کرچکی ہے۔ چونکہ الیکٹرانک آلات کی برداشت اور الیکٹرک گاڑیوں کی ڈرائیونگ رینج کے لئے لوگوں کی ضروریات میں اضافہ ہوتا جارہا ہے ، اور بیٹری کی حفاظت کی کارکردگی پر ان کا زور دن بدن بڑھتا جاتا ہے ، ٹھوس ریاست کی بیٹری حفاظت اور حد کے لحاظ سے روایتی مائع لتیم آئن بیٹریوں کے بہت سے درد کے مقامات کو دور کرنے کی توقع کی جاتی ہے۔ تاہم ، اس کے بڑے پیمانے پر مقبولیت اور اطلاق سے پہلے ، صارفین کے ذہنوں میں ایک اہم سوال برقرار رہتا ہے: کیا ٹھوس ریاست کی بیٹری محفوظ ہے اور طویل فاصلے کی فراہمی کے قابل ہے؟ اس سوال کے جواب کے ل we ، ہمیں کام کرنے کے طریقہ کار ، تکنیکی خصوصیات ، اور موجودہ تحقیق اور ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کی اطلاق کی حیثیت کو تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔

ٹھوس ریاست کی بیٹری کی ورکنگ اصول اور ساختی خصوصیات

ٹھوس ریاست کی بیٹری اور روایتی مائع لتیم آئن بیٹری کے درمیان بنیادی فرق الیکٹرولائٹ کی شکل میں ہے۔ روایتی مائع لتیم آئن بیٹریاں مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے مابین لتیم آئنوں کی نقل و حرکت کے ذریعے چارجنگ اور خارج ہونے والے عمل کو حاصل کرنے کے لئے مائع الیکٹرویلیٹ کا استعمال کرتی ہیں۔ اس کے برعکس ، ٹھوس ریاست کی بیٹریاں ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتی ہیں ، جو عام طور پر سیرامک ​​، پولیمر ، یا سلفائڈ مواد سے بنی ہوتی ہے۔ ٹھوس ریاست کی بیٹریوں میں ، لیتھیم آئن بھی چارجنگ کے دوران مثبت الیکٹروڈ سے دوچار ہوجاتے ہیں اور ٹھوس الیکٹرولائٹ کے ذریعے منفی الیکٹروڈ میں انٹرکلیٹ کرتے ہیں۔ ڈسچارجنگ کے دوران ، وہ مخالف سمت میں چلے جاتے ہیں ، جبکہ الیکٹران منفی الیکٹروڈ سے بیرونی سرکٹ کے ذریعے مثبت الیکٹروڈ میں بہتے ہیں ، جس سے موجودہ آلہ کو بجلی پیدا کرنے کے لئے پیدا ہوتا ہے۔
ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال ٹھوس ریاست کی بیٹریاں جو منفرد ساختی خصوصیات کے ساتھ ہے۔ مائع الیکٹرولائٹ کے مقابلے میں ، جس میں مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے مابین قلیل گردش کو روکنے کے لئے ایک جداکار کی ضرورت ہوتی ہے ، ٹھوس الیکٹرولائٹ خود ہی آئن کی ترسیل اور الیکٹروڈ تنہائی کے دوہری افعال رکھتے ہیں ، جس سے بیٹری کے ڈھانچے کو زیادہ کمپیکٹ ہوتا ہے۔ دریں اثنا ، ٹھوس الیکٹرولائٹ اعلی استحکام کی نمائش کرتا ہے اور اسے اتار چڑھاؤ اور رساو کا کم خطرہ ہوتا ہے ، جس سے بیٹری کی حفاظت کی بہتر کارکردگی کی بنیاد رکھی جاتی ہے۔

ٹھوس ریاست کی بیٹری کی حفاظت کی کارکردگی

روایتی مائع لتیم آئن بیٹریاں اعلی درجہ حرارت کے حالات میں تھرمل بھاگ جانے کا خطرہ لاحق ہیں۔ جب بیٹری کا درجہ حرارت کسی خاص حد سے تجاوز کرتا ہے ، جیسے 80 ڈگری ، مائع الیکٹروائلیٹ آتش گیر گیسیں پیدا کرنے کے لئے گل جاتا ہے ، اور بیٹری کے اندر ضمنی رد عمل تیز ہوجاتا ہے ، جس کی وجہ سے گرمی کا تیزی سے جمع ہوجاتا ہے اور بالآخر بیٹری آگ کو پکڑ لیتی ہے یا اس سے بھی پھٹ جاتی ہے۔ جرمن ٹی وی ٹیسٹنگ ایجنسی کے اعداد و شمار واضح طور پر اس پوشیدہ خطرے کو ظاہر کرتے ہیں۔
ٹھوس ریاست کی بیٹریاں تھرمل استحکام میں اہم فوائد کی نمائش کرتی ہیں۔ ٹھوس الیکٹرولائٹ میں اتار چڑھاؤ اور آتش گیر مائع اجزاء کی عدم موجودگی کی وجہ سے ، اس کا تھرمل استحکام مائع الیکٹرولائٹ سے کہیں زیادہ ہے۔ جاپان کی نئی انرجی اینڈ انڈسٹریل ٹکنالوجی ڈویلپمنٹ آرگنائزیشن (این ای ڈی او) کے ذریعہ کئے جانے والا پنکچر ٹیسٹ متاثر کن ہے: جب اسٹیل کی انجکشن ٹھوس ریاست کی بیٹری کو پنکچر کرتی ہے تو ، بیٹری کا درجہ حرارت صرف 2 ڈگری تک بڑھتا ہے ، جبکہ روایتی مائع لتیم آئن بیٹری آگ کو پکڑ لے گی اور صرف 3 سیکنڈ کے اندر پھٹ جائے گی۔ یہ تجرباتی نتیجہ انتہائی مکینیکل زیادتی کے مقابلہ میں ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کی اعلی حفاظت کا مظاہرہ کرتا ہے۔
ایک مقالے میں "کیا ٹھوس ریاست کی بیٹریاں (مائع) لتیم آئن بیٹریاں سے زیادہ محفوظ ہیں؟" اپریل 2022 میں سائنس میں شائع ہونے والے ، محققین نے مائع لتیم آئن بیٹریوں کی گرمی کی رہائی اور درجہ حرارت میں اضافے کی حدود ، الیکٹرویلیٹ کی ایک خاص مقدار کے ساتھ نیم ٹھوس بیٹریاں ، اور تین تھرمل بھاگنے والے منظرناموں کے تحت آل سولڈ اسٹیٹ بیٹریاں پر تبادلہ خیال کیا۔ اس تحقیق میں بتایا گیا ہے کہ بیرونی حرارتی نظام کی وجہ سے تھرمل بھاگنے والی حالت میں ، تمام ٹھوس ریاست کی بیٹریاں نیم ٹھوس اور مائع لتیم آئن بیٹریاں کو بہتر بناتی ہیں۔ آل سولڈ اسٹیٹ بیٹریوں میں ٹھوس الیکٹرولائٹ کی اعلی کثافت ایک موثر گیس رکاوٹ بن سکتی ہے ، جو مثبت الیکٹروڈ سے جاری منفی الیکٹروڈ اور آکسیجن پر لتیم کے مابین رابطے کو روکتی ہے۔ اس فرضی منظر نامے میں ، گرمی کی کوئی خاص ریلیز نہیں ہوگی۔

لتیم ڈینڈرائٹ کی نمو کی روک تھام

روایتی مائع لتیم آئن بیٹریوں کے چارجنگ اور خارج ہونے والے عمل کے دوران ، لتیم آئن تیز رفتار چارجنگ کے دوران منفی الیکٹروڈ کی سطح پر براہ راست کرسٹل بنا سکتے ہیں ، اور خطرناک لتیم ڈینڈرائٹس تشکیل دیتے ہیں۔ لتیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما نہ صرف بیٹری کی صلاحیت کے خاتمے کا باعث بنتی ہے بلکہ جداکار کو پنکچر بھی بنا سکتی ہے ، جس سے مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے مابین ایک مختصر سرکٹ اور حفاظتی واقعے کو متحرک کیا جاسکتا ہے۔ یہ پوشیدہ خطرہ CATL کے انجینئروں نے ظاہر کیا۔
ٹھوس ریاست کی بیٹریاں لتیم ڈینڈرائٹ کی نمو کو روکنے میں صلاحیت کو ظاہر کرتی ہیں۔ ٹھوس الیکٹرولائٹ کی خصوصی ڈھانچہ اور خصوصیات لتیم آئن ہجرت کے لئے ایک زیادہ یکساں راستہ فراہم کرسکتی ہیں ، جس سے لتیم ڈینڈرائٹ کی تشکیل کے امکان کو کم کیا جاسکتا ہے۔ اگرچہ مکمل طور پر لتیم ڈینڈرائٹ کی نشوونما کو عملی طور پر ختم کرنے سے عملی ایپلی کیشنز میں چیلنجز پیدا ہوتے ہیں ، لیکن اس سلسلے میں ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کی بہتری کا رجحان مائع لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں واضح ہے۔

ممکنہ حفاظت کے خطرات

حفاظت کے معاملے میں ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کے بہت سے فوائد کے باوجود ، وہ بالکل محفوظ نہیں ہیں۔ کچھ انتہائی معاملات میں ، جیسے جب ٹھوس الیکٹرولائٹ ناکام ہوجاتا ہے یا لتیم ڈینڈرائٹس ٹھوس الیکٹرولائٹ میں گھس جاتے ہیں ، جس سے ایک مختصر سرکٹ ہوتا ہے ، تو تمام ٹھوس ریاست کی بیٹریوں اور نیم ٹھوس بیٹریوں کی حفاظت مائع لتیم آئن بیٹریوں سے بہتر نہیں ہے۔ ووہان یونیورسٹی کے اسکول آف کیمسٹری اور سالماتی علوم سے پروفیسر اے آئی سنپنگ کرتے ہیں کہ یہ دعویٰ ہے کہ آل سولڈ اسٹیٹ بیٹریوں میں اعلی توانائی کی کثافت اور اچھی حفاظت دونوں میں حقیقت میں ہاتھ کی نظریاتی نیند شامل ہوتی ہے۔ چونکہ ٹھوس ریاست کی بیٹریوں میں کچھ مواد زہریلے گیسیں پیدا کرسکتے ہیں جیسے کسی حادثے کی صورت میں ہائیڈروجن سلفائڈ ، حالانکہ وہ براہ راست روایتی بیٹریوں جیسے لوگوں کو نہیں جلائیں گے ، ہائیڈروجن سلفائڈ گیس زہریلا ہے اور انسانی جسم کو شدید نقصان پہنچا سکتی ہے۔

حد میں ٹھوس ریاست کی بیٹری کی صلاحیت

نظریہ طور پر ، ٹھوس ریاست کی بیٹریاں اعلی توانائی کی کثافت حاصل کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں ، جس سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ آلات کی برداشت کو نمایاں طور پر بڑھا دے گا۔ ٹھوس الیکٹرولائٹ خالص دھاتی لتیم کے منفی الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کی اجازت دیتا ہے ، جس سے فی یونٹ حجم میں توانائی کے ذخیرہ کرنے کی گنجائش میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ چینی اکیڈمی آف سائنسز کے بائیو اینجی اور بائیوپروسیس ٹکنالوجی کے چنگ ڈاؤ انسٹی ٹیوٹ کے تجرباتی اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ ان کے ٹھوس ریاست کی بیٹری کے نمونوں کی توانائی کی کثافت 500WH\/کلوگرام سے تجاوز کر چکی ہے ، جبکہ ٹیسلا ماڈل 3 میں استعمال ہونے والی 21700 بیٹری کی توانائی کی کثافت صرف 260WH\/کلوگرام ہے۔
مثال کے طور پر برقی گاڑیاں لینا ، ڈرائیونگ رینج ہمیشہ صارفین کی توجہ کا مرکز رہا ہے۔ ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کے نمائندے کے طور پر چیری سے کنپینگ بیٹری ، 2024 میں 400WH\/کلوگرام کی توانائی کی کثافت حاصل کرنے اور اسے 2025 میں 600WH\/کلوگرام تک بڑھانے کا ارادہ رکھتی ہے۔ اس منصوبے کے مطابق ، جب 2027 میں بڑے پیمانے پر تیار کیا جاتا ہے تو ، خالص بجلی کی ڈرائیونگ کی حد 1500 کلومیٹر سے زیادہ ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ اگر یہ اہداف حاصل کیے جاتے ہیں تو ، یہ برقی گاڑیوں کے استعمال کرنے والوں کی حدود کو بہت حد تک ختم کردے گا۔

اصل حد میں چیلنجز

تاہم ، لیبارٹری سے لے کر عملی ایپلی کیشنز تک ، ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کو اب بھی حد کے لحاظ سے کچھ چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ سب سے پہلے ، ٹھوس الیکٹرولائٹ اور الیکٹروڈ کے مابین انٹرفیس کی رکاوٹ نسبتا point نمایاں ہے ، جو شاہراہ پر ٹول بوتھ قائم کرنے کے مترادف ہے ، لتیم آئنوں کی تیز رفتار ترسیل میں رکاوٹ ہے اور بیٹری کے چارجنگ اور ڈسچارجنگ کی کارکردگی کو متاثر کرتی ہے ، اس طرح اس حد کو متاثر کرتی ہے۔ دوم ، سلفائڈ الیکٹرولائٹ کی مہلک خامی ، جو پانی کے سامنے آنے پر انتہائی زہریلا ہائیڈروجن سلفائڈ تیار کرتی ہے ، نہ صرف بیٹری کی پیداوار اور استعمال کے دوران حفاظتی خطرات میں اضافہ ہوتا ہے بلکہ بیٹری کے استحکام اور وشوسنییتا کے ل severe شدید چیلنجز بھی پیدا ہوتے ہیں۔ اس کے علاوہ ، ٹھوس الیکٹرولائٹ فلم کی تیاری کی کم پیداوار بڑے پیمانے پر اعلی پیداوار کے اخراجات کا باعث بنتی ہے ، جس سے ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کی وسیع پیمانے پر اطلاق کو محدود کیا جاتا ہے اور مارکیٹ میں ان کے طویل فاصلے تک فوائد کا مظاہرہ کرنے کے عمل کو بالواسطہ طور پر متاثر کیا جاتا ہے۔

نتیجہ اور آؤٹ لک

خلاصہ یہ کہ ٹھوس ریاست کی بیٹریاں حفاظت اور حد کے لحاظ سے اہم صلاحیت کا مظاہرہ کرتی ہیں۔ حفاظت کے معاملے میں ، ان کے تھرمل استحکام کے فوائد واضح ہیں ، اور وہ لتیم ڈینڈرائٹ کی نمو کو مؤثر طریقے سے روک سکتے ہیں ، جس سے وہ زیادہ تر معاملات میں روایتی مائع لتیم آئن بیٹریوں سے زیادہ محفوظ اور قابل اعتماد بن سکتے ہیں۔ تاہم ، انتہائی حالات جیسے ٹھوس الیکٹرولائٹ کی ناکامی کے مقابلہ میں ، ابھی بھی حفاظت کے کچھ خطرات موجود ہیں۔ حد کے لحاظ سے ، اعلی توانائی کی کثافت کا نظریاتی فائدہ طویل فاصلے کے لئے امکان فراہم کرتا ہے ، اور کچھ تجرباتی اعداد و شمار اور کارپوریٹ منصوبے بھی امید افزا امکانات کو ظاہر کرتے ہیں۔ تاہم ، عملی ایپلی کیشنز میں ، انٹرفیس مائبادا ، الیکٹروائلیٹ نقائص ، اور لاگت جیسے معاملات ان کے طویل فاصلے کے فوائد کے مکمل حصول میں رکاوٹ ہیں۔
متعدد چیلنجوں کا سامنا کرنے کے باوجود ، ٹھوس ریاست کی بیٹریوں کو اب بھی اگلی نسل کی بیٹری ٹیکنالوجیز کے لئے ایک اہم ترقی کی سمت سمجھا جاتا ہے۔