گرافین بیٹریاں: ایک متک یا بلبلہ؟

لتیم آئن بیٹریاں درپیش چیلنجز

لتیم آئن بیٹریوں کی آمد کے بعد گذشتہ دو دہائیوں کے دوران ، ہماری دنیا اور زندگی نے زمین کو ہلا دینے والی تبدیلیاں لائیں ہیں۔ توانائی کے ذخیرہ کرنے والے آلات جیسے صارفین کے الیکٹرانک آلات اور برقی گاڑیوں کی اعلی مخصوص توانائی اور اعلی طاقت سے کام کرنے کی ضروریات نے موجودہ لتیم آئن بیٹریاں جی جی کوٹ بنا دیا ہے G جی ایس کیٹی پر زور دیا۔ بیٹری ٹکنالوجی کی جدت الیکٹرانک آلات کی اپ گریڈیشن سے کہیں پیچھے ہے اور صارف کے تجربے کی رکاوٹ بن گئی ہے۔ سب سے بڑی رکاوٹ۔

روایتی لتیم آئن بیٹریاں کیمیائی توانائی اور برقی توانائی کے تبادلوں کو حاصل کرنے کے ل the مثبت اور منفی مواد کے مابین فعال لتیم آئنوں کے شٹل پر مبنی ہیں۔ تاہم ، اندراج اور نکالنے کا یہ الیکٹرو کیمیکل میکانزم ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت اور توانائی کی کثافت کو تیزی سے اطلاق کے حالات کی ضروریات کو پورا کرنے سے قاصر رکھتا ہے۔ منفی الیکٹروڈ مواد کے معاملے میں ، گریفائٹ پرتوں کے درمیان کام کرنے کے لئے گریفائٹ لتیم آئنوں کی نمائندگی کرنے والے تجارتی لتیم آئن بیٹریوں کے منفی الیکٹروڈ مواد ، لتیم آئنوں کا استعمال کرتے ہیں۔ تاہم ، خود گریفائٹ میں لتیم کے مقامات اور خود گریفائٹ کی انٹرلیئر وقفہ کاری بہت محدود ہے ، جو لتیم آئن بیٹریوں کو ناکافی صلاحیت اور کم مخصوص توانائی کے مخمصے کا سامنا کرنے پر مجبور کرتی ہے۔

گرافین کی بیٹری: نکلی

ایسے وقت میں جب لوگ خسارے میں ہیں ، ایک نئی قسم کا اسٹار کاربن مادی گرافین سامنے آیا ہے! گرافین کو ایک سنگل پرت گریفائٹ سمجھا جاسکتا ہے ، جس میں لتیم انٹرالیکشن کی وافر سائٹ موجود ہے ، اور اس میں الٹرا ہائی الیکٹرانک چالکتا اور ایک بہت بڑا مخصوص سطح کا علاقہ ہے۔ اس طرح ، کیا گرافینی توانائی ذخیرہ کرنے کی صنعت میں انقلاب پھٹنے کے لئے گریفائٹ کی جگہ لے سکتی ہے؟ اعلی گنجائش ، اعلی توانائی کی کثافت ، اور تیز چارجنگ کے ساتھ ، ڈان جی جی # 39 t t پر یہ جی جی کوئٹ نہیں Pea پیچ بلسم اسپرنگس جی جی کوٹ۔ کہ لوگوں کا تعاقب کیا گیا ہے حقیقت میں؟ ! مختلف ذرائع ابلاغ نے گرافین بیٹریوں کے فوائد کے بارے میں بھی اطلاع دینا اور اسی کو تیز کرنا شروع کردیا ہے۔ ایک وقت کے لئے ، گرافین بیٹری سے متعلق تصور اسٹاک مقبول ہو گئے ہیں۔ ایسا لگتا ہے کہ پوری بیٹری انڈسٹری کو مارا پیٹا گیا ہے۔ ہر ایک گرافینی بیٹریوں کا منتظر ہے۔ اوقات کی آمد۔

تاہم ، کیا واقعی یہ معاملہ ہے؟ مندرجہ ذیل مشمولات بنیادی طور پر سائنسی نقطہ نظر سے ہر ایک کے لئے پراسرار گرافین بیٹری کے پردے کو ننگا کرتے ہیں (نوٹ: گرافین کی بیٹری کو ابھی تک کوئی واضح تصور نہیں مل سکا ہے ، گرافین کے کردار کے مطابق اس کو کفایت شعاری کے طور پر گرافین میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔ اور گریفائٹ منفی الیکٹروڈ مادے کی طرح دو قسم کی این ہیں۔ اس مضمون میں گرافین کو بیٹری کے منفی الیکٹروڈ مواد کی حیثیت سے بحث کیا گیا ہے)۔

اصل

2014 میں ، سائنسی رپورٹ میں آل گرافین لتیم بیٹریوں پر کام کی اطلاع دی گئی تھی۔ اس آل گرافین بیٹری میں ، مثبت الیکٹروڈ سطحی کارفرما گرافین مواد ہے ، اور منفی الیکٹروڈ گرافین آکسائڈ کو کم کرتا ہے۔ پوری بیٹری مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے سطحی رد عمل کو استعمال کرتی ہے ، لہذا یہ انتہائی اعلی شرح چارج اور خارج ہونے والے مادہ کو حاصل کرسکتی ہے۔ بجلی کی کثافت مجموعی الیکٹروڈ ماس پر مبنی حساب سے 2150W / کلوگرام تک جاسکتی ہے۔

طاقت کے کثافت کے نقطہ نظر سے ، بیٹری واقعی امید کا حامل ہے ، لیکن جب ہم دوبارہ توانائی کی کثافت پر نگاہ ڈالیں ، تو ہم پائیں گے کہ دو الیکٹروڈ کے بڑے پیمانے پر مبنی توانائی کی کثافت صرف 130Wh / کلوگرام ہے ، جو صرف قابل ہے نظام بڑے پیمانے پر حساب کتاب پر مبنی موجودہ لتیم آئن بیٹری تک پہنچنے کے لئے (حال ہی میں مشہور BYD بلیڈ بیٹری کا سسٹم توانائی کثافت 140Wh / کلوگرام ہے G"؛ چین میں تشکیل دیا گیا 2025&کوٹ clearly واضح طور پر تجویز پیش کرتا ہے کہ گاڑی کی واحد توانائی کثافت 2020 تک بجلی کی بیٹریاں 300Wh / کلوگرام تک پہنچنی چاہ.۔ اگر یہ بیٹری سسٹم میں ضم ہوجاتا ہے تو ، اس کی بڑے پیمانے پر توانائی کی کثافت میں مزید پانچ سے ساٹھ فیصد کی کمی ہوگی۔ مزید یہ کہ ، اس آل گرافین بیٹری کے مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد میں لتیم نہیں ہوتا ہے ، لہذا آدھی خلیے میں الیکٹرو کیمیکل پری لتھیئشن کو پوری بیٹری میں ملاپ سے پہلے انجام دینا ضروری ہے۔ اس طرح دیکھنے سے ، گرافین بیٹریاں اعلی طاقت کے منظرناموں میں سب سے پہلے تیار ہوسکتی ہیں ، لیکن ان کی توانائی کی کثافت اب بھی لوگوں جی جی # 39 کی توقعات سے بہت دور ہے۔

تو نظریہ میں ، کیا گرافین کو گریفائٹ جیسی بیٹریوں کے لئے منفی الیکٹروڈ مادے کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے؟ کیا لیتیم اضافے کا طریقہ کار گریفائٹ جیسا ہی ہے؟ اس کی نظریاتی لتیم ذخیرہ کرنے کی گنجائش کتنی ہے؟ بہت سے محققین کا خیال ہے کہ کیونکہ گرافین کے دو پہلو ہیں جو لتیم ایٹموں کو جذب کرسکتے ہیں ، لہذا یہ لی 2 سی 6 کا دوہری لتیم مرحلہ تشکیل دے سکتا ہے اور اس کی ڈبل مخصوص گنجائش 744 ایم اے / جی ہے۔ ان امور پر بہت ساری تحقیقیں ہو رہی ہیں۔ کچھ محققین نے ڈی ایف ٹی کے حساب سے یہ معلوم کرنے کے لئے استعمال کیا ہے کہ لتیم ایٹم براہ راست گرافین کی سطح پر نہیں جاسکتے ہیں۔ وہ صرف گرافین تہوں کے درمیان یا گرافین کے وسط میں سرایت کرسکتے ہیں اور کناروں یا اعلی آرڈر کی خرابیوں کے ذریعے سبسٹریٹ ہوسکتے ہیں۔ تو اس معاملے میں ، کیا یہ صاف ستھرا پن ہے یا جذب ، اور کتنے لی ایٹم ذخیرہ کیے جاسکتے ہیں؟

بکھر گیا

اس مسئلے کے جواب میں ، تیآنجن یونیورسٹی کے ایسوسی ایٹ پروفیسر جی کیمینگ نے نیچر کمیونی کیشنز میں لتیم انٹرکلیشن میکانزم کے بارے میں 2019 میں نیچر کمیونیکیشن کے بارے میں اپنی تحقیق کی اطلاع دی۔ انہوں نے ڈبل پرت گرافین تیار کرنے کے لium اعلی درجہ حرارت سوئچنگ کیمیکل وانپ جمع کرنے کا طریقہ استعمال کیا۔ ایک اعلی مخصوص سطح کے ساتھ مواد. اس مادے کو سبسٹریٹ سے منسلک کرنے کی ضرورت نہیں ہے اور اس میں کچھ نقائص ہیں ، لہذا لتیم آئنوں کی جذب یا deintercalation پر سبسٹریٹ اور نقائص کے اثر کو ختم کیا جاسکتا ہے ، جو لتیم میں deintercalation کے طریقہ کار کے مطالعہ کے لئے فائدہ مند ہے۔ خود گرافین۔ مستقل موجودہ چارج ڈسچارج ٹیسٹ اور چکنا والی وولٹ میٹریری منحنی خطوط سے پتہ چلتا ہے کہ ڈبل پرت گرافین میں روایتی گریفائٹ الیکٹروڈ کی طرح الیکٹرو کیمیکل آکسیکرن میں کمی کا ردعمل ہوتا ہے ، اور لتیم آئن دونوں گرافین شیٹوں کے مابین deintercalated ہیں۔ گرافین پرت کی خلا لتیم ذخیرہ کرنے کی واحد جگہ ہے ، اور لتیم کو جذب کرنے اور ذخیرہ کرنے کا خیال خود کو شکست دینے والا ہے! ایک قابل ذکر واقعہ بھی ہے۔ موجودہ کثافت 0.2-50 A / g میں ڈبل پرت گرافین کی زیادہ سے زیادہ صلاحیت صرف 180 ایم اے ایچ / جی ہے۔ بعد کے مرحلے کی خصوصیات سے پتہ چلتا ہے کہ لتیم اسٹوریج مرحلے کی اسٹومیچومیٹرک ساخت LiC12 ہے اور غیر گریفائٹ الیکٹروڈ کا LiC6 نام نہاد ڈبل لتیم اسٹوریج Li2C6 مرحلہ نہیں ہے۔

اس تحقیقی نتیجہ سے پتہ چلتا ہے کہ ڈامس ہیرولڈ جی جی # 39 s کا ڈومین ماڈل راڈورف جی جی # 39 کے ماڈل کے مقابلے میں گریفائٹ الیکٹروڈز کے لتیم اسٹوریج سلوک کو بیان کرنے کے لئے زیادہ موزوں ہے ، اور اس کے لتیم اسٹوریج میکانزم پر نصف صدی بحث کو ختم کرچکا ہے۔ گریفائٹ اسی وقت ، گرافین کی نظریاتی لتیم ذخیرہ کرنے کی گنجائش بالآخر اس کی تصدیق ہوگئی ہے ، اور 180 ایم اے ایچ / جی کی نظریاتی صلاحیت گریفائٹ انوڈ کی الیکٹرو کیمیکل لتیم ذخیرہ کرنے کی صلاحیت سے کہیں کم ہے۔ گرافین بیٹری بلبلا خود پھٹ جاتا ہے!

ٹریس ایبلٹیٹی

تو ، بہت سے دستاویزات میں درج گرافین کی اعلی گنجائش کہاں سے آتی ہے؟ ہم جانتے ہیں کہ گرافین مواد جو لوگ عام طور پر بناتے ہیں وہ مندرجہ بالا کی طرح نسبتا pure خالص گرافین نہیں ہوتے ہیں۔ بہت سے گرافین جو ہم حاصل کرسکتے ہیں وہ عیبوں سے مالا مال ہیں (بشمول کاربن مواد کی اندرونی خالی خامیوں اور خاص طور پر متعارف کروائے جانے والے ہیٹروئٹم سائٹس کی وجہ سے دونوں نقائص) ، اور سطح متعدد فنکشنل گروپس سے مالا مال ہے (جیسے کار بکسائل ، ہائیڈروکسیل ، یہ گروپ لتیم کے ساتھ کیمیائی طور پر تعامل کرنے میں آسان ہیں ، جیسے ایپوسی گروپس)۔ ان عوامل کی اعلی حیثیت اور خود گرافین کا ایک خاص سطح کا وسیع علاقہ ، لیتیم کی بڑی مقدار کو deintercalation کی شکل میں الیکٹرو کیمیکل رد عمل میں حصہ نہیں لینے کا سبب بنے گا ، لیکن جذب کی شکل میں pseudocapacitance میں شراکت کرنے کا سبب بنے گا۔ یہ سیوڈوکاپیکیٹس اثر یہ ظاہر کرتا ہے کہ گرافین کی گنجائش بہت زیادہ ہے اور الیکٹرو کیمیکل کینیٹکس تیز ہے ، لیکن اس کی پوری بیٹری کی توانائی کی کثافت میں اضافے پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔ مزید برآں ، وافر مقدار میں رد sites عمل والی سائٹیں اور اعلی عیب دار مواد بھی محدود فعال لتیم کو مستقل طور پر کھا جانے کا سبب بنے گا ، جس کے نتیجے میں کولمبک کارکردگی میں کمی واقع ہوگی ، جو پوری بیٹری کی صلاحیت استحکام کے لئے مہلک ہے۔

مستقبل

مذکورہ تجزیہ کے بعد ، بیٹریوں کے لئے منفی الیکٹروڈ مادے کے طور پر گرافین نا امید ہے اگر وہ ہزاروں گھرانوں میں داخل ہونا چاہتا ہے۔ تاہم ، اس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ توانائی کے ذخیرہ کرنے کے میدان میں گرافین بیکار ہے۔ لتیم اسٹوریج کی کارکردگی کے علاوہ ، گرافین خود بھی انتہائی اعلی برقی چالکتا اور عمدہ تھرمل چالکتا ہے۔ بجلی اور گرمی کے دو عوامل اصل بیٹریاں میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ خاص طور پر گرمی ، بیٹری کی حفاظت کے حادثات تھرمل بھاگ جانے کی وجہ سے بہت سے الیکٹروڈ مواد کو بھی بہترین الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے ساتھ ویٹو کر سکتے ہیں۔ اگر بیٹری پر بجلی اور تھرمل چالکتا کے فوائد کا اطلاق ہوتا ہے تو ،"؛ گرافین بیٹری"؛ چمک بھی سکتا ہے۔

یقینا، ، ایک طرح کے جادوئی مواد کے طور پر ، گرافین کو یہ معلوم نہیں ہے کہ کیا یہ دوسرے طریقوں سے بیٹری میں نیا انقلاب لائے گا؟ نامعلوم ذرائع کی حالیہ میڈیا رپورٹس کی طرح ، مرسڈیز بینز گرافین پر مبنی نامیاتی بیٹری تیار کررہی ہے۔ مخصوص ٹیکنالوجی کے بارے میں ابھی تک انکشاف نہیں کیا گیا ہے۔ ویسے بھی ، یہ کم از کم 10 سال بعد ہوگا۔ چاہے یہ نیا انقلاب ہو یا نیا بلبلہ ، ہم انتظار کریں گے اور دیکھیں گے!

مختصر یہ کہ ، توانائی ذخیرہ کرنے کا شعبہ ، جس کا مقصد عملیتا ہے ، جی جی کوٹ نہیں ہے stars ستاروں کو جی جی کوئٹ کا پیچھا کرنا ہے۔ نظریاتی طور پر ممکن گرافین منفی الیکٹروڈ کے لئے بہت سخت حالات (کامل گرافین) کی ضرورت ہوتی ہے۔ اصل پیداوار میں ، قیمت کی زیادہ قیمت ادا کرنا ضروری ہے ، جو توانائی کی کثافت میں اضافے اور پیداواری لاگت کو کم کرنے کے اصل ارادے کے منافی ہے۔ جی جی # 39 مزید کیا ، نظریاتی فزیبلٹی بالآخر قابل عمل ثابت نہیں ہوئی ہے۔ اگلی بار جی جی کوٹ کے بارے میں میڈیا ہائپ ہوگا gra گرافین بیٹری جی جی کوٹ؛ ، واضح طور پر دیکھنے کے ل you آپ کو اپنی آنکھیں کھلی رکھنی ہوں گی