ਇੰਜੀਨੀਅਰਾਂ ਨੇ ਇੱਕ ਵਿਭਾਜਕ ਵਿਕਸਿਤ ਕੀਤਾ ਹੈ ਜੋ ਅਤਿ-ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੀਆਂ ਬੈਟਰੀਆਂ ਨੂੰ ਸੁਰੱਖਿਅਤ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਗੈਸੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਨੂੰ ਸਥਿਰ ਕਰਦਾ ਹੈ

ਵਿਦੇਸ਼ੀ ਮੀਡੀਆ ਰਿਪੋਰਟਾਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਕੈਲੀਫੋਰਨੀਆ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ ਸੈਨ ਡਿਏਗੋ ਦੇ ਨੈਨੋ ਇੰਜੀਨੀਅਰਾਂ ਨੇ ਇੱਕ ਬੈਟਰੀ ਵਿਭਾਜਕ ਵਿਕਸਿਤ ਕੀਤਾ ਹੈ ਜੋ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਗੈਸੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਵਾਸ਼ਪੀਕਰਨ ਤੋਂ ਰੋਕਣ ਲਈ ਕੈਥੋਡ ਅਤੇ ਐਨੋਡ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਰੁਕਾਵਟ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਨਵਾਂ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਤੂਫਾਨ ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਦਬਾਅ ਨੂੰ ਇਕੱਠਾ ਹੋਣ ਤੋਂ ਰੋਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਬੈਟਰੀ ਨੂੰ ਸੋਜ ਅਤੇ ਫਟਣ ਤੋਂ ਰੋਕਦਾ ਹੈ।

ਖੋਜ ਆਗੂ, ਜ਼ੇਂਗ ਚੇਨ, ਕੈਲੀਫੋਰਨੀਆ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ, ਸੈਨ ਡਿਏਗੋ ਦੇ ਜੈਕਬਜ਼ ਸਕੂਲ ਆਫ਼ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਵਿੱਚ ਨੈਨੋਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਦੇ ਪ੍ਰੋਫੈਸਰ, ਨੇ ਕਿਹਾ: "ਗੈਸ ਦੇ ਅਣੂਆਂ ਨੂੰ ਫਸਾਉਣ ਨਾਲ, ਝਿੱਲੀ ਅਸਥਿਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਲਈ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ।"

ਨਵਾਂ ਵਿਭਾਜਕ ਅਤਿ-ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਬੈਟਰੀ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਬੈਟਰੀ ਸੈੱਲ ਮਾਈਨਸ 40°C 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਮਰੱਥਾ 500 ਮਿਲੀਐਂਪੀਅਰ ਘੰਟੇ ਪ੍ਰਤੀ ਗ੍ਰਾਮ ਤੱਕ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਵਪਾਰਕ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਬੈਟਰੀ ਇਸ ਮਾਮਲੇ ਵਿੱਚ ਲਗਭਗ ਜ਼ੀਰੋ ਪਾਵਰ ਹੈ। ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਦਾ ਕਹਿਣਾ ਹੈ ਕਿ ਭਾਵੇਂ ਇਸ ਨੂੰ ਦੋ ਮਹੀਨਿਆਂ ਤੱਕ ਅਣਵਰਤਿਆ ਛੱਡ ਦਿੱਤਾ ਜਾਵੇ, ਫਿਰ ਵੀ ਬੈਟਰੀ ਸੈੱਲ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਵੱਧ ਹੈ। ਇਹ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਸਟੋਰੇਜ਼ ਦੀ ਉਮਰ ਨੂੰ ਵੀ ਵਧਾ ਸਕਦਾ ਹੈ. ਇਹ ਖੋਜ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੂੰ ਆਪਣੇ ਟੀਚੇ ਨੂੰ ਹੋਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਦੀ ਇਜਾਜ਼ਤ ਦਿੰਦੀ ਹੈ: ਬੈਟਰੀਆਂ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਜੋ ਬਰਫੀਲੇ ਵਾਤਾਵਰਣਾਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪੁਲਾੜ ਯਾਨ, ਉਪਗ੍ਰਹਿ ਅਤੇ ਡੂੰਘੇ ਸਮੁੰਦਰੀ ਜਹਾਜ਼ਾਂ ਵਿੱਚ ਵਾਹਨਾਂ ਲਈ ਬਿਜਲੀ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।

ਇਹ ਖੋਜ ਕੈਲੀਫੋਰਨੀਆ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ, ਸੈਨ ਡਿਏਗੋ ਵਿੱਚ ਨੈਨੋਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਦੇ ਪ੍ਰੋਫੈਸਰ ਯਿੰਗ ਸ਼ਰਲੀ ਮੇਂਗ ਦੀ ਪ੍ਰਯੋਗਸ਼ਾਲਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਅਧਿਐਨ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਹੈ। ਇਹ ਖੋਜ ਇੱਕ ਬੈਟਰੀ ਵਿਕਸਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਖਾਸ ਤਰਲ ਗੈਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਮਾਇਨਸ 60 ਡਿਗਰੀ ਸੈਲਸੀਅਸ ਵਾਤਾਵਰਣ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਉਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਤਰਲ ਗੈਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਇੱਕ ਗੈਸ ਹੈ ਜੋ ਦਬਾਅ ਲਾਗੂ ਕਰਕੇ ਤਰਲ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਰਵਾਇਤੀ ਤਰਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਾਂ ਨਾਲੋਂ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨਾਂ ਪ੍ਰਤੀ ਵਧੇਰੇ ਰੋਧਕ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

ਪਰ ਇਸ ਕਿਸਮ ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਨੁਕਸ ਹੈ; ਇਸ ਨੂੰ ਤਰਲ ਤੋਂ ਗੈਸ ਵਿੱਚ ਬਦਲਣਾ ਆਸਾਨ ਹੈ। ਚੇਨ ਨੇ ਕਿਹਾ: "ਇਹ ਸਮੱਸਿਆ ਇਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡਾ ਸੁਰੱਖਿਆ ਮੁੱਦਾ ਹੈ." ਤਰਲ ਅਣੂਆਂ ਨੂੰ ਸੰਘਣਾ ਕਰਨ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਤਰਲ ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਰੱਖਣ ਲਈ ਦਬਾਅ ਵਧਾਉਣ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।

ਚੇਨ ਦੀ ਪ੍ਰਯੋਗਸ਼ਾਲਾ ਨੇ ਇਸ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਹੱਲ ਕਰਨ ਲਈ ਕੈਲੀਫੋਰਨੀਆ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ, ਸੈਨ ਡਿਏਗੋ ਵਿੱਚ ਨੈਨੋਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਦੇ ਪ੍ਰੋਫੈਸਰ ਮੇਂਗ ਅਤੇ ਟੌਡ ਪਾਸਕਲ ਨਾਲ ਸਹਿਯੋਗ ਕੀਤਾ। ਪਾਸਕਲ ਵਰਗੇ ਕੰਪਿਊਟਿੰਗ ਮਾਹਿਰਾਂ ਦੀ ਮੁਹਾਰਤ ਨੂੰ ਚੇਨ ਅਤੇ ਮੇਂਗ ਵਰਗੇ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨਾਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਦਬਾਅ ਪਾਏ ਬਿਨਾਂ ਵਾਸ਼ਪੀਕਰਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਤਰਲ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਢੰਗ ਵਿਕਸਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ। ਉੱਪਰ ਦੱਸੇ ਗਏ ਕਰਮਚਾਰੀ ਕੈਲੀਫੋਰਨੀਆ ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ, ਸੈਨ ਡਿਏਗੋ ਦੇ ਮੈਟੀਰੀਅਲ ਰਿਸਰਚ ਸਾਇੰਸ ਅਤੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਸੈਂਟਰ (MRSEC) ਨਾਲ ਜੁੜੇ ਹੋਏ ਹਨ।

ਇਹ ਵਿਧੀ ਇੱਕ ਭੌਤਿਕ ਵਰਤਾਰੇ ਤੋਂ ਉਧਾਰ ਲੈਂਦੀ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਛੋਟੇ ਨੈਨੋ-ਸਕੇਲ ਸਪੇਸ ਵਿੱਚ ਫਸਣ 'ਤੇ ਗੈਸ ਦੇ ਅਣੂ ਆਪਣੇ ਆਪ ਹੀ ਸੰਘਣੇ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਵਰਤਾਰੇ ਨੂੰ ਕੇਸ਼ਿਕਾ ਸੰਘਣਾਪਣ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਘੱਟ ਦਬਾਅ 'ਤੇ ਗੈਸ ਨੂੰ ਤਰਲ ਬਣਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਖੋਜ ਟੀਮ ਨੇ ਇਸ ਵਰਤਾਰੇ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਇੱਕ ਬੈਟਰੀ ਵਿਭਾਜਕ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜੋ ਅਲਟਰਾ-ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੀਆਂ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਸਥਿਰ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਫਲੋਰੋਮੇਥੇਨ ਗੈਸ ਤੋਂ ਬਣੀ ਇੱਕ ਤਰਲ ਗੈਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ। ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਝਿੱਲੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਧਾਤ-ਜੈਵਿਕ ਫਰੇਮਵਰਕ (MOF) ਨਾਮਕ ਇੱਕ ਪੋਰਸ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। MOF ਬਾਰੇ ਵਿਲੱਖਣ ਗੱਲ ਇਹ ਹੈ ਕਿ ਇਹ ਛੋਟੇ-ਛੋਟੇ ਪੋਰਸ ਨਾਲ ਭਰਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ, ਜੋ ਫਲੋਰੋਮੀਥੇਨ ਗੈਸ ਦੇ ਅਣੂਆਂ ਨੂੰ ਫਸ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਨੂੰ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਘੱਟ ਦਬਾਅ 'ਤੇ ਸੰਘਣਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਫਲੋਰੋਮੀਥੇਨ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਮਾਈਨਸ 30°C 'ਤੇ ਸੁੰਗੜਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਦਾ ਬਲ 118 psi ਹੁੰਦਾ ਹੈ; ਪਰ ਜੇਕਰ MOF ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਉਸੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਪੋਰਸ ਦਾ ਸੰਘਣਾਪਣ ਦਬਾਅ ਸਿਰਫ 11 psi ਹੁੰਦਾ ਹੈ।

ਚੇਨ ਨੇ ਕਿਹਾ: "ਇਹ MOF ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੇ ਦਬਾਅ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਸਲਈ, ਸਾਡੀ ਬੈਟਰੀ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨਾਂ 'ਤੇ ਬਿਨਾਂ ਕਿਸੇ ਗਿਰਾਵਟ ਦੇ ਵੱਡੀ ਮਾਤਰਾ ਵਿੱਚ ਸਮਰੱਥਾ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ." ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਇੱਕ ਲੀਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ MOF- ਅਧਾਰਿਤ ਵਿਭਾਜਕ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ। . ਲਿਥੀਅਮ-ਆਇਨ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਫਲੋਰੋਕਾਰਬਨ ਕੈਥੋਡ ਅਤੇ ਇੱਕ ਲਿਥੀਅਮ ਮੈਟਲ ਐਨੋਡ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਇਸਨੂੰ 70 psi ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਦਬਾਅ 'ਤੇ ਗੈਸੀ ਫਲੋਰੋਮੀਥੇਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨਾਲ ਭਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਫਲੋਰੋਮੀਥੇਨ ਨੂੰ ਤਰਲ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੇ ਦਬਾਅ ਤੋਂ ਕਿਤੇ ਘੱਟ। ਬੈਟਰੀ ਅਜੇ ਵੀ ਆਪਣੇ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਦਾ 57% ਘੱਟ ਤੋਂ ਘੱਟ 40°C 'ਤੇ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, ਉਸੇ ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਦਬਾਅ 'ਤੇ, ਫਲੋਰੋਮੀਥੇਨ ਵਾਲੇ ਗੈਸੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਵਪਾਰਕ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਬੈਟਰੀ ਦੀ ਸ਼ਕਤੀ ਲਗਭਗ ਜ਼ੀਰੋ ਹੈ।

MOF ਵਿਭਾਜਕ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਮਾਈਕ੍ਰੋਪੋਰਸ ਕੁੰਜੀ ਹਨ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਮਾਈਕ੍ਰੋਪੋਰਸ ਘੱਟ ਦਬਾਅ ਦੇ ਬਾਵਜੂਦ ਵੀ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਨੂੰ ਵਹਾਅ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਵਪਾਰਕ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਵਿੱਚ ਵੱਡੇ ਛੇਦ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਘੱਟ ਦਬਾਅ ਹੇਠ ਗੈਸੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਅਣੂਆਂ ਨੂੰ ਬਰਕਰਾਰ ਨਹੀਂ ਰੱਖ ਸਕਦੇ। ਪਰ ਮਾਈਕ੍ਰੋਪੋਰੋਸਿਟੀ ਇੱਕੋ ਇੱਕ ਕਾਰਨ ਨਹੀਂ ਹੈ ਕਿ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਇਹਨਾਂ ਹਾਲਤਾਂ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਦੁਆਰਾ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਪੋਰਸ ਨੂੰ ਇੱਕ ਸਿਰੇ ਤੋਂ ਦੂਜੇ ਸਿਰੇ ਤੱਕ ਨਿਰੰਤਰ ਮਾਰਗ ਬਣਾਉਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਇਹ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਲਿਥੀਅਮ ਆਇਨ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਦੁਆਰਾ ਸੁਤੰਤਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਵਹਿ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਟੈਸਟ ਵਿੱਚ, ਨਵੇਂ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਬੈਟਰੀ ਦੀ ਆਇਓਨਿਕ ਸੰਚਾਲਕਤਾ ਮਾਈਨਸ 40°C 'ਤੇ ਵਪਾਰਕ ਡਾਇਆਫ੍ਰਾਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲੀ ਬੈਟਰੀ ਨਾਲੋਂ ਦਸ ਗੁਣਾ ਹੈ।

ਚੇਨ ਦੀ ਟੀਮ ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ ਹੋਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ 'ਤੇ MOF- ਅਧਾਰਿਤ ਵਿਭਾਜਕਾਂ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰ ਰਹੀ ਹੈ। ਚੇਨ ਨੇ ਕਿਹਾ: "ਅਸੀਂ ਸਮਾਨ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੇਖੇ ਹਨ। ਇਸ MOF ਨੂੰ ਸਟੈਬੀਲਾਈਜ਼ਰ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤ ਕੇ, ਵੱਖ-ਵੱਖ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਅਣੂਆਂ ਨੂੰ ਬੈਟਰੀ ਸੁਰੱਖਿਆ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਸੋਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਪਰਿਵਰਤਨਸ਼ੀਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਵਾਲੀਆਂ ਰਵਾਇਤੀ ਲਿਥੀਅਮ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵੀ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ।"