पूरी तरह ठोस अवस्था वाली बैटरी एक बड़ी सफलता का संकेत देती है और व्यावसायीकरण की ओर एक ठोस कदम उठाती है

टोक्यो प्रौद्योगिकी संस्थान, एआईएसटी और यामागाटा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल ही में कम प्रतिरोध को बहाल करने के लिए एक रणनीति का आविष्कार किया है,इस प्रकार पूरी तरह से ठोस अवस्था वाली बैटरी के व्यावसायीकरण की दिशा में ठोस कदम उठाया जा रहा है।उन्होंने अंतर्निहित घटाव तंत्र की भी खोज की, जिससे ठोस-राज्य लिथियम बैटरी के काम करने की बुनियादी समझ का मार्ग प्रशस्त हुआ।

पूरी तरह से ठोस अवस्था वाली लिथियम बैटरी सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में एक नया उन्माद बन गई है क्योंकि पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी अब उन्नत प्रौद्योगिकियों के मानकों को पूरा नहीं कर सकती हैं,जैसे उच्च ऊर्जा घनत्व की आवश्यकता वाले विद्युत वाहन, तेजी से चार्जिंग, और लंबे चक्र जीवन. सभी ठोस-राज्य बैटरी, जो पारंपरिक बैटरी में पाए जाने वाले तरल इलेक्ट्रोलाइट के बजाय एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, न केवल इन मानकों को पूरा करते हैं,लेकिन वे भी अपेक्षाकृत सुरक्षित और अधिक सुविधाजनक हैं क्योंकि वे कम समय में चार्ज करने की क्षमता है.

हालांकि, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की भी अपनी चुनौतियां हैं। एक महत्वपूर्ण चुनौती यह है कि कैथोड और ठोस इलेक्ट्रोलाइट के बीच के इंटरफ़ेस में एक बड़ा प्रतिरोध होता है,जिसका स्रोत अच्छी तरह से ज्ञात नहीं हैइसके अतिरिक्त, जब इलेक्ट्रोड सतह को हवा के संपर्क में लाया जाता है, तो प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिससे बैटरी की क्षमता और प्रदर्शन में गिरावट आती है।यद्यपि प्रतिरोध को कम करने के लिए कुछ प्रयास किए गए हैं, कोई भी इसे 10Ω सेमी2 (ओह-सेंटीमीटर-वर्ग) तक कम करने में सक्षम नहीं है, जो हवा के संपर्क में नहीं आने पर इंटरफेस प्रतिरोध का मूल्य है।

हाल ही में एसीएस एप्लाइड मटेरियल्स एंड इंटरफेस में प्रकाशित एक अध्ययन में, जापान के टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (टोक्यो टेक) के प्रोफेसर तारो हिटोसुगी और शिगेरू कोबायाशी के नेतृत्व में एक शोध टीम ने,टोक्यो प्रौद्योगिकी संस्थान में एक डॉक्टरेट छात्र, आखिरकार समस्या हल हो सकती है।

कम इंटरफेस प्रतिरोध को बहाल करने के लिए एक रणनीति स्थापित करके, और इस कमी के तंत्र को उजागर करके,टीम ने उच्च प्रदर्शन वाली पूर्ण ठोस अवस्था वाली बैटरी के निर्माण में मूल्यवान जानकारी प्रदान की।यह शोध टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, जापान के नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड इंडस्ट्रियल टेक्नोलॉजी (एआईएसटी) और यामागाटा यूनिवर्सिटी द्वारा किए गए एक संयुक्त अध्ययन का परिणाम है।

सबसे पहले, टीम ने एक पतली फिल्म बैटरी तैयार की जिसमें एक लिथियम एनोड, एक लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड, और एक 3PO4 ठोस इलेक्ट्रोलाइट शामिल है।टीम ने लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड सतह को हवा के संपर्क में लाया, नाइट्रोजन (N2), ऑक्सीजन (O2), कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), हाइड्रोजन (H2) और जल वाष्प (H2O) 30 मिनट के लिए।

उनकी हैरानी के लिए, उन्होंने पाया कि N2, O2, CO2 और H2 के संपर्क में आने से कोशिकाओं के प्रदर्शन में कमी नहीं आई।"केवल H2O वाष्प ही Li3PO4-LiCoO2 इंटरफेस को बहुत खराब करता है और इसके प्रतिरोध मूल्य को नाटकीय रूप से बढ़ाता है, जो कि अप्रकाशित इंटरफ़ेस की तुलना में 10 गुना अधिक है", प्रोफेसर हिटोसुगी ने कहा।

इसके बाद टीम ने "एनीलिंग" नामक एक प्रक्रिया की, जिसमें नमूना को एक घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर बैटरी शैली के गर्मी उपचार के अधीन किया गया, जहां नकारात्मक इलेक्ट्रोड जमा किया गया।आश्चर्यजनक रूप से, इसने प्रतिरोध को 10.3Ω सेमी 2 तक कम कर दिया, जो एक अप्रकाशित सेल के प्रतिरोध के बराबर है। संख्यात्मक सिमुलेशन और अत्याधुनिक माप के माध्यम से,टीम ने तब पाया कि इस कमी को लिथियम डाइऑक्साइड संरचना से प्रोटॉन के सहज हटाने के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है "एनीलिंग" के दौरान. "

प्रोफेसर हिटोसुगी ने निष्कर्ष निकाला: "हमारे अध्ययन से पता चलता है कि लिथियम कोबाल्टेट संरचना में प्रोटॉन पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।हमें उम्मीद है कि इन अंतरफलक सूक्ष्म प्रक्रियाओं का स्पष्टीकरण पूरी तरह ठोस अवस्था की बैटरी के अनुप्रयोग क्षमता को व्यापक बनाने में मदद करेगा".