എന്താണ് ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ്?

ഒരു ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഒരു ചാലക പരിഹാരമാണ്, അവിടെ ജൈവ സംയുക്തങ്ങൾ അലിഞ്ഞുപോയ ലവണങ്ങൾക്കുള്ള ലായകമായി വർത്തിക്കുന്നു. വെള്ളത്തിനോ അജൈവ പദാർത്ഥങ്ങൾക്കോ പകരം എഥിലീൻ കാർബണേറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ ഡൈമെഥൈൽ കാർബണേറ്റ് പോലുള്ള കാർബൺ അധിഷ്‌ഠിത ലായകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഈ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ബാറ്ററികളിലെ ഇലക്‌ട്രോഡുകൾക്കിടയിൽ അയോൺ ഗതാഗതം സാധ്യമാക്കുന്നു.

നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും ചിന്തിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽഎന്താണ് ലിഥിയം ബാറ്ററിഉണ്ടാക്കിയത്, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ ഹൃദയഭാഗത്ത് ഇരിക്കുന്നു. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ചാർജിലും ഡിസ്ചാർജ് സൈക്കിളിലും കാഥോഡിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകൾ ഷട്ടിൽ ചെയ്യാൻ ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ ലിക്വിഡ് മീഡിയം ഇല്ലാതെ, ബാറ്ററി കേവലം പ്രവർത്തിക്കില്ല.

സാധാരണ ഘടനയിൽ ലിഥിയം ഉപ്പ്-ഏറ്റവും സാധാരണയായി ലിഥിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോഫോസ്ഫേറ്റ് (LiPF₆)-ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങളുടെ മിശ്രിതത്തിൽ ലയിപ്പിച്ചതാണ്. ഇത് ഉയർന്ന അയോണിക് ചാലകതയുള്ള ഒരു പരിഹാരം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള ലിഥിയം അയോണുകളെ സ്വതന്ത്രമായി നീങ്ങാൻ അനുവദിക്കുകയും ഇലക്ട്രോൺ പ്രവാഹം തടയുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ടുകൾക്ക് കാരണമാകും.

വാണിജ്യപരമായ ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾ ജലീയ (ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള) ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളേക്കാൾ ഓർഗാനിക് ഉപയോഗിക്കുന്നു (ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളത്) ഈ വോൾട്ടേജ് പ്രയോജനം നേരിട്ട് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുള്ള ബാറ്ററികളിലേക്ക് വിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു.

ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ഘടന ആപ്ലിക്കേഷൻ ആവശ്യകതകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു, എന്നാൽ നിരവധി ലായകങ്ങൾ ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നു:

സൈക്ലിക് കാർബണേറ്റുകൾ:

എഥിലീൻ കാർബണേറ്റ് (ഇസി) ഊഷ്മാവിൽ കട്ടിയുള്ളതാണെങ്കിലും ഉയർന്ന വൈദ്യുത സ്ഥിരതയും മികച്ച ഉപ്പ് ലയിക്കുന്നതും നൽകുന്നു.

പ്രൊപിലീൻ കാർബണേറ്റ് (പിസി) ദ്രാവകമായി തുടരുന്നു, പക്ഷേ ചില ആനോഡ് വസ്തുക്കളിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് പുറംതള്ളലിന് കാരണമാകും.

വിനൈലീൻ കാർബണേറ്റ് (VC) പലപ്പോഴും ഇലക്ട്രോഡ് സ്ഥിരത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു അഡിറ്റീവായി കാണപ്പെടുന്നു

ലീനിയർ കാർബണേറ്റുകൾ:

മികച്ച അയോൺ ഗതാഗതത്തിന് ഡൈമെഥൈൽ കാർബണേറ്റ് (ഡിഎംസി) കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി നൽകുന്നു

ഡൈതൈൽ കാർബണേറ്റ് (ഡിഇസി) ചാലകതയും സുരക്ഷയും സന്തുലിതമാക്കുന്നു

എഥൈൽ മീഥൈൽ കാർബണേറ്റ് (EMC) DMC, DEC എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു

മിക്ക വാണിജ്യ ഫോർമുലേഷനുകളും ചാക്രികവും രേഖീയവുമായ കാർബണേറ്റുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ഒരു സാധാരണ മിശ്രിതത്തിൽ 70% DEC ഉള്ള 30% EC അടങ്ങിയിരിക്കാം, ഉയർന്ന ചാലകതയും ഉചിതമായ വിസ്കോസിറ്റിയും ഉള്ള ഒരു ദ്രാവകം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ആഗോള ലിഥിയം-അയോൺ ബാറ്ററി ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് സോൾവെൻ്റ് മാർക്കറ്റ് 2024-ൽ 10.55 ബില്യൺ ഡോളറിലെത്തി, 2034-ഓടെ 28.12 ബില്യൺ ഡോളറായി വളരുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, ഇത് ഈ മെറ്റീരിയലുകളുടെ നിർണായക പ്രാധാന്യം പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു.

ഈതർ-അടിസ്ഥാന ലായകങ്ങൾ:

1,2-dimethoxyethane (DME) ലിഥിയം മെറ്റൽ ആനോഡുകളുമായി സ്ഥിരത നൽകുന്നു

ടെട്രാഹൈഡ്രോഫുറാൻ (THF) കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി നൽകുന്നു

1,3-ഡയോക്സോളെയ്ൻ സൈക്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു

സുരക്ഷിതമായ ബദലായി അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങളെക്കുറിച്ചും ഗവേഷകർ അന്വേഷിക്കുന്നുണ്ട്. ഈ ഉരുകിയ ലവണങ്ങൾ ഊഷ്മാവിൽ ദ്രാവകാവസ്ഥയിൽ നിലനിൽക്കുകയും ഫലത്തിൽ പൂജ്യം നീരാവി മർദ്ദം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് അവയെ തീപിടിക്കാത്തതാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, പരമ്പരാഗത ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് അവയുടെ ഉയർന്ന വിസ്കോസിറ്റി അയോണിക് ചാലകത കുറയ്ക്കുന്നു.

പ്രവർത്തന സംവിധാനം നേരായതും എന്നാൽ ഗംഭീരവുമാണ്. ഡിസ്ചാർജ് സമയത്ത്, ആനോഡിലെ ലിഥിയം അയോണുകൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലേക്ക് വിടുകയും കാഥോഡിലേക്ക് നീങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ കടന്നുപോകാൻ കഴിയാത്ത ഇലക്ട്രോണുകൾ ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നു

ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് നിരവധി മത്സര ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റണം. വേഗത്തിലുള്ള അയോൺ ചലനത്തിന് കുറഞ്ഞ വിസ്കോസിറ്റി, ലിഥിയം ഉപ്പ് വിഘടിപ്പിക്കാൻ ഉയർന്ന വൈദ്യുത സ്ഥിരത, വിഘടനം തടയാൻ വിശാലമായ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്ഥിരത വിൻഡോ, രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകളുമായും രാസ സ്ഥിരത എന്നിവ ആവശ്യമാണ്. ഈ ഗുണങ്ങളെല്ലാം സന്തുലിതമാക്കുന്ന മെറ്റീരിയലുകൾ കണ്ടെത്തുന്നത് വെല്ലുവിളിയായി തുടരുന്നു.

ഇലക്ട്രോഡ് പ്രതലങ്ങളിൽ ഒരു നിർണായക പ്രതിഭാസം സംഭവിക്കുന്നു: സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെ (SEI) രൂപീകരണം. ബാറ്ററി ആദ്യം ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ആനോഡ് പ്രതലത്തിൽ ഭാഗികമായി വിഘടിക്കുകയും നേർത്ത സംരക്ഷണ പാളി സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകളെ തടയുകയും കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വിഘടനം തടയുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ലിഥിയം അയോണുകളെ കടന്നുപോകാൻ ഈ SEI അനുവദിക്കുന്നു. ഈ ലെയറിൻ്റെ ഗുണനിലവാരവും സ്ഥിരതയും ബാറ്ററിയുടെ ആയുസ്സിനെയും സുരക്ഷയെയും സാരമായി ബാധിക്കുന്നു.

Organic Electrolyte

ഓർഗാനിക്, ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ തമ്മിലുള്ള തിരഞ്ഞെടുപ്പിൽ അടിസ്ഥാനപരമായ ഇടപാടുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു. ജലീയ സംവിധാനങ്ങൾ ഉയർന്ന അയോണിക് ചാലകത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു-ജല തന്മാത്രകൾ ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങളേക്കാൾ കാര്യക്ഷമമായി അയോണുകളെ ചലിപ്പിക്കുന്നു. വെള്ളം കത്തുന്നതോ വിഷാംശമോ അല്ലാത്തതിനാൽ അവ സുരക്ഷിതവും വിലകുറഞ്ഞതും കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ എളുപ്പവുമാണ്.

എന്നാൽ ആ 1.23-വോൾട്ട് സ്റ്റെബിലിറ്റി വിൻഡോ മിക്ക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുമുള്ള ജലീയ സംവിധാനങ്ങളെ നശിപ്പിക്കുന്നു. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ 3.7 മുതൽ 4.2 വോൾട്ട് വരെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ജലത്തിന് താങ്ങാനാവുന്നതിലും അപ്പുറമാണ്. ചില ഗവേഷകർ ഉയർന്ന സാന്ദ്രീകൃത ഉപ്പ് ലായനികൾ ഉപയോഗിച്ച് ജലീയ സംവിധാനങ്ങളെ 2.0-2.5 വോൾട്ടുകളിലേക്ക് തള്ളിവിട്ടു, എന്നാൽ ഇത് ചെലവ് നേട്ടം ത്യജിക്കുകയും പുതിയ പ്രശ്നങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ വിപണിയിൽ ആധിപത്യം സ്ഥാപിക്കുന്നത് അവ തികഞ്ഞതായതുകൊണ്ടല്ല, മറിച്ച് ഉയർന്ന-വോൾട്ടേജ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ലഭ്യമായ ഏറ്റവും മികച്ച ഓപ്ഷനായതുകൊണ്ടാണ്. ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെ ഗുണം വളരെ പ്രധാനമാണ്-ഇത് 100-മൈൽ റേഞ്ചുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രിക് വാഹനവും 300-മൈൽ റേഞ്ചും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസമാണ്.

ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ പ്രധാന പോരായ്മ ജ്വലനമാണ്. കാർബണേറ്റ് ലായകങ്ങൾ പെട്ടെന്ന് ജ്വലിക്കുന്നു, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ തീക്ഷ്ണമായ ചൂട് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. തെർമൽ റൺവേ-അവിടെയുള്ള ആന്തരിക താപം രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നിടത്ത് കൂടുതൽ താപം സൃഷ്ടിക്കുന്ന-അഗ്നിബാധകളിലേക്കോ സ്ഫോടനങ്ങളിലേക്കോ നയിച്ചേക്കാം.

നിരവധി തന്ത്രങ്ങൾ ഈ അപകടസാധ്യത പരിഹരിക്കുന്നു:

ഫ്ലേം-റിട്ടാർഡൻ്റ് അഡിറ്റീവുകൾ:ട്രൈമീഥൈൽ ഫോസ്ഫേറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ ഫ്ലൂറിനേറ്റഡ് ലായകങ്ങൾ പോലുള്ള സംയുക്തങ്ങൾ ചേർക്കുന്നത് ജ്വലനം കുറയ്ക്കുന്നു. 2020-ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഗവേഷണം, മീഥൈൽ(2,2,2-ട്രൈഫ്ലൂറോഎഥൈൽ)കാർബണേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് EC{2}}അധിഷ്‌ഠിത ജ്വലനമല്ലാത്ത ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ കണ്ടെത്തി. ഈ ഫോർമുലേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സെല്ലുകൾ 4.5V ചാർജ് കട്ട്ഓഫ്-കണ്ടീഷനുകളിൽ 100 സൈക്കിളുകൾ ഓടുന്നു, ഇത് സാധാരണ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളെ തരംതാഴ്ത്താൻ ഇടയാക്കും.

സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ:ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഖര വസ്തുക്കൾ (പോളിമറുകൾ അല്ലെങ്കിൽ സെറാമിക്സ്) ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് തീപിടുത്തം പൂർണ്ണമായും ഇല്ലാതാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ വെല്ലുവിളികൾ നേരിടുന്നു: ഊഷ്മാവിൽ കുറഞ്ഞ അയോണിക് ചാലകത, ഇലക്ട്രോഡുകളുമായുള്ള മോശം സമ്പർക്കം, പൊട്ടൽ. സാങ്കേതികവിദ്യ വാഗ്ദാനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും ലിക്വിഡ് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ പ്രകടനവുമായി ഇതുവരെ പൊരുത്തപ്പെട്ടിട്ടില്ല.

ഉയർന്ന-സാന്ദ്രത ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ:സാധാരണ 1 മോളാറിന് പകരം 3-5 മോളാർ ഉപ്പ് സാന്ദ്രത ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ ഘടനയെ മാറ്റുന്നു. ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, കുറച്ച് ലായക തന്മാത്രകൾ അൺബൗണ്ട് ആയി നിലകൊള്ളുന്നു, ഇത് ജ്വലനം കുറയ്ക്കുകയും സ്ഥിരത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. അത്തരം കോൺഫിഗറേഷനുകളിലെ LiFSI (ലിഥിയം ബിസ് (ഫ്ലൂറോസൾഫോണിൽ) ഇമൈഡ്) മികച്ച പ്രകടനം നിലനിർത്തിക്കൊണ്ടുതന്നെ മെച്ചപ്പെട്ട സുരക്ഷ കാണിക്കുന്നു.

ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് വിപണി അതിവേഗം വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ലിഥിയം ബാറ്ററി ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് വിപണി 2025-ൽ 5.8 ബില്യൺ ഡോളറായിരുന്നു, 2035-ഓടെ 18.3 ബില്യൺ ഡോളറിലെത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, ഇത് 12.2% സംയുക്ത വാർഷിക വളർച്ചാ നിരക്ക് കാണിക്കുന്നു. ഈ വളർച്ച പ്രാഥമികമായി വൈദ്യുത വാഹനങ്ങൾ സ്വീകരിക്കുന്നതിൽ നിന്നും ഗ്രിഡ് സ്കെയിൽ ഊർജ്ജ സംഭരണ വിന്യാസത്തിൽ നിന്നുമാണ്.

ഏഷ്യാ പസഫിക് ഉൽപ്പാദനത്തിലും ഉപഭോഗത്തിലും ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നു, ആഗോള വിപണിയുടെ ഏകദേശം 35% വരും. ചൈന, പ്രത്യേകിച്ച്, അതിൻ്റെ ആഭ്യന്തര ബാറ്ററി വ്യവസായത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിനായി വൻതോതിൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് നിർമ്മാണ ശേഷി ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുണ്ട്. ഗ്വാങ്‌ഷൂ ടിൻസി മെറ്റീരിയൽസ് ടെക്‌നോളജി, ഷെൻഷെൻ കാപ്‌ചെം ടെക്‌നോളജി തുടങ്ങിയ കമ്പനികൾ ആഗോള വിതരണത്തിന് നേതൃത്വം നൽകുന്നു.

ഓട്ടോമോട്ടീവ് സെഗ്‌മെൻ്റ്-ഇലക്‌ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ ഇപ്പോൾ ഉപഭോക്തൃ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് അഞ്ച് വർഷം മുമ്പുള്ളതിനേക്കാൾ വിപരീതമാണ്. എല്ലാ EV ബാറ്ററി പാക്കിലും നിരവധി ലിറ്റർ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, 2023-ൽ ആഗോള EV വിൽപ്പന 14 ദശലക്ഷം യൂണിറ്റ് കവിഞ്ഞു. ഈ ഓട്ടോമോട്ടീവ് ഫോക്കസ് പരമാവധി ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയേക്കാൾ ദീർഘ ചക്ര ആയുസ്സിനും വിശാലമായ താപനില പ്രവർത്തനത്തിനും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്‌ത ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിലേക്കാണ് ഗവേഷണത്തെ നയിക്കുന്നത്.

ഫീൽഡ് എവിടേക്കാണ് പോകുന്നതെന്ന് സമീപകാല ഗവേഷണ നിർദ്ദേശങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന കോൺസൺട്രേഷൻ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ (LHCEകൾ) പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ചതാണ് ഒരു നല്ല മേഖല. ലിഥിയം ഉപ്പിന് ചുറ്റും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള പ്രാദേശിക അന്തരീക്ഷം സൃഷ്ടിക്കാൻ ഈ സംവിധാനങ്ങൾ വിലകൂടിയ ഫ്ലൂറിനേറ്റഡ് ലായകത്തിൻ്റെ ഒരു ചെറിയ തുക ഉപയോഗിക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഇത് വിലകുറഞ്ഞതും നിഷ്ക്രിയവുമായ കോസോൾവെൻ്റ് ഉപയോഗിച്ച് നേർപ്പിക്കുക. കൂടുതൽ ന്യായമായ വിലയും വിസ്കോസിറ്റിയും ഉള്ള ഉയർന്ന-കോൺസൺട്രേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളെ ഫലം സംയോജിപ്പിക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അഡിറ്റീവുകൾ വഴി SEI ലെയർ ടൈലറിംഗ് ചെയ്യുന്നതാണ് മറ്റൊരു പ്രവണത. ചെറിയ അളവിൽ (1-5%) പ്രത്യേക സംയുക്തങ്ങൾ ഇലക്ട്രോഡ് ഉപരിതലത്തിൽ രൂപപ്പെടുന്നതിനെ നാടകീയമായി സ്വാധീനിക്കും. വിനൈലീൻ കാർബണേറ്റ്, ഉദാഹരണത്തിന്, കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു SEI ഫിലിം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് വിഘടിപ്പിക്കുന്നു. മുൻനിര ബാറ്ററി ലാബുകളിലെ ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ ഏറ്റവും മികച്ച കാൻഡിഡേറ്റുകളെ സമന്വയിപ്പിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ കെമിസ്ട്രി ഉപയോഗിച്ച് നൂറുകണക്കിന് സാധ്യതയുള്ള അഡിറ്റീവുകൾ സ്ഥിരമായി പരിശോധിക്കുന്നു.

എല്ലാ-സോളിഡ്-സ്‌റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളും നിലവിലെ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ നിന്നുള്ള ഏറ്റവും സമൂലമായ വ്യതിയാനത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ടൊയോട്ട, സാംസങ്, ക്വാണ്ടംസ്‌കേപ്പ് എന്നിവ ഖര ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിൽ വൻതോതിൽ നിക്ഷേപം നടത്തുന്ന കമ്പനികളാണ്. വിജയകരമാണെങ്കിൽ, ഈ സംവിധാനങ്ങൾക്ക് നിലവിലെ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളേക്കാൾ 50% കൂടുതൽ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത വാഗ്ദാനം ചെയ്യാനും തീപിടുത്ത സാധ്യത ഇല്ലാതാക്കാനും കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, ഇൻ്റർഫേസ് സ്ഥിരതയ്ക്കും സ്കെയിലിൽ നിർമ്മാണത്തിനും ചുറ്റുമുള്ള സാങ്കേതിക വെല്ലുവിളികൾ പരിഹരിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല.

സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കും സമാനമായ സമീപനങ്ങൾ ഗവേഷകർ പ്രയോഗിച്ചതാണ് ലിഥിയത്തിൻ്റെ വിജയം. സോഡിയം ലിഥിയത്തേക്കാൾ വളരെ സമൃദ്ധവും വിലകുറഞ്ഞതുമാണ്, സോഡിയം-അയൺ സിസ്റ്റങ്ങളെ ഭാരം കുറഞ്ഞ സ്‌റ്റേഷണറി സ്റ്റോറേജിന് ആകർഷകമാക്കുന്നു. നല്ല വാർത്ത: ലിഥിയം സിസ്റ്റങ്ങൾക്കായി വികസിപ്പിച്ച പല ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളും സോഡിയത്തിനൊപ്പം വേണ്ടത്ര പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

വെല്ലുവിളികൾ അല്പം വ്യത്യസ്തമാണ്. സോഡിയം അയോണുകൾ ലിഥിയം അയോണുകളേക്കാൾ വലുതാണ്, ഇത് ഗതാഗത ഗുണങ്ങളെയും SEI രൂപീകരണത്തെയും ബാധിക്കുന്നു. ഈ വ്യത്യാസങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് ക്രമീകരണം ആവശ്യമാണ്. ഈസ്റ്റർ അധിഷ്‌ഠിത ലായകങ്ങൾ (എഥൈൽ അസറ്റേറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ മീഥൈൽ പ്രൊപ്പിയോണേറ്റ് പോലെയുള്ളവ) ചിലപ്പോൾ കാർബണേറ്റ് അധിഷ്‌ഠിത{4}}അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള സോഡിയത്തിനൊപ്പം മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവെക്കുന്നു.

CATL പോലുള്ള കമ്പനികളിൽ നിന്നുള്ള വാണിജ്യ സോഡിയം{0}}അയോൺ ബാറ്ററികൾ ഇപ്പോൾ ലിഥിയം{1}}അയൺ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് സമാനമായ ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, സാധാരണയായി സോഡിയം ഹെക്സാഫ്ലൂറോഫോസ്ഫേറ്റ് (NaPF₆) കാർബണേറ്റ് മിശ്രിതങ്ങളിൽ. സാങ്കേതികവിദ്യ ഇതുവരെ ലിഥിയം-അയൺ പ്രകടനവുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടിട്ടില്ല, എന്നാൽ റെസിഡൻഷ്യൽ സോളാർ സ്റ്റോറേജ് പോലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, കുറഞ്ഞ ചെലവിൽ "നല്ലത്" എന്നത് "മികച്ചതായിരിക്കാം."

ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ താപനില തീവ്രതയിൽ പോരാടുന്നു. -20 ഡിഗ്രിക്ക് താഴെ, വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുകയും ലിഥിയം-അയൺ ഗതാഗതം ഗണ്യമായി കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. 60 ഡിഗ്രിക്ക് മുകളിൽ, വിഘടിപ്പിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും ബാറ്ററിയുടെ ആയുസ്സ് ബാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഈതർ-അധിഷ്‌ഠിത ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ കാർബണേറ്റ് അധിഷ്‌ഠിത{1}}അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ളതിനേക്കാൾ നന്നായി തണുപ്പിനെ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു, എന്നിരുന്നാലും അവ കുറച്ച് വോൾട്ടേജ് സ്ഥിരത നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നു. 2024-ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഗവേഷണം സോഡിയം{4}}മെറ്റൽ ബാറ്ററികൾ -40 ഡിഗ്രിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് തെളിയിച്ചു, ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം രൂപപ്പെടുത്തിയ ഈതർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച്. ലായക തന്മാത്രകൾ അയോണുകൾക്ക് ചുറ്റും എങ്ങനെ ക്രമീകരിക്കുന്നു-തണുക്കുമ്പോൾ പോലും അയോൺ മൊബിലിറ്റി നിലനിർത്തുന്നതിന്-സന്തുലിതമായ സോവേഷൻ ഘടന ഉൾപ്പെട്ടതാണ് പ്രധാനം.

ഉയർന്ന-താപനിലയുള്ള പ്രയോഗങ്ങൾക്ക്, ഫ്ലൂറിനേറ്റഡ് ഈഥറുകളും ഫോസ്ഫേറ്റ് ഈസ്റ്ററുകളും സാധാരണ കാർബണേറ്റുകളേക്കാൾ മികച്ച സ്ഥിരത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. സൈനിക, എയ്‌റോസ്‌പേസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ചിലപ്പോൾ ഈ പ്രത്യേക ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ഉയർന്ന വിലയെ ന്യായീകരിക്കുന്നു.

ലിഥിയം-അയോണിനപ്പുറം ബാറ്ററി കെമിസ്ട്രികളിൽ ഓർഗാനിക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. ലിഥിയം-സൾഫർ ബാറ്ററികൾ, സൈദ്ധാന്തികമായി വളരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, പോളിസൾഫൈഡ് പിരിച്ചുവിടൽ തടയുന്ന ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ആവശ്യമാണ്. ഇത് പരിഹരിക്കാൻ ലിഥിയം നൈട്രേറ്റ് പോലുള്ള അഡിറ്റീവുകളുള്ള പ്രത്യേക ഈഥർ{4}അധിഷ്ഠിത ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഗവേഷകർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്.

ഓർഗാനിക് ഫ്ലോ ബാറ്ററികൾ സോളിഡ് ഇലക്ട്രോഡുകളേക്കാൾ സജീവമായ പദാർത്ഥമായി അലിഞ്ഞുപോയ ഓർഗാനിക് സംയുക്തങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ സംവിധാനങ്ങൾ ബാറ്ററിയിലൂടെ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് പ്രസരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഊർജ്ജ ശേഷിയെ പവർ ഔട്ട്പുട്ടിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി അളക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ജലീയ അല്ലെങ്കിൽ ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിൽ ലയിപ്പിച്ച ക്വിനോണുകൾ, വയലജനുകൾ, ടെമ്പോ ഡെറിവേറ്റീവുകൾ എന്നിവ ഗ്രിഡ്{2}}സ്കെയിൽ സംഭരണത്തിനുള്ള വാഗ്ദാനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

സിങ്ക്-എയർ ബാറ്ററികൾ ചിലപ്പോൾ സിങ്ക് ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപീകരണം തടയാൻ ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. മഗ്നീഷ്യം ബാറ്ററികൾ-ഇപ്പോഴും ഗവേഷണ ഘട്ടങ്ങളിലാണ്-ലിഥിയം പോലെ മഗ്നീഷ്യം ഒരു നിഷ്ക്രിയ പാളി ഉണ്ടാക്കാത്തതിനാൽ പ്രത്യേക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ആവശ്യമാണ്.

Organic Electrolyte

1.23V-ന് മുകളിലുള്ള വോൾട്ടേജുകളിൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിലൂടെ ജലം വിഘടിക്കുന്നു, ഹൈഡ്രജൻ, ഓക്സിജൻ വാതകങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ 3.7-4.2V-ൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ജലത്തിൻ്റെ സ്ഥിരത പരിധിക്കപ്പുറം. ഈ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജുകളിൽ ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങൾ സ്ഥിരമായി നിലകൊള്ളുന്നു, ഇത് ഒരു യൂണിറ്റ് ഭാരത്തിന് കൂടുതൽ ഊർജ്ജ സംഭരണം അനുവദിക്കുന്നു.

ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക ഓർഗാനിക് ലായകങ്ങളിലും-കാർബണേറ്റുകൾ, ഈഥറുകൾ, എസ്റ്ററുകൾ{1}}കാർബൺ{2}}ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അത് ഓക്സിജൻ്റെയും താപത്തിൻ്റെയും സാന്നിധ്യത്തിൽ പെട്ടെന്ന് ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുന്നു. ഒരു ബാറ്ററി തെർമൽ റൺവേയിൽ പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ, ആന്തരിക താപനില 150 ഡിഗ്രി കവിയുന്നു, ഈ സമയത്ത് ഈ ലായകങ്ങൾ കത്തിക്കുന്നു. ലിഥിയം ലവണങ്ങൾ, റിയാക്ടീവ് ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ എന്നിവയുടെ സാന്നിധ്യം ഒരിക്കൽ ആരംഭിച്ച ജ്വലനത്തെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു.

ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഡീഗ്രഡേഷൻ ബാറ്ററി ആയുസ്സ് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നത് ഉപഭോക്തൃ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഏകദേശം 1000-2000 ചാർജ് സൈക്കിളുകളിലേക്കോ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളിൽ 8-10 വർഷത്തേക്കോ ആണ്. ഇലക്ട്രോഡ് പ്രതലങ്ങളിൽ വിഘടിപ്പിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ തുടർച്ചയായി സംഭവിക്കുന്നു, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് കഴിക്കുകയും ഇൻസുലേറ്റിംഗ് പാളികൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. താപനില, ചാർജിംഗ് നിരക്കുകൾ, വോൾട്ടേജ് ശ്രേണികൾ എന്നിവയെല്ലാം ഡീഗ്രഡേഷൻ്റെ വേഗതയെ ബാധിക്കുന്നു-സൌമ്യമായ ഉപയോഗം ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ഇലക്ട്രോഡുകളിൽ നിന്ന് ലിഥിയം, കൊബാൾട്ട്, നിക്കൽ തുടങ്ങിയ വിലപിടിപ്പുള്ള ലോഹങ്ങൾ വീണ്ടെടുക്കുന്നതിലാണ് നിലവിലെ റീസൈക്ലിംഗ് പ്രക്രിയകൾ പ്രധാനമായും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്. ഹൈഡ്രോമെറ്റലർജിക്കൽ റീസൈക്ലിംഗ് സമയത്ത് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് സാധാരണയായി കത്തിക്കുകയോ രാസപരമായി നശിപ്പിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നു. ചില പുതിയ സമീപനങ്ങൾ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഘടകങ്ങൾ വീണ്ടെടുക്കാനും ശുദ്ധീകരിക്കാനും ശ്രമിക്കുന്നു, എന്നാൽ പെട്രോളിയം ഫീഡ്‌സ്റ്റോക്കുകളിൽ നിന്ന് പുതിയ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഇത് ഇതുവരെ സാമ്പത്തികമായി മത്സരിച്ചിട്ടില്ല.

ഓർഗാനിക് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ്, അറിയപ്പെടുന്ന പരിമിതികളോടെപ്പോലും, ബദലുകൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ പാടുപെടുന്ന തരത്തിൽ നന്നായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഒന്നാണ്. സോളിഡ്-സംസ്ഥാന സംവിധാനങ്ങൾ മികച്ച സുരക്ഷ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ജലീയ സംവിധാനങ്ങൾ കുറഞ്ഞ ചിലവ് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, എന്നാൽ ഓർഗാനിക് ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ നിലവിൽ മികച്ച പ്രകടനം, ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, ഉൽപ്പാദനക്ഷമത എന്നിവ നൽകുന്നു. ഭാവിയിൽ, നമ്മുടെ ഫോണുകൾ, ലാപ്‌ടോപ്പുകൾ, വാഹനങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് ഊർജം പകരുന്ന ഓരോ ലിഥിയം -അയൺ ബാറ്ററിയിലും ഈ കാർബൺ അധിഷ്‌ഠിത അയോണിക് കണ്ടക്ടറുകളുടെ നിരവധി മില്ലിലിറ്ററുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കും.