مطالعہ نے بیٹریاں بنانے کا ایک طریقہ دریافت کیا ہے جسے ہم ہر روز زیادہ لچکدار، طاقتور اور محفوظ بنانے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔
The year is 2018 and our everyday livesare now fuelled by different gadgets which either run on بجلی or on batteries. Our reliance on battery-operated gadgets and devices is growing phenomenally. A بیٹری is a device that stores chemical energy that gets converted into electricity. Batteries are likemini chemical reactors having reaction producing electronsfull of energy which flow through the external device.Whether its cell phones or laptops or other even electric vehicles, batteries – generally lithium-ion – is the main power source for these technologies. As technology keeps advancing, there is continuous demand for more compact, high capacity, and safe rechargeable batteries.
بیٹریوں کی ایک طویل اور شاندار تاریخ ہے۔ امریکی سائنسدان بینجمن فرینکلن نے سب سے پہلے 1749 میں "بیٹری" کی اصطلاح استعمال کی جب کہ منسلک کیپسیٹرز کے ایک سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے بجلی کے ساتھ تجربات کیے۔ اطالوی ماہر طبیعیات الیسینڈرو وولٹا نے پہلی بیٹری 1800 میں ایجاد کی جب تانبے (Cu) اور زنک (Zn) کی ڈسکوں کو نمکین پانی میں بھگوئے ہوئے کپڑے سے الگ کیا گیا۔ لیڈ ایسڈ بیٹری، سب سے زیادہ پائیدار اور سب سے پرانی ریچارج ایبل بیٹریوں میں سے ایک ہے جو 1859 میں ایجاد ہوئی تھی اور آج بھی گاڑیوں میں اندرونی دہن کے انجن سمیت کئی آلات میں استعمال ہوتی ہے۔
بیٹریاں بہت طویل سفر طے کر چکی ہیں اور آج وہ بڑے میگا واٹ سائز سے سائز کی ایک رینج میں آتی ہیں، لہذا نظریہ طور پر وہ سولر فارمز سے بجلی ذخیرہ کرنے اور چھوٹے شہروں کو روشن کرنے کے قابل ہیں یا وہ اتنی ہی چھوٹی ہو سکتی ہیں جتنی الیکٹرانک گھڑیوں میں استعمال ہوتی ہیں۔ شاندار ہے نا۔ جس کو پرائمری بیٹری کہا جاتا ہے، وہ رد عمل جو الیکٹران کے بہاؤ کو پیدا کرتا ہے ناقابل واپسی ہے اور آخر کار جب اس کا ایک ری ایکٹنٹ استعمال ہو جاتا ہے تو بیٹری چپٹی ہو جاتی ہے یا مر جاتی ہے۔ سب سے عام پرائمری بیٹری زنک کاربن بیٹری ہے۔ یہ بنیادی بیٹریاں ایک بڑا مسئلہ تھیں اور اس طرح کی بیٹریوں کو ضائع کرنے سے نمٹنے کا واحد طریقہ یہ تھا کہ ایک ایسا طریقہ تلاش کیا جائے جس میں انہیں دوبارہ استعمال کیا جا سکے – جس کا مطلب ہے کہ انہیں دوبارہ چارج کیا جا سکے۔ بیٹریوں کو نئی سے تبدیل کرنا واضح طور پر ناقابل عمل تھا اور اس طرح جیسے جیسے بیٹریاں زیادہ ہوتی گئیں طاقتور اور ان کو تبدیل کرنے اور ان کو ٹھکانے لگانے کے لئے کافی مہنگا ذکر نہ کرنا ناممکن ہونے کے بعد بڑا ہو گیا۔
Nickel-cadmium battery (NiCd) was the first popular rechargeable batteries which used an alkali as an electrolyte. In 1989 nickel-metal hydrogen batteries (NiMH) were developed having longer life than NiCd batteries. However, they had some drawbacks, mainly that they were very sensitive to overcharging and overheating specially when they were charged say to their maximum rate. Therefore, they had to be charged slowly and carefully to avoid any damage and required longer times to get charged by simpler chargers.
Invented in 1980, Lithium-ion batteries (LIBs) are the most commonly used batteries in consumer الیکٹرانک devices today. Lithium is one of the lightest elements and it has one of the largest electrochemical potentials, therefore this combination is ideally suited for making batteries. In LIBs, lithium ions move between different electrodes through an electrolyte which is made of salt and نامیاتی solvents (in most traditional LIBs). Theoretically, lithium metal is the most electrically positive metal having very high capacity and is the best possible choice for batteries. When LIBs are underdoing recharging, the positively charged lithium ion becomes lithium metal.Thus, LIBs are most popular rechargeable batteries for use in all kinds of portable devices owing to their long life and high capacity. However, one major problem is that the electrolyte can evaporate easily, causing a short-circuit in the battery and this can be a fire hazard. In practice, LIBs are really unstable and inefficient as over time the lithium dispositions become non-uniform.LIBs also have low charge and discharge rates and safety concerns make them unviable for many high power and high capacity machines, example electric and hybrid electric vehicles. LIB has been reported to exhibit good capacity and retention rates at very rare occasions.
اس طرح، بیٹریوں کی دنیا میں سب کچھ کامل نہیں ہے جیسا کہ حالیہ برسوں میں بہت سی بیٹریوں کو غیر محفوظ کے طور پر نشان زد کیا گیا ہے کیونکہ ان میں آگ لگ جاتی ہے، وہ ناقابل اعتبار اور بعض اوقات ناکارہ ہوتی ہیں۔ دنیا بھر کے سائنس دان ایسی بیٹریاں بنانے کی جستجو میں ہیں جو چھوٹی، محفوظ طریقے سے ریچارج کے قابل، ہلکی، زیادہ لچکدار اور ساتھ ہی زیادہ طاقتور ہوں گی۔ اس لیے، ممکنہ متبادل کے طور پر توجہ سالڈ سٹیٹ الیکٹرولائٹس پر مرکوز ہو گئی ہے۔ سائنس دانوں کے ذریعہ اس کو مقصد کے طور پر رکھتے ہوئے بہت سے اختیارات آزمائے گئے ہیں، لیکن استحکام اور توسیع پذیری زیادہ تر مطالعات میں رکاوٹ رہی ہے۔ پولیمر الیکٹرولائٹس نے بڑی صلاحیت ظاہر کی ہے کیونکہ وہ نہ صرف مستحکم ہیں بلکہ لچکدار اور سستے بھی ہیں۔ بدقسمتی سے، اس طرح کے پولیمر الیکٹرولائٹس کا بنیادی مسئلہ ان کی ناقص چالکتا اور مکینیکل خصوصیات ہیں۔
ACS میں شائع ایک حالیہ مطالعہ میں نینو لیٹر, محققین have shown that a battery’s safety and even many other properties can be enhanced by adding nanowires to it, making the battery superior. This team of researchersfrom College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, China have built upon their previous research where they made magnesium borate nanowires which exhibited good mechanical properties and conductivity. In the current study they checked if this would also be true for batteries when such nanowires ٹھوس ریاست پولیمر الیکٹرولائٹ میں شامل کیا جاتا ہے۔ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ کو میگنیشیم بوریٹ نانوائرز کے 5، 10، 15 اور 20 وزن کے ساتھ ملایا گیا تھا۔ یہ دیکھا گیا کہ نانوائرز نے سالڈ سٹیٹ پولیمر الیکٹرولائٹ کی چالکتا میں اضافہ کیا جس نے بیٹریوں کو زیادہ مضبوط اور لچکدار بنا دیا جب کہ نانوائرز کے بغیر پہلے کے مقابلے میں۔ چالکتا میں یہ اضافہ الیکٹرولائٹ سے گزرنے اور منتقل ہونے والے آئنوں کی تعداد میں اضافے اور بہت تیز رفتار کی وجہ سے تھا۔ پورا سیٹ اپ ایک بیٹری کی طرح تھا لیکن نینوائرز کے ساتھ۔ اس سے کارکردگی کی اعلی شرح اور عام بیٹریوں کے مقابلے میں سائیکل میں اضافہ ہوا۔ سوزش کا ایک اہم ٹیسٹ بھی کیا گیا اور دیکھا گیا کہ بیٹری جل نہیں رہی ہے۔ آج کل کی وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والی پورٹیبل ایپلی کیشنز جیسے موبائل فون اور لیپ ٹاپ کو زیادہ سے زیادہ اور سب سے زیادہ کمپیکٹ ذخیرہ شدہ توانائی کے ساتھ اپ گریڈ کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ واضح طور پر پرتشدد خارج ہونے والے مادہ کے خطرے کو بڑھاتا ہے اور بیٹریوں کے چھوٹے فارمیٹ کی وجہ سے یہ ایسے آلات کے لیے قابل انتظام ہے۔ لیکن چونکہ بیٹریوں کی بڑی ایپلی کیشنز کو ڈیزائن اور آزمایا جاتا ہے، حفاظت، استحکام اور طاقت سب سے زیادہ اہمیت رکھتی ہے۔
***
{آپ اصل تحقیقی مقالے کو ذیل میں دیے گئے DOI لنک پر کلک کر کے پڑھ سکتے ہیں جو حوالہ دیئے گئے ماخذ کی فہرست میں ہے}
ذرائع)
شینگ او وغیرہ۔ 2018. Mg2B2O5 Nanowire نے اعلی Ionic conductivity، بہترین مکینیکل خصوصیات، اور شعلہ retardant کارکردگی کے ساتھ ملٹی فنکشنل سالڈ سٹیٹ الیکٹرولائٹس کو فعال کیا۔ نینو لیٹرز۔ https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
