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۔
سال 2018 ہے اور ہماری روزمرہ کی زندگی اب مختلف گیجٹس سے بھری ہوئی ہے جو یا تو چلتے ہیں۔ بجلی یا بیٹریوں پر۔ بیٹری سے چلنے والے گیجٹس اور آلات پر ہمارا انحصار غیر معمولی طور پر بڑھ رہا ہے۔ اے بیٹری ایک ایسا آلہ ہے جو کیمیائی توانائی کو ذخیرہ کرتا ہے جو بجلی میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ بیٹریاں چھوٹے کیمیکل ری ایکٹرز کی طرح ہوتی ہیں جن کا رد عمل الیکٹران سے بھرپور توانائی پیدا کرتا ہے جو بیرونی ڈیوائس سے گزرتا ہے۔ چاہے اس کے سیل فون ہوں یا لیپ ٹاپ یا دیگر حتیٰ کہ الیکٹرک گاڑیاں، بیٹریاں - عام طور پر لیتھیم آئن - ان ٹیکنالوجیز کے لیے طاقت کا بنیادی ذریعہ ہیں۔ جیسے جیسے ٹیکنالوجی آگے بڑھ رہی ہے، زیادہ کمپیکٹ، اعلیٰ صلاحیت، اور محفوظ ریچارج ایبل بیٹریوں کی مسلسل مانگ ہے۔
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 بیٹری (NiCd) پہلی مقبول ریچارج ایبل بیٹری تھی جس نے الکلی کو الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کیا۔ 1989 میں نکل میٹل ہائیڈروجن بیٹریاں (NiMH) تیار کی گئیں جن کی زندگی NiCd بیٹریوں سے زیادہ تھی۔ تاہم، ان میں کچھ خامیاں تھیں، خاص طور پر یہ کہ وہ زیادہ سے زیادہ چارج کرنے اور زیادہ گرم ہونے کے لیے خاص طور پر جب ان کی زیادہ سے زیادہ شرح کے مطابق چارج کیے گئے تو بہت حساس تھے۔ لہذا، کسی بھی نقصان سے بچنے کے لیے انہیں آہستہ اور احتیاط سے چارج کرنا پڑا اور آسان چارجرز سے چارج ہونے میں زیادہ وقت درکار تھا۔
1980 میں ایجاد ہوئی، لیتھیم آئن بیٹریاں (LIBs) صارفین میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی بیٹریاں ہیں۔ الیکٹرانک آج کے آلات. لیتھیم سب سے ہلکے عناصر میں سے ایک ہے اور اس میں سب سے بڑی الیکٹرو کیمیکل صلاحیت ہے، اس لیے یہ مجموعہ بیٹریاں بنانے کے لیے مثالی طور پر موزوں ہے۔ LIBs میں، لتیم آئن مختلف الیکٹروڈ کے درمیان ایک الیکٹرولائٹ کے ذریعے منتقل ہوتے ہیں جو نمک سے بنا ہوتا ہے۔ نامیاتی سالوینٹس (زیادہ تر روایتی LIBs میں)۔ نظریاتی طور پر، لیتھیم دھات سب سے زیادہ برقی طور پر مثبت دھات ہے جس کی صلاحیت بہت زیادہ ہے اور یہ بیٹریوں کے لیے بہترین انتخاب ہے۔ جب LIBs انڈر چارجنگ کر رہے ہوتے ہیں، تو مثبت طور پر چارج شدہ لتیم آئن لتیم دھات بن جاتا ہے۔ اس طرح، LIBs اپنی طویل زندگی اور اعلی صلاحیت کی وجہ سے تمام قسم کے پورٹیبل آلات میں استعمال کے لیے سب سے زیادہ مقبول ریچارج ایبل بیٹریاں ہیں۔ تاہم، ایک بڑا مسئلہ یہ ہے کہ الیکٹرولائٹ آسانی سے بخارات بن سکتا ہے، جس سے بیٹری میں شارٹ سرکٹ ہو جاتا ہے اور یہ آگ کا خطرہ ہو سکتا ہے۔ عملی طور پر، LIBs واقعی غیر مستحکم اور ناکارہ ہیں کیونکہ وقت گزرنے کے ساتھ ساتھ لیتھیم کی ساخت غیر یکساں ہو جاتی ہے۔ LIBs میں چارج اور خارج ہونے کی شرح بھی کم ہوتی ہے اور حفاظتی خدشات انہیں بہت سی اعلیٰ طاقت اور اعلیٰ صلاحیت والی مشینوں کے لیے ناقابل عمل بنا دیتے ہیں، مثال کے طور پر الیکٹرک اور ہائبرڈ الیکٹرک گاڑیاں۔ LIB کو بہت کم مواقع پر اچھی صلاحیت اور برقرار رکھنے کی شرح کی نمائش کرنے کی اطلاع دی گئی ہے۔
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 نے دکھایا ہے کہ بیٹری کی حفاظت اور یہاں تک کہ بہت سی دوسری خصوصیات کو اس میں نینوائرز شامل کرکے بیٹری کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ کالج آف میٹریلز سائنس اینڈ انجینئرنگ، ژیجیانگ یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی، چین کے محققین کی اس ٹیم نے اپنی پچھلی تحقیق پر بنایا ہے جہاں انہوں نے میگنیشیم بوریٹ نینوائرز بنائے ہیں جو اچھی میکانکی خصوصیات اور چالکتا کی نمائش کرتے ہیں۔ موجودہ مطالعہ میں انہوں نے جانچا کہ کیا یہ بیٹریوں کے لیے بھی درست ہوگا جب ایسا ہوتا ہے۔ 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
