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जैसे-जैसे इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) उद्योग बढ़ रहा है, वैसे-वैसे उच्च गुणवत्ता वाली लिथियम-आयन बैटरियों का अनुसंधान और विकास भी बढ़ रहा है जो उन्हें शक्ति प्रदान करती हैं।फास्ट चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रौद्योगिकियों का अनुसंधान और विस्तार, साथ ही बैटरी जीवन का विस्तार, इसके विकास में प्रमुख कार्य हैं।
इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस विशेषताएँ, लिथियम आयन प्रसार और इलेक्ट्रोड सरंध्रता जैसे कई कारक, इन समस्याओं को दूर करने और तेज़ चार्जिंग और विस्तारित जीवन प्राप्त करने में मदद कर सकते हैं।
पिछले कुछ वर्षों में, द्वि-आयामी (2डी) नैनोमटेरियल्स (कुछ नैनोमीटर मोटी शीट संरचनाएं) लिथियम-आयन बैटरी के लिए संभावित एनोड सामग्री के रूप में उभरे हैं।इन नैनोशीट्स में उच्च सक्रिय साइट घनत्व और उच्च पहलू अनुपात है, जो तेज़ चार्जिंग और उत्कृष्ट साइक्लिंग विशेषताओं में योगदान देता है।
विशेष रूप से, ट्रांज़िशन मेटल डाइबोराइड्स (टीडीएम) पर आधारित द्वि-आयामी नैनोमटेरियल्स ने वैज्ञानिक समुदाय का ध्यान आकर्षित किया।बोरॉन परमाणुओं और बहुसंयोजी संक्रमण धातुओं के छत्ते वाले विमानों के लिए धन्यवाद, टीएमडी लिथियम आयन भंडारण चक्रों की उच्च गति और दीर्घकालिक स्थिरता प्रदर्शित करते हैं।
वर्तमान में, जापान एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (जेएआईएसटी) के प्रोफेसर नोरियोशी मात्सुमी और भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान (आईआईटी) गांधीनगर के प्रोफेसर कबीर जसूजा के नेतृत्व में एक शोध टीम टीएमडी भंडारण की व्यवहार्यता का पता लगाने के लिए काम कर रही है।
समूह ने लिथियम-आयन बैटरी के लिए एनोड सामग्री के रूप में टाइटेनियम डाइबोराइड (टीआईबी2) श्रेणीबद्ध नैनोशीट्स (टीएचएनएस) के भंडारण पर पहला पायलट अध्ययन किया है।टीम में राजशेखर बादाम, पूर्व JAIST वरिष्ठ व्याख्याता, कोइची हिगाशिमिन, JAIST तकनीकी विशेषज्ञ, आकाश वर्मा, पूर्व JAIST स्नातक छात्र, और डॉ. आशा लिसा जेम्स, आईआईटी गांधीनगर की छात्रा शामिल थीं।
उनके शोध का विवरण एसीएस एप्लाइड नैनो मैटेरियल्स में प्रकाशित किया गया है और 19 सितंबर, 2022 को ऑनलाइन उपलब्ध होगा।
टीजीएनएस को हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ TiB2 पाउडर के ऑक्सीकरण के बाद घोल के सेंट्रीफ्यूजेशन और लियोफिलाइजेशन द्वारा प्राप्त किया गया था।
जो चीज़ हमारे काम को विशिष्ट बनाती है वह इन TiB2 नैनोशीट्स को संश्लेषित करने के लिए विकसित की गई विधियों की मापनीयता है।किसी भी नैनोमटेरियल को मूर्त प्रौद्योगिकी में बदलने के लिए स्केलेबिलिटी सीमित कारक है।हमारी सिंथेटिक विधि के लिए केवल आंदोलन की आवश्यकता होती है और परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है।यह TiB2 के विघटन और पुन: क्रिस्टलीकरण व्यवहार के कारण है, जो एक आकस्मिक खोज है जो इस काम को प्रयोगशाला से क्षेत्र तक एक आशाजनक पुल बनाती है।
इसके बाद, शोधकर्ताओं ने एनोड सक्रिय सामग्री के रूप में टीएचएनएस का उपयोग करके एक एनोड लिथियम-आयन आधा सेल डिजाइन किया और टीएचएनएस-आधारित एनोड के चार्ज भंडारण गुणों की जांच की।
शोधकर्ताओं को पता चला कि टीएचएनएस-आधारित एनोड की वर्तमान घनत्व केवल 0.025 ए/जी पर 380 एमएएच/जी की उच्च डिस्चार्ज क्षमता है।इसके अलावा, उन्होंने 1A/g के उच्च वर्तमान घनत्व पर 174mAh/g की डिस्चार्ज क्षमता, 89.7% की क्षमता प्रतिधारण और 1000 चक्रों के बाद 10 मिनट का चार्ज समय देखा।
इसके अलावा, THNS-आधारित लिथियम-आयन एनोड लगभग 15 से 20 A/g तक की बहुत अधिक धाराओं का सामना कर सकते हैं, जो लगभग 9-14 सेकंड में अल्ट्रा-फास्ट चार्जिंग प्रदान करते हैं।उच्च धाराओं पर, क्षमता प्रतिधारण 10,000 चक्रों के बाद 80% से अधिक हो जाता है।
इस अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि 2डी टीआईबी2 नैनोशीट लंबे समय तक चलने वाली लिथियम-आयन बैटरियों को तेजी से चार्ज करने के लिए उपयुक्त उम्मीदवार हैं।वे उत्कृष्ट उच्च गति क्षमता, स्यूडोकैपेसिटिव चार्ज स्टोरेज और उत्कृष्ट साइक्लिंग प्रदर्शन सहित अनुकूल गुणों के लिए TiB2 जैसे नैनोस्केल बल्क सामग्रियों के लाभों पर भी प्रकाश डालते हैं।
यह तेज़ चार्जिंग तकनीक इलेक्ट्रिक वाहनों के लोकप्रिय होने में तेजी ला सकती है और विभिन्न मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को चार्ज करने के लिए प्रतीक्षा समय को काफी कम कर सकती है।हमें उम्मीद है कि हमारे परिणाम इस क्षेत्र में आगे के शोध को प्रेरित करेंगे, जो अंततः ईवी उपयोगकर्ताओं के लिए सुविधा ला सकते हैं, शहरी वायु प्रदूषण को कम कर सकते हैं और मोबाइल जीवन से जुड़े तनाव को कम कर सकते हैं, जिससे हमारे समाज की उत्पादकता में वृद्धि होगी।
टीम को उम्मीद है कि इस उल्लेखनीय तकनीक का उपयोग जल्द ही इलेक्ट्रिक वाहनों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाएगा।
वर्मा, ए., एट अल.(2022) लिथियम-आयन बैटरियों के लिए एनोड सामग्री के रूप में टाइटेनियम डाइबोराइड पर आधारित पदानुक्रमित नैनोशीट।एप्लाइड नैनोमटेरियल्स ए.सी.एस.doi.org/10.1021/acsanm.2c03054।
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