மின்சார வாகனங்களுக்கான தொடர்ச்சியான மாற்றத்தை ஆதரிக்கவும், புவி வெப்பமயமாவதைத் தூண்டும் பச்சை வீட்டு விளைவு வாயுக்களின் வெளியேற்றத்தைக் குறைக்கவும், பொறியாளர்கள் அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்கக்கூடிய பேட்டரிகளை உருவாக்க முயற்சித்து வருகின்றனர், அதே நேரத்தில் பாதுகாப்பாகவும் நீண்ட காலத்திற்கு நீடிக்கும் வகையிலும் இவை இயங்க வேண்டியதும் கருத்தில் கொள்ளப் படுகின்றது. இருப்பினும், பொதுவாக, உயர் ஆற்றல் கொண்ட பேட்டரிகள் நீண்ட சார்ஜிங் நேரங்களைக் கொண்டிருக்கின்றன, இது பெரும்பாலான நிஜ உலக பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதல்ல.

மேரிலாந்து பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் சமீபத்தில் ஒரு பேட்டரி சார்ஜ் செய்யும்போது மாறும் வகையில் விரிவடையும் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரத்துடன் கூடிய புதிய எலக்ட்ரோலைட்டுகளை அறிமுகப்படுத்தினர். நேச்சர் எனர்ஜியில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வறிக்கையில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட இந்த எலக்ட்ரோலைட்டுகள், பல்வேறு கலவைகளுடன் கூடிய வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் உயர் ஆற்றல் பேட்டரிகளின் வளர்ச்சிக்கு நம்பிக்கைக்குரியவை என்பதை நிரூபித்தன.

“பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தில் நீண்டகாலமாக நிலவும் சவாலை நாங்கள் எதிர்கொள்ள விரும்பினோம்: வேகமான சார்ஜிங் மற்றும் அதிக ஆற்றல் அடர்த்திக்கு இடையிலான பரிமாற்றம்,” என்று ஆய்வறிக்கையின் முதல் ஆசிரியரான சாங்-சின் ஜாவோ, டெக் எக்ஸ்ப்ளோரிடம் கூறினார்.

“வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் போது, எலக்ட்ரோடு ஆற்றல் எலக்ட்ரோலைட்டின் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரத்தை மீறக்கூடும், இது விரும்பத்தகாத பக்க எதிர்வினைகளுக்கு வழிவகுக்கும். நாங்கள் யோசித்தோம் – எலக்ட்ரோலைட் சார்ஜிங் செயல்முறைக்கு மாறும் வகையில் பதிலளித்து அதன் நிலையான ஆற்றல் சாளரத்தை உரிய நேரத்தில் விரிவுபடுத்த முடியுமா? இந்த வரம்பை கடக்க இது ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய வழியாக இருக்க முடியுமா?”

புதிதாக வடிவமைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரோலைட்டுகள், கட்ட சமநிலைக் கோட்பாட்டில் வேரூன்றிய “உப்பு நீக்கம்” விளைவு என்று அழைக்கப்படுவதிலிருந்து உத்வேகம் பெறுகின்றன. இது ஒரு கரைசலில் உப்பு சேர்ப்பது சில கூறுகளை குறைவாக கரையக்கூடியதாக மாற்றும்போது (அதாவது, கரைசலில் இருந்து பிரித்தல்) நிகழும் ஒரு கட்டப் பிரிப்பு ஆகும்.

“சுவாரஸ்யமாக, ஒரு பேட்டரியில் சார்ஜிங் செயல்முறை இயல்பாகவே எலக்ட்ரோலைட்டில் உப்பு செறிவு சாய்வுகளை உருவாக்குகிறது, இது இந்த விளைவு ஏற்பட தேவையான நிலைமைகளை வழங்குகிறது,” என்று ஜாவோ விளக்கினார். “இந்த யோசனையை உருவாக்கி, செயல்பாட்டின் போது அதன் நிலைத்தன்மை சாளரத்தை தகவமைப்பு ரீதியாக விரிவுபடுத்துவதற்கு அத்தகைய செறிவு-இயக்கப்படும் கட்ட நடத்தையைப் பயன்படுத்தும் ஒரு எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பை நாங்கள் உருவாக்கினோம்.”

ஆராய்ச்சியாளர்களால் உருவாக்கப்பட்ட சுய-தகவமைப்பு எலக்ட்ரோலைட்டுகள் இரண்டு சிறப்பியல்பு அம்சங்களைக் கொண்டுள்ளன. முதலாவது அவற்றின் மும்மை கலவை மற்றும் தொடர்புடைய “உப்பு நீக்கம்” நடத்தை.

ஒவ்வொரு எலக்ட்ரோலைட்டும் இரண்டு கரைப்பான்கள் மற்றும் ஒரு உப்பைக் கொண்டுள்ளது, இவை அனைத்தும் உப்பு நீக்கம் விளைவை வெற்றிகரமாக உருவாக்க கவனமாக தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. அவற்றின் கலவையின் விளைவாக, உப்பு செறிவில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் ஒரு கட்டப் பிரிப்பைத் தூண்டும், இது வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் போது பேட்டரியின் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரத்தை விரிவுபடுத்துகிறது.

நமது எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் இரண்டாவது வரையறுக்கும் அம்சம் என்னவென்றால், அவை மேகப் புள்ளியில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. இதன் பொருள் அவை மேகப் புள்ளியில் துல்லியமாக அமர்ந்திருக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன – கட்டப் பிரிப்பு தொடங்குவதற்கு சற்று முன்பு முக்கியமான கலவை.

இந்த நிலைப்படுத்தல் அமைப்பை சார்ஜ் செய்யும் போது செறிவு சாய்வுகளுக்கு மிகவும் உணர்திறன் மிக்கதாக ஆக்குகிறது, இது உள்ளூர் கட்டப் பிரிப்புக்கு உட்படுவதன் மூலம் தகவமைப்பு ரீதியாக பதிலளிக்க அனுமதிக்கிறது. இது, பேட்டரி சார்ஜ் செய்யும்போது எலக்ட்ரோலைட்டின் மின்வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரத்தின் நிகழ்நேர விரிவாக்கத்தை செயல்படுத்துகிறது.

இந்த சமீபத்திய பணி, அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்கக்கூடிய பேட்டரிகளின் வளர்ச்சிக்கு புதிய அற்புதமான சாத்தியங்களைத் திறக்கிறது, அதே நேரத்தில் வேகமாக சார்ஜ் செய்கிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கனவே நீர் துத்தநாக-உலோகம் மற்றும் நீர் அல்லாத லித்தியம்-உலோக பேட்டரிகளில் உருவாக்கிய எலக்ட்ரோலைட்டுகளை சோதித்துள்ளனர், குறிப்பிடத்தக்க கூலம்பிக் செயல்திறன் மற்றும் மேம்பட்ட நிலைத்தன்மையை அடைந்துள்ளனர்.

“பாரம்பரியமாக, எலக்ட்ரோலைட் மேம்பாடு மூலக்கூறு-நிலை மாற்றங்களில் கவனம் செலுத்துகிறது – தனிப்பட்ட கரைப்பான்கள் அல்லது உப்புகளின் கட்டமைப்பை சரிசெய்தல்,” என்று ஜாவோ கூறினார்.

“மாறாக, எங்கள் பணி கட்ட சமநிலைக் கொள்கைகளை மேம்படுத்துவதன் மூலம் மிகவும் நுண்பௌதிகவியல்     அணுகுமுறையை எடுக்கிறது. மூலக்கூறுகளில் மட்டுமே கவனம் செலுத்துவதற்குப் பதிலாக, ஒட்டுமொத்த எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பு மாறும் நிலைமைகளின் கீழ் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைக் கருத்தில் கொள்வதன் மூலம், செயல்பாட்டின் போது மாற்றியமைக்கும் எலக்ட்ரோலைட்களை பொறியியலாக்குவது சாத்தியம் என்பதை நாங்கள் நிரூபிக்கிறோம்.”

கட்ட சமநிலைக் கோட்பாட்டில் வேரூன்றிய கருத்துக்களைப் பயன்படுத்தி பேட்டரி தொழில்நுட்பங்களின் முன்னேற்றத்துடன் தொடர்புடைய பொதுவான சவால்களை சமாளிப்பதை நோக்கமாகக் கொண்ட ஒரு புதிய ஆராய்ச்சி வரிசைக்கு அவர்களின் ஆய்வுக் கட்டுரை வழி வகுக்கும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் நம்புகின்றனர்.

எதிர்காலத்தில், இந்த ஆராய்ச்சியாளர்களால் பயன்படுத்தப்படும் அணுகுமுறை பிற நம்பிக்கைக்குரிய சுய-தகவமைப்பு எலக்ட்ரோலைட்களை வடிவமைக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம். இதற்கிடையில், அவர்கள் தங்கள் முன்மொழியப்பட்ட உத்தியை மற்ற நம்பிக்கைக்குரிய எலக்ட்ரோலைட்களை அடையாளம் காணவும், அவற்றை பல்வேறு வகையான பேட்டரிகளில் ஒருங்கிணைத்து சோதிக்கவும் திட்டமிட்டுள்ளனர்.

“எங்கள் எதிர்கால வேலை சுய-தகவமைப்பு எலக்ட்ரோலைட்களில் இடைமுக செயல்முறைகளின் செயல்பாட்டு குணாதிசயத்தில் கவனம் செலுத்தும், அத்துடன் இந்த உத்தியை ஜெல் போன்ற அமைப்புகளுக்கு விரிவுபடுத்தும்,” என்று வாங் மேலும் கூறினார்.

நடைமுறை சார்ஜிங் நெறிமுறைகளின் கீழ் பை-செல் சரிபார்ப்புக்கான சூத்திரத்தை அளவிடுவதும் ஒரு முக்கியமான அடுத்த படியாகும் என்பதும் குறிப்பிடத்தக்கது.