لیتھیم بیٹریوں کی اگلی نسل میں لیڈ بیسڈ اینوڈ کی ایک نئی قسم استعمال کی جائے گی۔

لیتھیم آئن بیٹریاں سمارٹ فونز سے لے کر لیپ ٹاپس سے لے کر الیکٹرک گاڑیوں تک تمام آلات کو بجلی فراہم کرتی ہیں۔ دنیا بھر کے سائنسدان ان اور دیگر ایپلی کیشنز کے لیے بہتر بیٹریاں تیار کرنے کے لیے نئے اور بہتر اجزاء کی تلاش کر رہے ہیں۔

امریکی محکمہ توانائی (DOE) کی Argonne نیشنل لیبارٹری کے سائنسدانوں نے ایک نئے الیکٹروڈ کی اطلاع دی ہے جو لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جس میں لیڈ اور کاربن جیسے کم قیمت والے مواد کا استعمال کیا گیا ہے۔ اس اہم دریافت میں تعاون کرنے والوں میں نارتھ ویسٹرن یونیورسٹی، بروکہاون نیشنل لیبارٹری، اور السان نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (UNIST) کے سائنسدان بھی شامل ہیں۔

ارگون یونیورسٹی میں کیمیکل سائنس اینڈ انجینئرنگ (CSE) کے چیف مصنف اور مٹیریل سائنس دان Eungje Lee نے کہا، "ہماری تحقیق کم لاگت، اعلیٰ کارکردگی، اور پائیدار لیتھیم آئن بیٹریوں کو ڈیزائن کرنے کے لیے دلچسپ مضمرات رکھتی ہے جو ہائبرڈ کے لیے طاقت فراہم کر سکتی ہے۔ اور تمام الیکٹرک گاڑیاں۔"

لتیم آئن بیٹریوں کے کام کرنے کا اصول چارجنگ کے دوران انوڈ میں لتیم آئنوں کو داخل کرنا اور خارج ہونے کے دوران انہیں ہٹانا ہے۔ موجودہ گریفائٹ اینوڈ اس طرح کے ہزاروں چارج ڈسچارج سائیکلوں سے گزر سکتا ہے، لیکن ایسا لگتا ہے کہ یہ توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کے لحاظ سے اپنی حد کو پہنچ گیا ہے۔

لی نے کہا، "ہم نے گریفائٹ کے متبادل کے طور پر ایک اینوڈ مواد کے طور پر لیڈ کا مطالعہ کرنے کا فیصلہ کیا ہے۔ لیڈ خاص طور پر پرکشش ہے کیونکہ یہ سستا اور سستا دونوں ہے۔ اس کے علاوہ، کاروں کو معاون طاقت فراہم کرنے والی لیڈ ایسڈ بیٹریوں کی طویل تاریخ کی وجہ سے۔ ، اس کی ایک مکمل سپلائی چین ہے اور یہ دنیا میں سب سے زیادہ ری سائیکل شدہ مواد میں سے ایک ہے، موجودہ لیڈ ریکوری کی شرح 99% ہے۔"

لی نے مزید کہا، "ہمارا نیا اینوڈ بڑی صنعت کے لیے آمدنی کا ایک نیا ذریعہ فراہم کر سکتا ہے جو فی الحال لیڈ ایسڈ بیٹری کی تیاری اور ری سائیکلنگ میں مصروف ہے۔"

ٹیم کا اینوڈ کوئی عام لیڈ پلیٹ نہیں ہے، بلکہ پیچیدہ ڈھانچے کے ساتھ لاتعداد خوردبینی ذرات ہیں: لیڈ نینو پارٹیکلز کاربن میٹرکس میں سرایت کرتے ہیں اور لیڈ آکسائیڈ کے ایک پتلے خول سے گھرے ہوتے ہیں۔ اگرچہ یہ ڈھانچہ پیچیدہ لگتا ہے، ٹیم نے ایک سادہ، کم لاگت مینوفیکچرنگ کا طریقہ ایجاد کیا ہے۔

"ہمارے طریقہ کار میں کاربن پاؤڈر کے ساتھ بڑے لیڈ آکسائیڈ ذرات کو ملانا اور مطلوبہ کور شیل ڈھانچہ کے ساتھ خوردبینی ذرات بننے تک کئی گھنٹوں تک گھومنا شامل ہے،" کرسٹوفر جانسن نے وضاحت کی، پروجیکٹ کے مرکزی محقق اور آرگون، CSE کے ممتاز محقق۔

100 سے زیادہ چارج ڈسچارج سائیکلوں والی لیبارٹری بیٹریوں میں کیے گئے ٹیسٹوں سے یہ بات سامنے آئی ہے کہ نئے لیڈ پر مبنی نانوکومپوزائٹ انوڈ کی توانائی ذخیرہ کرنے کی گنجائش موجودہ گریفائٹ انوڈ (اسی وزن کے لیے معیاری) سے دوگنا ہے۔ سائیکلنگ کے عمل کے دوران مستحکم کارکردگی ممکن ہے، کیونکہ چھوٹے ذرات کے سائز تناؤ کو کم کر سکتے ہیں، جبکہ کاربن میٹرکس مطلوبہ چالکتا فراہم کرتا ہے اور سائیکلنگ کے عمل کے دوران حجم کی توسیع کو پہنچنے والے نقصان کو روکنے کے لیے بفر کے طور پر کام کرتا ہے۔ تحقیقی ٹیم نے یہ بھی پایا کہ معیاری الیکٹرولائٹ میں تھوڑی مقدار میں فلوروتھیل کاربونیٹ شامل کرنے سے کارکردگی میں نمایاں بہتری آتی ہے۔

محققین نے جیو سوائل اینویرو ایڈوانسڈ ریڈی ایشن سورس سنٹر (جی ایس ای سی اے آر ایس) میں انوڈ کے چارجنگ اور ڈسچارج میکانزم کا مطالعہ کیا جو یونیورسٹی آف شکاگو کے ذریعے چلایا جاتا ہے، جو ارگونا میں واقع ہے، جو DOE سائنس صارف سہولت دفتر ہے۔ سنکروٹرون ایکس رے ڈفریکشن کے ذریعے، وہ چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران منفی الیکٹروڈ مواد کی فیز ٹرانزیشن کو ٹریک کرنے کے قابل ہیں۔ یہ خصوصیات کے نتائج، نارتھ ویسٹرن یونیورسٹی کے اٹامک اور نانوسکل کریکٹرائزیشن سینٹر اور بروکاون میں DOE یوزر فیسیلٹی نیشنل سنکروٹون لائٹ سورس II کے جمع کردہ نتائج کے ساتھ مل کر، چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران لیڈ اور لیتھیم آئنوں کے درمیان ہونے والے الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو ظاہر کرتے ہیں، جو پہلے نامعلوم.

لی نے کہا، "یہ بنیادی بصیرت لیڈ اور سلکان اینوڈس کے درمیان ردعمل کے طریقہ کار کو سمجھنے کے لیے اہم ہو سکتی ہے۔"

سلکان اینوڈ لیتھیم آئن بیٹریوں کی اگلی نسل کے لیے ایک اور کم قیمت اور اعلیٰ کارکردگی کا انتخاب ہے۔

جانسن نے کہا، "ہماری دریافت اس الیکٹروڈ مواد کی موجودہ تفہیم کو چیلنج کرتی ہے." ہماری دریافت نقل و حمل اور فکسڈ انرجی اسٹوریج کے لیے کم لاگت، اعلیٰ کارکردگی والے انوڈ مواد کو ڈیزائن کرنے کے لیے بھی دلچسپ مضمرات فراہم کرتی ہے، جیسے پاور گرڈ کے لیے بیک اپ پاور ذرائع۔ "

ٹیم کا مقالہ حال ہی میں شائع ہونے والے ایڈوانسڈ فنکشنل میٹریلز میں شائع ہوا تھا۔