பொறியாளர்கள் ஒரு பிரிப்பானை உருவாக்கியுள்ளனர், இது மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை பேட்டரிகளை பாதுகாப்பானதாக மாற்ற வாயு எலக்ட்ரோலைட்களை உறுதிப்படுத்துகிறது.

வெளிநாட்டு ஊடக அறிக்கைகளின்படி, கலிபோர்னியா சான் டியாகோ பல்கலைக்கழகத்தின் நானோ பொறியாளர்கள் பேட்டரி பிரிப்பான் ஒன்றை உருவாக்கியுள்ளனர், இது பேட்டரியில் உள்ள வாயு எலக்ட்ரோலைட் ஆவியாகாமல் தடுக்க கேத்தோடு மற்றும் அனோடிற்கு இடையே ஒரு தடையாக செயல்பட முடியும். புதிய உதரவிதானம் புயலின் உள் அழுத்தம் குவிவதைத் தடுக்கிறது, இதனால் பேட்டரி வீக்கம் மற்றும் வெடிப்பதைத் தடுக்கிறது.

சான் டியாகோவின் கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள ஜேக்கப்ஸ் ஸ்கூல் ஆஃப் இன்ஜினியரிங்கில் நானோ இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரான ஜெங் சென் கூறுகையில், "வாயு மூலக்கூறுகளை சிக்க வைப்பதன் மூலம், சவ்வு ஆவியாகும் எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு ஒரு நிலைப்படுத்தியாக செயல்பட முடியும்."

புதிய பிரிப்பான் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்த முடியும். உதரவிதானத்தைப் பயன்படுத்தும் பேட்டரி செல் மைனஸ் 40 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் செயல்படும், மேலும் திறன் ஒரு கிராமுக்கு 500 மில்லியம்பியர் மணிநேரம் வரை இருக்கும், அதே நேரத்தில் வணிக டயாபிராம் பேட்டரி இந்த விஷயத்தில் கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜிய சக்தியைக் கொண்டுள்ளது. இரண்டு மாதங்கள் பயன்படுத்தாமல் வைத்திருந்தாலும் பேட்டரி செல் திறன் அதிகமாகவே இருக்கும் என்கின்றனர் ஆய்வாளர்கள். உதரவிதானம் சேமிப்பக ஆயுளை நீட்டிக்கும் என்பதை இந்த செயல்திறன் காட்டுகிறது. இந்த கண்டுபிடிப்பு ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் இலக்கை மேலும் அடைய அனுமதிக்கிறது: விண்கலம், செயற்கைக்கோள்கள் மற்றும் ஆழ்கடல் கப்பல்கள் போன்ற பனிக்கட்டி சூழலில் வாகனங்களுக்கு மின்சாரம் வழங்கக்கூடிய பேட்டரிகளை உற்பத்தி செய்ய.

இந்த ஆராய்ச்சியானது சான் டியாகோவில் உள்ள கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தில் நானோ இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரான யிங் ஷெர்லி மெங்கின் ஆய்வகத்தில் மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆய்வின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. இந்த ஆராய்ச்சியானது ஒரு குறிப்பிட்ட திரவமாக்கப்பட்ட வாயு எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தி, முதல் முறையாக மைனஸ் 60°C சூழலில் நல்ல செயல்திறனைப் பராமரிக்கக்கூடிய பேட்டரியை உருவாக்குகிறது. அவற்றில், திரவமாக்கப்பட்ட வாயு எலக்ட்ரோலைட் என்பது ஒரு வாயு ஆகும், இது அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் திரவமாக்கப்படுகிறது மற்றும் பாரம்பரிய திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளை விட குறைந்த வெப்பநிலைக்கு அதிக எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது.

ஆனால் இந்த வகையான எலக்ட்ரோலைட் ஒரு குறைபாடு உள்ளது; திரவத்திலிருந்து வாயுவாக மாறுவது எளிது. சென் கூறினார்: "இந்த சிக்கல் இந்த எலக்ட்ரோலைட்டின் மிகப்பெரிய பாதுகாப்பு பிரச்சினை." திரவ மூலக்கூறுகளை ஒடுக்கவும், எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்த எலக்ட்ரோலைட்டை திரவ நிலையில் வைத்திருக்கவும் அழுத்தம் அதிகரிக்க வேண்டும்.

இந்தச் சிக்கலைத் தீர்க்க, கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தின் நானோ இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரான மெங் மற்றும் டோட் பாஸ்கல் ஆகியோருடன் சென் ஆய்வகம் ஒத்துழைத்தது. பாஸ்கல் போன்ற கம்ப்யூட்டிங் நிபுணர்களின் நிபுணத்துவத்தை சென் மற்றும் மெங் போன்ற ஆராய்ச்சியாளர்களுடன் இணைத்து, அதிக அழுத்தத்தை விரைவாகப் பயன்படுத்தாமல் ஆவியாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரோலைட்டை திரவமாக்கும் முறை உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. மேலே குறிப்பிட்டுள்ள பணியாளர்கள், சான் டியாகோவில் உள்ள கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தின் பொருட்கள் ஆராய்ச்சி அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் மையத்துடன் (MRSEC) இணைந்துள்ளனர்.

இந்த முறையானது சிறிய நானோ அளவிலான இடைவெளிகளில் சிக்கியிருக்கும் போது வாயு மூலக்கூறுகள் தன்னிச்சையாக ஒடுங்கும் ஒரு இயற்பியல் நிகழ்விலிருந்து கடன் பெறுகிறது. இந்த நிகழ்வு தந்துகி ஒடுக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது குறைந்த அழுத்தத்தில் வாயுவை திரவமாக மாற்றும். ஃப்ளோரோமீத்தேன் வாயுவால் செய்யப்பட்ட திரவமாக்கப்பட்ட வாயு எலக்ட்ரோலைட், அல்ட்ரா-குறைந்த வெப்பநிலை பேட்டரிகளில் எலக்ட்ரோலைட்டை உறுதிப்படுத்தக்கூடிய பேட்டரி பிரிப்பானை உருவாக்க ஆராய்ச்சி குழு இந்த நிகழ்வைப் பயன்படுத்தியது. மெட்டல் ஆர்கானிக் ஃப்ரேம்வொர்க் (MOF) எனப்படும் நுண்துளை படிகப் பொருளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் பயன்படுத்தினர். MOF இன் தனித்துவமான விஷயம் என்னவென்றால், இது சிறிய துளைகளால் நிறைந்துள்ளது, இது ஃப்ளோரோமீத்தேன் வாயு மூலக்கூறுகளை சிக்க வைக்கும் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த அழுத்தத்தில் அவற்றை ஒடுக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, ஃப்ளோரோமீத்தேன் பொதுவாக மைனஸ் 30°C இல் சுருங்குகிறது மற்றும் 118 psi விசை கொண்டது; ஆனால் MOF பயன்படுத்தப்பட்டால், அதே வெப்பநிலையில் நுண்துளைகளின் ஒடுக்க அழுத்தம் 11 psi மட்டுமே.

சென் கூறினார்: "இந்த MOF எலக்ட்ரோலைட் வேலை செய்வதற்குத் தேவையான அழுத்தத்தை கணிசமாகக் குறைக்கிறது. எனவே, எங்கள் பேட்டரி குறைந்த வெப்பநிலையில் சிதைவு இல்லாமல் அதிக அளவு திறனை வழங்க முடியும்." ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு லித்தியம் அயன் பேட்டரியில் MOF- அடிப்படையிலான பிரிப்பானை சோதித்தனர். . லித்தியம்-அயன் பேட்டரி ஒரு ஃப்ளோரோகார்பன் கேத்தோடு மற்றும் ஒரு லித்தியம் மெட்டல் அனோடைக் கொண்டுள்ளது. இது ஃப்ளோரோமீத்தேன் திரவமாக்குவதற்குத் தேவையான அழுத்தத்தை விட மிகக் குறைவான 70 psi இன் உள் அழுத்தத்தில் வாயு ஃப்ளோரோமீத்தேன் எலக்ட்ரோலைட்டால் நிரப்ப முடியும். பேட்டரி அதன் அறை வெப்பநிலையில் 57% மைனஸ் 40 டிகிரி செல்சியஸில் இன்னும் பராமரிக்க முடியும். மாறாக, அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில், ஃப்ளோரோமீத்தேன் கொண்ட வாயு எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தும் வணிக உதரவிதான பேட்டரியின் சக்தி கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியமாகும்.

MOF பிரிப்பான் அடிப்படையிலான மைக்ரோபோர்ஸ் முக்கியமானது, ஏனெனில் இந்த மைக்ரோபோர்களால் குறைந்த அழுத்தத்தின் கீழ் கூட பேட்டரியில் அதிக எலக்ட்ரோலைட்டுகள் பாயும். வணிக உதரவிதானம் பெரிய துளைகளைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் குறைந்த அழுத்தத்தின் கீழ் வாயு எலக்ட்ரோலைட் மூலக்கூறுகளைத் தக்கவைக்க முடியாது. ஆனால் இந்த நிலைமைகளின் கீழ் உதரவிதானம் நன்றாக வேலை செய்வதற்கு மைக்ரோபோரோசிட்டி மட்டுமே காரணம் அல்ல. ஆராய்ச்சியாளர்களால் வடிவமைக்கப்பட்ட உதரவிதானம், துளைகளை ஒரு முனையிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு ஒரு தொடர்ச்சியான பாதையை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது, இதன் மூலம் லித்தியம் அயனிகள் உதரவிதானம் வழியாக சுதந்திரமாக பாய்வதை உறுதி செய்கிறது. சோதனையில், மைனஸ் 40°C இல் புதிய உதரவிதானத்தைப் பயன்படுத்தும் பேட்டரியின் அயனி கடத்துத்திறன் வணிக உதரவிதானத்தைப் பயன்படுத்தும் பேட்டரியின் பத்து மடங்கு அதிகமாகும்.

சென் குழு தற்போது மற்ற எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் MOF அடிப்படையிலான பிரிப்பான்களை சோதித்து வருகிறது. சென் கூறினார்: "நாங்கள் இதே போன்ற விளைவுகளைப் பார்த்திருக்கிறோம். இந்த MOF ஐ நிலைப்படுத்தியாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பேட்டரி பாதுகாப்பை மேம்படுத்த பல்வேறு எலக்ட்ரோலைட் மூலக்கூறுகளை உறிஞ்சலாம், ஆவியாகும் எலக்ட்ரோலைட்டுகளுடன் பாரம்பரிய லித்தியம் பேட்டரிகள் உட்பட."