انجینئرز نے ایک الگ کرنے والا تیار کیا ہے جو انتہائی کم درجہ حرارت کی بیٹریوں کو محفوظ بنانے کے لیے گیسی الیکٹرولائٹس کو مستحکم کرتا ہے۔

غیر ملکی میڈیا رپورٹس کے مطابق یونیورسٹی آف کیلیفورنیا سان ڈیاگو کے نینو انجینئرز نے ایک ایسا بیٹری الگ کرنے والا تیار کیا ہے جو بیٹری میں موجود گیسی الیکٹرولائٹ کو بخارات بننے سے روکنے کے لیے کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان رکاوٹ کا کام کرسکتا ہے۔ نیا ڈایافرام طوفان کے اندرونی دباؤ کو جمع ہونے سے روکتا ہے، اس طرح بیٹری کو سوجن اور پھٹنے سے روکتا ہے۔

کیلیفورنیا یونیورسٹی، سان ڈیاگو کے جیکبس سکول آف انجینئرنگ میں نینو انجینئرنگ کے پروفیسر، تحقیق کے رہنما زینگ چن نے کہا: "گیس کے مالیکیولز کو پھنسانے سے، جھلی غیر مستحکم الیکٹرولائٹس کے لیے ایک سٹیبلائزر کا کام کر سکتی ہے۔"

نیا الگ کرنے والا انتہائی کم درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ ڈایافرام استعمال کرنے والا بیٹری سیل مائنس 40 ° C پر کام کر سکتا ہے، اور صلاحیت 500 ملی ایمپیئر گھنٹے فی گرام تک ہو سکتی ہے، جب کہ کمرشل ڈایافرام بیٹری میں اس معاملے میں تقریباً صفر کی طاقت ہوتی ہے۔ محققین کا کہنا ہے کہ اگر اسے دو ماہ تک بغیر استعمال کے چھوڑ دیا جائے تب بھی بیٹری سیل کی صلاحیت زیادہ ہے۔ اس کارکردگی سے پتہ چلتا ہے کہ ڈایافرام اسٹوریج کی زندگی کو بھی بڑھا سکتا ہے۔ یہ دریافت محققین کو اپنا مقصد مزید حاصل کرنے کی اجازت دیتی ہے: ایسی بیٹریاں تیار کرنا جو برفیلی ماحول میں گاڑیوں کے لیے بجلی فراہم کر سکتی ہیں، جیسے کہ خلائی جہاز، سیٹلائٹ، اور گہرے سمندر کے جہاز۔

یہ تحقیق یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو میں نینو انجینئرنگ کے پروفیسر ینگ شرلی مینگ کی لیبارٹری میں کی گئی ایک تحقیق پر مبنی ہے۔ یہ تحقیق ایک ایسی بیٹری تیار کرنے کے لیے ایک خاص مائع گیس الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتی ہے جو پہلی بار منفی 60 ° C کے ماحول میں اچھی کارکردگی کو برقرار رکھ سکتی ہے۔ ان میں سے، مائع گیس الیکٹرولائٹ ایک گیس ہے جو دباؤ لگانے سے مائع ہوتی ہے اور روایتی مائع الیکٹرولائٹس کے مقابلے کم درجہ حرارت کے خلاف زیادہ مزاحم ہوتی ہے۔

لیکن اس قسم کے الیکٹرولائٹ میں ایک نقص ہے۔ مائع سے گیس میں تبدیل کرنا آسان ہے۔ چن نے کہا: "یہ مسئلہ اس الیکٹرولائٹ کے لیے سب سے بڑا حفاظتی مسئلہ ہے۔" مائع انووں کو گاڑھا کرنے اور الیکٹرولائٹ کو استعمال کرنے کے لیے الیکٹرولائٹ کو مائع حالت میں رکھنے کے لیے دباؤ کو بڑھانے کی ضرورت ہے۔

چن کی لیبارٹری نے اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو میں نینو انجینیئرنگ کے پروفیسر مینگ اور ٹوڈ پاسکل کے ساتھ تعاون کیا۔ پاسکل جیسے کمپیوٹنگ کے ماہرین کی مہارت کو چن اور مینگ جیسے محققین کے ساتھ ملا کر، بہت زیادہ دباؤ ڈالے بغیر بخارات والے الیکٹرولائٹ کو مائع کرنے کا طریقہ تیار کیا گیا ہے۔ مذکورہ اہلکار یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو کے میٹریل ریسرچ سائنس اینڈ انجینئرنگ سینٹر (MRSEC) سے وابستہ ہیں۔

یہ طریقہ ایک جسمانی رجحان سے لیا گیا ہے جس میں نینو اسکیل کی چھوٹی جگہوں میں پھنس جانے پر گیس کے مالیکیول بے ساختہ گاڑھ جاتے ہیں۔ اس رجحان کو کیپلیری کنڈینسیشن کہا جاتا ہے، جو گیس کو کم دباؤ پر مائع بنا سکتا ہے۔ تحقیقی ٹیم نے اس رجحان کو بیٹری الگ کرنے والا بنانے کے لیے استعمال کیا جو انتہائی کم درجہ حرارت والی بیٹریوں میں الیکٹرولائٹ کو مستحکم کر سکتا ہے، یہ ایک مائع گیس الیکٹرولائٹ ہے جو فلورومیتھین گیس سے بنا ہے۔ محققین نے جھلی بنانے کے لیے ایک غیر محفوظ کرسٹل مواد کا استعمال کیا جسے دھاتی نامیاتی فریم ورک (MOF) کہا جاتا ہے۔ MOF کے بارے میں انوکھی بات یہ ہے کہ یہ چھوٹے سوراخوں سے بھرا ہوا ہے، جو فلورو میتھین گیس کے مالیکیولز کو پھنس سکتا ہے اور نسبتاً کم دباؤ پر انہیں گاڑھا کر سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، فلورومیتھین عام طور پر مائنس 30 ° C پر سکڑتا ہے اور اس کی قوت 118 psi ہے۔ لیکن اگر MOF استعمال کیا جاتا ہے تو، اسی درجہ حرارت پر غیر محفوظ کا کنڈینسیشن پریشر صرف 11 psi ہے۔

چن نے کہا: "یہ MOF نمایاں طور پر الیکٹرولائٹ کے کام کرنے کے لیے درکار دباؤ کو کم کرتا ہے۔ اس لیے، ہماری بیٹری کم درجہ حرارت پر بغیر کسی کمی کے بڑی مقدار میں صلاحیت فراہم کر سکتی ہے۔" محققین نے لتیم آئن بیٹری میں MOF پر مبنی جداکار کا تجربہ کیا۔ . لتیم آئن بیٹری فلورو کاربن کیتھوڈ اور لیتھیم میٹل اینوڈ پر مشتمل ہے۔ یہ اسے 70 psi کے اندرونی دباؤ پر گیسیئس فلورومیتھین الیکٹرولائٹ سے بھر سکتا ہے، جو فلورومیتھین کو مائع کرنے کے لیے درکار دباؤ سے کہیں کم ہے۔ بیٹری اب بھی مائنس 57 ° C پر اپنے کمرے کے درجہ حرارت کی صلاحیت کا 40 فیصد برقرار رکھ سکتی ہے۔ اس کے برعکس، اسی درجہ حرارت اور دباؤ پر، فلورومیتھین پر مشتمل گیسی الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتے ہوئے کمرشل ڈایافرام بیٹری کی طاقت تقریباً صفر ہے۔

ایم او ایف سیپریٹر پر مبنی مائیکرو پورز کلیدی حیثیت رکھتے ہیں کیونکہ یہ مائیکرو پورز کم دباؤ کے باوجود بھی بیٹری میں زیادہ الیکٹرولائٹس کو بہہ سکتے ہیں۔ تجارتی ڈایافرام میں بڑے سوراخ ہوتے ہیں اور کم دباؤ میں گیسی الیکٹرولائٹ مالیکیول برقرار نہیں رکھ سکتے۔ لیکن مائکروپوروسیٹی واحد وجہ نہیں ہے کہ ڈایافرام ان حالات میں اچھی طرح سے کام کرتا ہے۔ محققین کی طرف سے ڈیزائن کردہ ڈایافرام سوراخوں کو ایک سرے سے دوسرے سرے تک مسلسل راستہ بنانے کی اجازت دیتا ہے، اس طرح یہ یقینی بناتا ہے کہ لتیم آئن ڈایافرام کے ذریعے آزادانہ طور پر بہہ سکتے ہیں۔ ٹیسٹ میں، مائنس 40 ° C پر نئے ڈایافرام کا استعمال کرتے ہوئے بیٹری کی آئنک چالکتا کمرشل ڈایافرام استعمال کرنے والی بیٹری سے دس گنا زیادہ ہے۔

چن کی ٹیم فی الحال دیگر الیکٹرولائٹس پر MOF پر مبنی جداکاروں کی جانچ کر رہی ہے۔ چن نے کہا: "ہم نے اسی طرح کے اثرات دیکھے ہیں۔ اس MOF کو ایک سٹیبلائزر کے طور پر استعمال کرنے سے، مختلف الیکٹرولائٹ مالیکیولز کو بیٹری کی حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے جذب کیا جا سکتا ہے، بشمول غیر مستحکم الیکٹرولائٹس والی روایتی لیتھیم بیٹریاں۔"