சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் நீர்-அடிப்படையிலான பேட்டரி வேதியியலுக்கு 120,000-சுழற்சி ஆயுளை கோரினர்

நீர்-அடிப்படையிலான பேட்டரி வடிவமைப்பு பாதுகாப்பும் நீண்ட ஆயுளும் குறிக்கிறது

சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு aqueous battery chemistry-யை அறிவித்துள்ளனர்; இது grid-scale energy storage-இன் பயன்பாட்டு காலத்தை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் நீட்டிக்கக் கூடும், அதே சமயம் conventional lithium-ion systems-உடன் தொடர்புடைய சில disposal மற்றும் safety பிரச்சனைகளைத் தவிர்க்கக் கூடும் என்று அவர்கள் கூறுகிறார்கள். இந்த வேலை, பிப்ரவரி 18 அன்று Nature Communications-இல் வெளியிடப்பட்டது, magnesium மற்றும் calcium ions-ஐ neutral water-based electrolyte-இன் வழியாக battery-இன் anode-ஆக பயன்படுத்தப்பட்ட covalent organic polymers என்ற வகையை மையமாகக் கொண்டது.

முக்கியக் கூற்று ஆச்சரியமளிக்கிறது: battery சுமார் 120,000 charge cycles வரை நீடிக்கலாம், அதாவது grid storage-இல் பயன்படுத்தப்படும் typical lithium-ion battery-யின் ஆயுளை விட 10 மடங்குக்கும் அதிகம். அதே அளவுக்கு குறிப்பிடத்தக்கது, இந்த chemistry நச்சுப் பொருட்களைத் தவிர்க்கிறது என்றும், சூழலில் பாதுகாப்பாக disposed செய்யலாம் என்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் வாதிடுகின்றனர்; இதனால் இது பெரிய stationary storage systems-க்கு மிகவும் clean candidate ஆகிறது.

Aqueous batteries ஏன் முக்கியம்

Water-based electrolytes nonflammable ஆக இருப்பதால் மற்றும் பல mainstream battery designs-இல் பயன்படுத்தப்படும் materials-ஐ விட விலை குறைவாக இருக்கக்கூடும் என்பதால், aqueous batteries நீண்ட காலமாக கவனம் பெற்றுள்ளன. இதனால் renewable energy buffering போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு அவை ஈர்க்கக்கூடியவை; அங்கு குறைந்த fire risk மற்றும் நீண்ட operating life, energy density போலவே முக்கியமாக இருக்கலாம்.

ஆனால் இந்த format-க்கு ஒரு கடினமான பலவீனம் உள்ளது. இந்த batteries-இல் பயனுள்ளதாக இருக்கக்கூடிய organic polymers, aqueous systems-இல் பொதுவாக பயன்படும் acidic அல்லது alkaline electrolytes-இல் விரைவாக உடைந்து விடுகின்றன. அந்த degradation, utilities மற்றும் grid operators மிக அதிகம் மதிப்பிடும் நன்மையை குறைத்து விடுகிறது: பல ஆண்டுகளாக cycling செய்தபிறகும் நம்பகமான performance.

புதிய ஆய்வு battery-யின் structural chemistry மற்றும் cell-இன் உள்ளே உள்ள operating environment இரண்டையும் மாற்றி அந்த பிரச்சனையைச் சரிசெய்ய முயல்கிறது. கடுமையான electrolytes-ஐ சாராமல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் pH 7.0 கொண்ட neutral electrolyte-ஐ பயன்படுத்தினர். அதனுடன் அவர்கள் hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin என்ற compound-ஐ இணைத்தனர்; இதில் carbonyl-rich பகுதிகள் positive ions-ஐ ஈர்க்கின்றன, மேலும் rigid molecular scaffold பொருளை flat, honeycomb-like structure-ஆக வைத்திருக்க உதவுகிறது.

வடிவமைப்பின் நோக்கம் novelty அல்ல, stability

நடைமுறையில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் தண்ணீரில் battery-யின் active materials சிதறி விடாத வகையில் ஒரு battery-யை உருவாக்க முயல்கிறார்கள். இறுக்கமான polymer structure anode-ஐ பாதுகாக்கும் நோக்கத்துடன், magnesium மற்றும் calcium ions திறம்பட நகர முடிவதற்கும் உதவுகிறது. study summary-யின்படி, neutral electrolyte அந்த ions-ஐ conduct செய்ய உதவுகிறது, அதே சமயம் polymer corrode ஆகாமல் காக்கிறது.

இந்த சேர்க்கை முக்கியமானது, ஏனெனில் long-duration storage பெரும்பாலும் ஒரு தனித்த performance metric-இனால் அல்ல, மெதுவாக சேரும் losses-இனால் கட்டுப்படுகிறது. electrode வீங்கினால், கரைந்தால், அல்லது காலப்போக்கில் structural order-ஐ இழந்தால், அந்த battery infrastructure பயன்பாட்டிற்கு நியாயப்படுத்த கடினமாகிறது. எனவே flash-ஐ விட durability-ஐ தேர்வு செய்யும் chemistry மதிப்புடையதாக இருக்க முடியும், குறிப்பாக பல தசாப்தங்கள் தினமும் இயங்க வேண்டிய installations-க்கு.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் கோரும் 120,000-cycle life இங்கே முக்கியச் சின்னமாகும். அந்த எண்ணிக்கை study conditions-க்கு அப்பாலும் நிலைத்தால், பல தற்போதைய systems-ஐ விட மிக அதிக repetitive use-ஐ தாங்கக்கூடிய battery என்பதைக் குறிக்கும். Live Science இதன் lifespan-ஐ மிக நாடகத்தன்மையுடன் விவரித்து, சில assumptions-கீழ் இந்த design 24th century வரை நீடிக்கலாம் எனக் குறிப்பிட்டது. அடிப்படை கருத்து எளிதானது: team extreme endurance-க்கு கட்டமைக்கப்பட்ட battery architecture-ஐ முன்வைக்கிறது.

இதன் energy system-இல் இடம் எங்கே

இந்த வேலை consumer electronics அல்லது electric vehicles-ஐ விட fixed storage-க்கு அதிகமாக பொருந்துகிறது. source text இந்த chemistry-ஐ grid storage-இல் பயன்படுத்தப்படும் lithium-ion batteries-உடன் வெளிப்படையாக ஒப்பிடுகிறது, அதுவே சரியான frame. Wind அல்லது solar output அதிகமாக இருக்கும் போது power-ஐ சேமித்து, பின்னர் குறைந்த fire risk மற்றும் manageable replacement costs-உடன் அதை மீண்டும் வழங்கும் தொழில்நுட்பங்கள் electric grids-க்கு தேவை.

அந்த சூழலில், nonflammable operation ஒரு பெரிய நன்மை. Abundant elements மற்றும் organic building blocks-ஐ hazardous materials-க்கு பதிலாகப் பயன்படுத்துவதும் பயன்தரும். Battery பல ஆண்டுகள் meaningful degradation இல்லாமல் cycle செய்யப்படுமானால், maintenance மற்றும் replacement frequency குறைந்து storage projects-இன் economics-ஐ மாற்றக்கூடும்.

இதனால் இந்த technology lithium-ion-ஐ பரந்த அளவில் மாற்றத் தயாராக உள்ளது என்று அர்த்தமில்லை. source material commercial timelines, manufacturing costs, energy density figures, அல்லது scale-up விவரங்களை வழங்கவில்லை. அந்த விடுப்புகள் முக்கியமானவை. Grid operators chemistry-ஐ மட்டும் வாங்குவதில்லை; அவர்கள் proven systems, supply chains, warranties, மற்றும் bankable performance data-ஐ வாங்குகிறார்கள்.

அடுத்து என்ன கவனிக்க வேண்டும்

இப்போதைக்கு, இதை உடனடி product launch-ஐ விட ஒரு promising research result-ஆகவே புரிந்துகொள்ள வேண்டும். மிக வலுவாக ஆதரிக்கப்படும் கூற்றுகள்: battery நீர்-அடிப்படையிலானது, neutral electrolytes-ஐ பயன்படுத்துகிறது, toxic elements-ஐத் தவிர்க்கிறது, மற்றும் reported study-இல் மிக உயர்ந்த cycle-life performance-ஐ அடைந்தது.

அடுத்த கேள்விகள் தெளிவானவை. இந்த chemistry-ஐ பெரிய அளவில் உற்பத்தி செய்ய முடியுமா? Materials laboratory-க்கு வெளியிலும் நிலைத்திருக்குமா? Battery அதன் அளவு மற்றும் செலவுடன் ஒப்பிடும்போது எவ்வளவு energy store செய்யும்? மேலும் controlled test conditions-க்கு அப்பால் real grid deployments-இல் அதன் safety மற்றும் durability advantages-ஐ தொடர வைத்திருக்க முடியுமா?

இந்த caveats-ஐ மீறியும், இந்த ஆய்வு energy storage research-இல் ஒரு முக்கிய திசையை சுட்டிக்காட்டுகிறது. Battery progress பெரும்பாலும் faster charging அல்லது longer range எனப் பேசப்படுகிறது, ஆனால் grid-க்கு durability மற்றும் safety அதிக மாற்றத்தை ஏற்படுத்தக்கூடிய breakthroughs ஆக இருக்கலாம். இந்த aqueous design laboratory bench-ஐத் தாண்டியும் அந்தக் குணங்களைப் பாதுகாத்தால், அதன் சுற்றியுள்ள infrastructure-க்கு இணையான நீண்ட ஆயுளுக்காக கட்டப்பட்ட storage systems-க்கான பரந்த மாற்றத்தின் ஒரு பகுதியாக மாறக்கூடும்.

இந்த article Live Science செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.