वैज्ञानिक एक नैनोवायर में बैटरी का निर्माण करते हैं: हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण उपकरण जितना छोटा होता है, उतना संभव है - अंतरिक्ष समय - 2020

Anonim

प्रोफेसर पुलिकेल अजयन की राइस लैब ने एक पूरे लिथियम आयन ऊर्जा भंडारण उपकरण को एक एकल नैनोवायर में पैक किया है, जैसा कि इस महीने अमेरिकन केमिकल सोसाइटी जर्नल में बताया गया है नैनो पत्र । शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि उनका निर्माण उतना ही छोटा है जितना कि संभवत: ऐसे उपकरण मिल सकते हैं, और नैनोइलेक्ट्रॉनिक की नई पीढ़ियों के लिए रिचार्जेबल पावर स्रोत के रूप में मूल्यवान हो सकते हैं।

अपने पेपर में, शोधकर्ताओं ने अपनी बैटरी / सुपरकैपेसिटर हाइब्रिड के दो संस्करणों का परीक्षण करने का वर्णन किया। पहला निकल / टिन एनोड, पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (पीईओ) इलेक्ट्रोलाइट और पॉलीनीलाइन कैथोड परतों के साथ एक सैंडविच है; यह इस सबूत के रूप में बनाया गया था कि लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट के लिए एनोड के माध्यम से और फिर सुपरकैपेसिटर-जैसे कैथोड में कुशलता से चले जाएंगे, जो आयनों को थोक में संग्रहीत करता है और डिवाइस को जल्दी चार्ज और निर्वहन करने की क्षमता देता है।

दूसरा एकल नैनोवायर में समान क्षमताओं को पैक करता है। शोधकर्ताओं ने सेंटीमीटर-स्केल सरणियों का निर्माण किया जिसमें हजारों नैनोवायर डिवाइस हैं, जिनमें से प्रत्येक लगभग 150 नैनोमीटर चौड़ा है। एक नैनोमीटर एक मीटर का एक अरबवां हिस्सा है, जो एक मानव बाल की तुलना में हजारों गुना छोटा है।

अजयन की टीम वर्षों से एकल-नैनोवायर उपकरणों की ओर बढ़ रही है। शोधकर्ताओं ने पहली बार पिछले दिसंबर में तीन-आयामी नैनोबैट्री के निर्माण की सूचना दी। उस परियोजना में, उन्होंने पीएमएमए में निकेल-टिन नैनोवायर के ऊर्ध्वाधर सरणियों का विस्तार किया, जो कि एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला बहुलक है जिसे Plexiglas के रूप में जाना जाता है, जो एक इलेक्ट्रोलाइट और इन्सुलेटर के रूप में कार्य करता है। उन्होंने एक तांबे सब्सट्रेट के ऊपर एनोडाइज्ड एल्यूमिना टेम्प्लेट में इलेक्ट्रोडपोज़िशन के माध्यम से नैनोवायर्स को बढ़ाया। उन्होंने एक सरल रासायनिक नक़्क़ाशी तकनीक के साथ टेम्पलेट के छिद्रों को चौड़ा किया, जो तारों और एल्यूमिना के बीच एक अंतर पैदा करता है, और फिर एक चिकनी, सुसंगत म्यान में तारों को घेरने के लिए ड्रॉप-लेपित पीएमएमए। एक रासायनिक धोने ने टेम्पलेट को हटा दिया और इलेक्ट्रोलाइट-एन्कैपिड नैनोवायर का एक जंगल छोड़ दिया।

उस बैटरी में, एन्कोडेड निकल-टिन एनोड था, लेकिन कैथोड को बाहर की तरफ संलग्न करना था।

मैकेनिकल इंजीनियरिंग और मटेरियल साइंस के प्रोफेसर अजयन ने कहा कि नई प्रक्रिया ने नैनोवायर्स के अंदर कैथोड को टक किया। नैनोइंजीनियरिंग के इस कारनामे में, शोधकर्ताओं ने पीईओ को जेल की तरह इलेक्ट्रोलाइट के रूप में इस्तेमाल किया जो लिथियम आयनों को संग्रहीत करता है और एक सरणी में नैनोवायरों के बीच विद्युत इन्सुलेटर के रूप में भी काम करता है।

बहुत परीक्षण और त्रुटि के बाद, वे आसानी से संश्लेषित बहुलक पर पॉलीलेनिन (PANI) के रूप में जाना जाता है जो उनके कैथोड के रूप में बस गए। पीईओ के साथ चौड़ी अल्युमिना छिद्रों को ड्रॉप-कोटिंग करना इंसाइड करता है, एनोड और पत्तियों की नलियों को ऊपर से जोड़ता है जिसमें पैनआई कैथोड भी ड्रॉप-कोटेड हो सकते हैं। सरणी के शीर्ष पर रखा गया एक एल्यूमीनियम वर्तमान कलेक्टर सर्किट को पूरा करता है।

चावल और कागज के सह-लेखक अरावा लीला मोहना रेड्डी ने कहा, "यह विचार इलेक्ट्रोड के बीच अल्ट्राथिन पृथक्करण के साथ नैनोवायर ऊर्जा भंडारण उपकरणों को बनाने के लिए है।" "यह डिवाइस के विद्युत रासायनिक व्यवहार को प्रभावित करता है। हमारे उपकरण नैनोस्केल घटना की जांच के लिए एक बहुत ही उपयोगी उपकरण हो सकते हैं।"

रेडियन ने कहा कि टीम की प्रायोगिक बैटरी लगभग 50 माइक्रोन लंबी है - एक मानव बाल के व्यास के बारे में और लगभग अदृश्य होने पर। सैद्धांतिक रूप से, नैनोवायर ऊर्जा भंडारण उपकरण उतने ही लंबे और चौड़े हो सकते हैं जितने कि टेम्पलेट अनुमति देते हैं, जो उन्हें स्केलेबल बनाता है।

नैनोवायर डिवाइस अच्छी क्षमता दिखाते हैं; शोधकर्ता बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज करने की क्षमता बढ़ाने के लिए सामग्री को ठीक कर रहे हैं, जो अब लगभग 20 चक्रों के बाद बंद हो जाता है।

"एक बहुत कुछ किया जा सकता है प्रदर्शन के मामले में उपकरणों का अनुकूलन करने के लिए," पेपर के प्रमुख लेखक, सैकथ गौड़ा, एक केमिकल इंजीनियरिंग स्नातक छात्र चावल ने कहा। "बहुलक विभाजक का अनुकूलन और इसकी मोटाई और विभिन्न इलेक्ट्रोड प्रणालियों की खोज से सुधार हो सकता है।"

चावल स्नातक छात्र Xiaobo Zhan कागज के एक सह-लेखक हैं।

हार्टली फैमिली फाउंडेशन, राइस यूनिवर्सिटी, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ, आर्मी रिसर्च ऑफिस और मल्टीडिसिप्लिनरी यूनिवर्सिटी रिसर्च इनिशिएटिव ने शोध का समर्थन किया।

वैज्ञानिक एक नैनोवायर में बैटरी का निर्माण करते हैं: हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण उपकरण जितना छोटा होता है, उतना संभव है - अंतरिक्ष समय - 2020