یو ایس ٹی سی نے لی بیٹریوں کے لیے ٹھوس الیکٹرولائٹس کی رکاوٹ کو دور کیا۔

21 اگست کو، یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی آف چائنا (USTC) کے پروفیسر ایم اے چینگ اور ان کے ساتھیوں نے الیکٹروڈ الیکٹرولائٹ رابطے کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے ایک مؤثر حکمت عملی تجویز کی جو اگلی نسل کی سالڈ اسٹیٹ لی بیٹریوں کی ترقی کو محدود کر رہی ہے۔ ٹھوس ٹھوس جامع الیکٹروڈ نے اس طرح سے غیر معمولی صلاحیتوں اور شرح کارکردگی کی نمائش کی۔

روایتی لی-آئن بیٹریوں میں نامیاتی مائع الیکٹرولائٹ کو ٹھوس الیکٹرولائٹس کے ساتھ تبدیل کرنا حفاظتی مسائل کو بہت حد تک کم کر سکتا ہے، اور توانائی کی کثافت میں بہتری کے لیے ممکنہ طور پر "شیشے کی چھت" کو توڑ سکتا ہے۔ تاہم، مرکزی دھارے میں شامل الیکٹروڈ مواد بھی ٹھوس ہیں۔ چونکہ دو ٹھوس چیزوں کے درمیان رابطہ ٹھوس اور مائع کے درمیان اتنا گہرا ہونا تقریباً ناممکن ہے، اس وقت ٹھوس الیکٹرولائٹس پر مبنی بیٹریاں عام طور پر ناقص الیکٹروڈ الیکٹرولائٹ رابطے اور غیر اطمینان بخش فل سیل پرفارمنس کی نمائش کرتی ہیں۔

مطالعہ کے سرکردہ مصنف USTC سے پروفیسر ایم اے چینگ نے کہا، "سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کا الیکٹروڈ الیکٹرولائٹ رابطہ مسئلہ کچھ حد تک لکڑی کے بیرل کے سب سے چھوٹے اسٹیو جیسا ہے۔" "دراصل، ان سالوں میں محققین نے پہلے ہی بہت سے بہترین الیکٹروڈز اور ٹھوس الیکٹرولائٹس تیار کی ہیں، لیکن ان کے درمیان ناقص رابطہ اب بھی لی آئن ٹرانسپورٹ کی کارکردگی کو محدود کر رہا ہے۔"

خوش قسمتی سے، ایم اے کی حکمت عملی اس زبردست چیلنج پر قابو پا سکتی ہے۔ مطالعہ ایک پروٹو ٹائپ، پیرووسکائٹ ساختہ ٹھوس الیکٹرولائٹ میں ناپاکی کے مرحلے کے ایٹم بہ ایٹم امتحان کے ساتھ شروع ہوا۔ اگرچہ کرسٹل کا ڈھانچہ ناپاکی اور ٹھوس الیکٹرولائٹ کے درمیان بہت مختلف تھا، لیکن ان کا مشاہدہ کیا گیا کہ وہ اپیٹیکسیل انٹرفیس بناتے ہیں۔ تفصیلی ساختی اور کیمیائی تجزیوں کی ایک سیریز کے بعد، محققین نے دریافت کیا کہ ناپاکی کا مرحلہ اعلیٰ صلاحیت والے لی سے بھرپور پرتوں والے الیکٹروڈز کے ساتھ الگ الگ ساختی ہے۔ کہنے کا مطلب یہ ہے کہ ایک پروٹوٹائپ ٹھوس الیکٹرولائٹ ایک اعلی کارکردگی والے الیکٹروڈ کے جوہری فریم ورک کے ذریعہ بنائے گئے "ٹیمپلیٹ" پر کرسٹلائز کر سکتا ہے، جس کے نتیجے میں جوہری طور پر مباشرت انٹرفیس ہوتے ہیں۔

"یہ واقعی ایک حیرت کی بات ہے،" پہلے مصنف ایل آئی فوزن نے کہا، جو اس وقت USTC کے گریجویٹ طالب علم ہیں۔ "مواد میں نجاست کی موجودگی دراصل ایک بہت عام واقعہ ہے، اتنا عام ہے کہ زیادہ تر وقت ان کو نظر انداز کر دیا جائے گا۔ تاہم، ان پر گہری نظر ڈالنے کے بعد، ہم نے یہ غیر متوقع epitaxial رویہ دریافت کیا، اور اس نے ٹھوس ٹھوس رابطے کو بہتر بنانے کے لیے ہماری حکمت عملی کو براہ راست متاثر کیا۔"

عام طور پر اپنائے جانے والے کولڈ پریسنگ اپروچ کے مقابلے میں، محققین کی تجویز کردہ حکمت عملی جوہری پیمانے پر ٹھوس الیکٹرولائٹس اور الیکٹروڈ کے درمیان مکمل، ہموار رابطے کا احساس کر سکتی ہے، جیسا کہ ایٹم ریزولوشن الیکٹران مائکروسکوپی امیج میں ظاہر ہوتا ہے۔ (MA کی ٹیم کی طرف سے فراہم کردہ۔

مشاہدہ شدہ رجحان کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، محققین نے جان بوجھ کر بے ساختہ پاؤڈر کو اسی ساخت کے ساتھ کرسٹالائز کیا جیسے لی سے بھرپور پرتوں والے مرکب کی سطح پر پیرووسکائٹ ساختہ ٹھوس الیکٹرولائٹ، اور ایک جامع الیکٹروڈ میں ان دو ٹھوس مواد کے درمیان مکمل، ہموار رابطے کا کامیابی سے احساس ہوا۔ الیکٹروڈ-الیکٹرولائٹ رابطے کے مسئلے کو حل کرنے کے ساتھ، اس طرح کے ٹھوس-ٹھوس جامع الیکٹروڈ نے ایک ریٹ کی صلاحیت فراہم کی جو ٹھوس-مائع مرکب الیکٹروڈ سے بھی موازنہ کی جاتی ہے۔ مزید اہم بات یہ ہے کہ محققین نے یہ بھی پایا کہ اس قسم کا ایپیٹیکسیل ٹھوس ٹھوس رابطہ بڑی جالیوں کی مماثلت کو برداشت کرسکتا ہے، اور اس طرح ان کی تجویز کردہ حکمت عملی بہت سے دوسرے پیرووسکائٹ ٹھوس الیکٹرولائٹس اور پرتوں والے الیکٹروڈس پر بھی لاگو ہوسکتی ہے۔

ایم اے نے کہا، "اس کام نے ایک ایسی سمت کی نشاندہی کی جس کا تعاقب کرنے کے قابل ہے۔" "یہاں اٹھائے گئے اصول کو دوسرے اہم مواد پر لاگو کرنے سے سیل کی کارکردگی اور بھی زیادہ دلچسپ ہو سکتی ہے۔ ہم اس کے منتظر ہیں۔"

محققین اس سمت میں اپنی تلاش جاری رکھنے کا ارادہ رکھتے ہیں، اور مجوزہ حکمت عملی کو دیگر اعلیٰ صلاحیت، اعلیٰ ممکنہ کیتھوڈس پر لاگو کرنا چاہتے ہیں۔

یہ مطالعہ سیل پریس کے ایک فلیگ شپ جریدے میٹر پر شائع کیا گیا تھا، جس کا عنوان تھا "لی بیٹریوں کے لیے ٹھوس الیکٹرولائٹس اور الیکٹروڈ کے درمیان جوہری طور پر قریبی رابطہ"۔ پہلا مصنف LI Fuzhen ہے، جو USTC کا گریجویٹ طالب علم ہے۔ پروفیسر ایم اے چینگ کے ساتھیوں میں سنگھوا یونیورسٹی سے پروفیسر NAN Ce-Wen اور Ames لیبارٹری سے ڈاکٹر ZHOU Lin شامل ہیں۔

(اسکول آف کیمسٹری اینڈ میٹریل سائنسز)

کاغذ کا لنک: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3