Self-assembling 3D battery ...
दुनिया एक बड़ी जगह है, लेकिन यह उन प्रौद्योगिकियों के आगमन के साथ छोटा हो गया है जो लोगों को दुनिया भर से अपने हाथ की हथेली में डाल देते हैं। और जैसे ही दुनिया कम हो गई है, उसने यह भी मांग की है कि चीजें तेजी से होती हैं - जिसमें इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस चार्ज करने में समय लगता है।
कॉर्नेल विश्वविद्यालय में इंजीनियरिंग के प्रोफेसर उलरिक विस्नर के नेतृत्व में एक क्रॉस कैंपस सहयोग, इस मांग को एक उपन्यास ऊर्जा भंडारण उपकरण वास्तुकला के साथ संबोधित करता है जिसमें बिजली-त्वरित शुल्क की संभावना है।
समूह का विचार: गैर-कंडक्टरिंग सेपरेटर के दोनों ओर बैटरी 'एनोड और कैथोड रखने के बजाए, ऊर्जा भंडारण और वितरण के लिए आवश्यक तत्वों से भरे हजारों नैनोस्केल छिद्रों के साथ, एक स्व-संयोजन, 3 डी जीवाइडल संरचना में घटकों को घुमाएं।
रॉयल सोसाइटी के एक प्रकाशन, एनर्जी एंड एनवायरनमेंटल साइंस में 16 मई को प्रकाशित किया गया था, "यह वास्तव में एक क्रांतिकारी बैटरी आर्किटेक्चर है," जिसका समूह का पेपर "ब्लॉक कोपोलिमर व्युत्पन्न 3-डी इंटरपनेट्रेटिंग बहु-कार्यात्मक Gyroidal Nanohybrid विद्युत ऊर्जा भंडारण" के लिए लिखा गया था।
"यह त्रि-आयामी वास्तुकला मूल रूप से आपके डिवाइस में मृत मात्रा से सभी नुकसान को समाप्त करता है," Wiesner ने कहा। "अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि, इन इंटरपेनेट्रेटेड डोमेन के आयामों को नैनोस्केल तक कम करने के रूप में, जैसा कि हमने किया था, आपको उच्च शक्ति घनत्व के आयाम के आदेश देता है। दूसरे शब्दों में, आप परंपरागत बैटरी आर्किटेक्चर के साथ आमतौर पर किए जाने वाले कार्यों की तुलना में बहुत कम समय में ऊर्जा तक पहुंच सकते हैं । " वह कितना तेज़ है? विस्नर ने कहा कि, बैटरी के तत्वों के नैनोस्केल में घटने के आयामों के कारण, "जब तक आप अपने केबल को सॉकेट में डालते हैं, सेकंड में, शायद तेज़ भी, बैटरी चार्ज की जाएगी।"
इस अवधारणा के लिए आर्किटेक्चर ब्लॉक कोपोलीमर स्व-असेंबली पर आधारित है, जिसे विज़नर समूह ने अन्य उपकरणों में वर्षों के लिए नियोजित किया है, जिसमें एक जीवाइडल सौर सेल और एक जीवाइडल सुपरकंडक्टर शामिल है। जोर्ज वर्नर, पीएच.डी. '15, इस काम पर मुख्य लेखक ने स्वयं-संयोजन फोटोनिक उपकरणों के साथ प्रयोग किया था, और आश्चर्य किया कि क्या ऊर्जा सिद्धांतों के लिए कार्बन सामग्रियों पर समान सिद्धांत लागू किए जा सकते हैं।
कार्बन की जीवाइडल पतली फिल्म - बैटरी के एनोड, ब्लॉक कोपोलिमर स्व-असेंबली द्वारा उत्पन्न - 40 नैनोमीटर चौड़े क्रम के हजारों आवधिक छिद्रों को दिखाती है। इन छिद्रों को तब 10 एनएम-मोटी, इलेक्ट्रोनिक रूप से इन्सुलेट करने के साथ लेपित किया गया था, लेकिन इलेक्ट्रोनिमराइजेशन के माध्यम से आयन-संचालन विभाजक, जिसने प्रक्रिया की प्रकृति द्वारा एक पिन्होल मुक्त पृथक्करण परत उत्पन्न की।
यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि विभाजक में छेद जैसे दोष हैं जो सेलफोन और लैपटॉप जैसे मोबाइल उपकरणों में आग को जन्म देने में विनाशकारी विफलता का कारण बन सकते हैं।
अगला कदम कैथोड सामग्री का जोड़ है - इस मामले में, सल्फर - उस राशि में जो छिद्रों के बाकी हिस्सों को काफी भरता नहीं है। चूंकि सल्फर इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकता है लेकिन बिजली का संचालन नहीं करता है, अंतिम चरण इलेक्ट्रॉनिक रूप से चलने वाले बहुलक के साथ बैकफिलिंग होता है - जिसे पीईडीओटी (पॉली [3,4-एथिलेनेडियोक्सिथियोपेन]] कहा जाता है।
हालांकि यह वास्तुकला अवधारणा का प्रमाण प्रदान करती है, विस्नर ने कहा, यह चुनौतियों के बिना नहीं है। बैटरी को निर्वहन और चार्ज करने के दौरान वॉल्यूम परिवर्तन धीरे-धीरे पीईडीओटी चार्ज कलेक्टर को घटा देता है, जो सल्फर के वॉल्यूम विस्तार का अनुभव नहीं करता है।
"जब सल्फर फैलता है," विस्नेर ने कहा, "आपके पास बहुलक के इन छोटे टुकड़े हैं जो अलग हो जाते हैं, और फिर यह दोबारा घटने पर फिर से कनेक्ट नहीं होता है। इसका मतलब है कि 3 डी बैटरी के टुकड़े हैं जिन्हें आप तब तक नहीं पहुंच सकते हैं। "
समूह अभी भी तकनीक को पूरा कर रहा है, लेकिन सबूत-अवधारणा के काम पर पेटेंट संरक्षण के लिए आवेदन किया है।
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