Home /News /gandhinagar /IIT ગાંધીનગર અને JAIST દ્વારા એનોડ મટિરિયલની શોધ, બેટરીઝની વધશે ગુણવત્તા

IIT ગાંધીનગર અને JAIST દ્વારા એનોડ મટિરિયલની શોધ, બેટરીઝની વધશે ગુણવત્તા

મુખ્ય વિશેષતાઓ- અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ સમય, લાંબી લાઈફ સાઈકલ છે

અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ સમય (મિનિટોમાં પૂર્ણ ચાર્જ), લાંબી લાઈફ સાઈકલ (ઉચ્ચ ચાર્જ કરંટ પર 10,000 સાઈકલ્સ), ભારતીય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા શોધાયેલ નેનોશીટ્સના નવા વર્ગના આધારે, જે ટાઇટેનિયમ અને બોરોનના સમૃદ્ધ રસાયણને જોડે છે.

  • News18 Gujarati
  • Last Updated :
  • Gandhinagar, India
Abhishek Barad, Gandhinagar: IIT ગાંધીનગર અને JAISTની સંશોધન ટીમે અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ અને લિથિયમ-આયન બેટરીઝની લોંગ લાઈફને શક્ય બનાવતા નવા એનોડ મટિરિયલની શોધ કરી. લિ-આયન બેટરી માટે શોધાયેલ નવા એનોડ મટિરિયલની મુખ્ય વિશેષતાઓ અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ સમય (મિનિટોમાં પૂર્ણ ચાર્જ), લાંબી લાઈફ સાઈકલ (ઉચ્ચ ચાર્જ કરંટ પર 10,000 સાઈકલ્સ), ભારતીય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા શોધાયેલ નેનોશીટ્સના નવા વર્ગના આધારે, જે ટાઇટેનિયમ અને બોરોનના સમૃદ્ધ રસાયણને જોડે છે.

આ પરિવર્તનકારી સંશોધન નવીનતા વિવિધ બેટરી-આધારિત ગેજેટ્સ માટે પ્રયોગશાળામાંથી વાસ્તવિક જીવનમાં અનુવાદ કરવા માટે સમૃદ્ધપણે સક્ષમ છે. તમે ટૂંક સમયમાં તમારા બેટરી-આધારિત ગેજેટ્સ અથવા તો ઇલેક્ટ્રીક વાહનો (EVs) ને પણ અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ગતિએ ચાર્જ કરી શકશો કારણકે ભારતીય પ્રૌદ્યોગિકી સંસ્થાન ગાંધીનગર (IITGN) અને જાપાન એડવાન્સ્ડ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (JAIST)ના સંશોધકોની એક ટીમે એક નવા એનોડ મટિરિયલની શોધ કરી છે.

જે લિથિયમ-આયન બેટરી (LIBs)ને મિનિટોમાં રિચાર્જ કરવામાં સક્ષમ બનાવે છે. નવુ દ્વિ-પરિમાણીય (2D) એનોડ મટિરિયલ ટાઇટેનિયમ ડાયબોરાઇડ (TiB2)માંથી તારવેલી નેનોશીટ્સનો ઉપયોગ કરીને વિકસાવવામાં આવ્યુ છે, જે એક મલ્ટી-સ્ટૅક્ડ સેન્ડવીચ જેવુ મટિરિયલ છે, જેમાં બોરોનના સ્તરો વચ્ચે ધાતુના અણુઓ હાજર હોય છે. આ પરિવર્તનકારી સંશોધન નવીનતા પ્રયોગશાળામાંથી વાસ્તવિક જીવનમાં અનુવાદ કરવા માટે સમૃદ્ધપણે સક્ષમ છે.

હાલના બેટરી મટિરિયલ્સ અને તેમની મર્યાદાઓ: ગ્રેફાઇટ અને લિથિયમ ટાઇટેનેટએ વ્યાવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ લિથિયમ-આયન બેટરી (LIBs)માં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા એનોડ મટિરિયલ્સમાંથી એક છે જે લેપટોપ, મોબાઇલ ફોન, અને ઇલેક્ટ્રિક વાહનોને પાવર કરે છે. ગ્રેફાઇટ એનોડ સાથેના LIBs, જે અત્યંત ઊંચી ઉર્જા ઘનતા ધરાવે છે, તે એક ચાર્જ સાઈકલમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનને સેંકડો કિલોમીટર સુધી ચલાવી શકે છે. જો કે, તે સલામતીના મોરચે પડકારો ધરાવે છે કારણ કે તેમાં આગના જોખમો રહેલા છે. લિથિયમ ટાઇટેનેટ એનોડ એ સલામત અને વધુ પસંદગીનો વિકલ્પ છે, અને તે ઝડપી ચાર્જિંગ પણ ઓફર કરે છે. પરંતુ, તેની પાસે ઊર્જાની ઘનતા ઓછી છે, જેનો અર્થ છે કે તેને વધુ વખત રિચાર્જ કરવાની જરૂર પડે છે.

નેનોશીટ આધારિત એનોડ માટેરિયલ દ્વારા સક્ષમ લિ-આયન બેટરીને કઈ મુખ્ય વિશેષતાઓ અલગ પાડે છે: અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ સમય (મિનિટોમાં પૂર્ણ ચાર્જ), લાંબી લાઈફ સાઈકલ (ઉચ્ચ ચાર્જ કરંટ પર 10,000 સાઈકલ્સ), એનોડ તૈયાર કરવા માટે વપરાતી નેનોશીટ્સમાં છિદ્રોની ઊંચી ઘનતા હોય છે. જ્યારે નેનોશીટની પ્લેનર પ્રકૃતિ અને રસાયણ લી આયનોને પકડવા માટે ઉચ્ચ સપાટીનો વિસ્તાર પૂરો પાડે છે, તેથી આ છિદ્રો આયનોના વધુ સારા પ્રસારને સક્ષમ બનાવે છે.

IITGN અને JAISTની સંશોધન ટીમોએ એનોડ માટે એક એવુ મટિરિયલ વિકસાવવાનો ઉદ્દેશ્ય રાખ્યો હતો જે બેટરીને ઝડપથી ચાર્જ કરવામાં સક્ષમ તો બનાવે જ પરંતુ તેની લાંબી આવરદા પણ સુનિશ્ચિત કરે. ટીમનો બીજો મુખ્ય વિચાર એ હતો કે મટિરિયલ એવુ હોવુ જોઈએ કે તેને સરળ સ્કેલેબલ રીતે બનાવી શકાય જેથી તે હાલની તકનીકને બદલી શકે.

પ્રોફેસર કબીર જસુજા (IITGN) અને પ્રોફેસર નોરીઓશી માત્સુમી (JAIST)ની આગેવાની હેઠળની સંશોધન ટીમે શોધી કાઢ્યું કે જ્યારે ટાઇટેનિયમ ડાયબોરાઇડ (TiB2) આધારિત હાયરાર્કિકલ નેનોશીટ્સ (THNS)નો ઉપયોગ એનોડ તૈયાર કરવા માટે કરવામાં આવ્યો ત્યારે તેણે 174 mA h/g (બેટરીની ઉર્જા ક્ષમતાને માપનારું એક એકમ)ની ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા પ્રદર્શિત કરી હતી, જે 1 A/g ના વર્તમાન દરે 10 મિનિટમાં પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. એકબીજા સાથે જોડાયેલ કાર્પેટ જેવું માળખું લિથિયમ-આયન પ્રસરણ-સંબંધિત પડકારને હલ કરીને નેનોશીટ્સની અંદર અને બહારથી ચાર્જના કાર્યક્ષમ માઈગ્રેશનની સુવિધા આપે છે.

તેઓએ એ પણ શોધી કાઢ્યું કે આ એનોડમાં ઉચ્ચ ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા (ઉપયોગની 10,000 સાઈકલ પછી પણ 80% સુધી) જાળવી રાખવાની સાથે અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ ક્ષમતા છે, મતલબ કે આ મટિરિયલમાંથી બનેલી બેટરી 10,000થી વધુ ચાર્જ સાઈકલ પછી પણ લગભગ એટલું જ ઉચ્ચ પ્રદર્શન આપશે. વધુમાં, રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓને કારણે THNSનું કોઈ ધોવાણ થયું ન હતું,

છિદ્રાળુતા પણ ખૂબ જ સારી રીતે જળવાઈ રહે છે, અને તે હજારો ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ સાઈકલ્સ પછી બહુ ઓછા વોલ્યુમેટ્રિક વિસ્તરણ (40% કરતા ઓછુ) સાથે માળખાકીય સ્થિરતા દર્શાવે છે. નવા બેટરી મટિરિયલની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાનું વર્ણન કરતાં, આકાશ વર્મા, એક MTech વિદ્યાર્થી કે જેઓ આ સંશોધન કાર્યના પ્રથમ લેખક પણ છે, તેમણે જણાવ્યું હતું કે “આ ટાઇટેનિયમ અને બોરોન પરમાણુઓની નેનોશીટ્સની અંદર પરસ્પર જોડાયેલ કાર્પેટ જેવા છિદ્રાળુ બંધારણ વાળું છે જે કાર્યક્ષમ ચાર્જ ટ્રાન્સપોર્ટ અને સ્ટોરેજમાં મદદ કરે છે.”

તેમણે તેમની ડબલ માસ્ટર ડિગ્રીના ભાગરૂપે એક વર્ષ IITGN અને બીજુ વર્ષ JAIST ખાતે વિતાવ્યું – જે JAIST અને IITGN વચ્ચેનો એક અનોખો સહયોગ કાર્યક્રમ છે. લિ-આયનોનું ઠોસ અવસ્થામાં કાર્યક્ષમ પ્રસરણ, ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસની પ્રકૃતિ, ઇલેક્ટ્રોડ છિદ્રાળુતા, અને સક્રિય સાઇટ્સ સુધીની પહોંચ એ બેટરીની અંદર ઝડપી અને ઉચ્ચ દરની ગતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે. ટીમ કહે છે કે ટાઇટેનિયમ ડાયબોરાઇડ (TiB2)-આધારિત હાયરાર્કિકલ નેનોશીટ્સની અંદરના છિદ્રો ઝડપી અને ઉલટાવી શકાય તેવા આયન પરિવહન માટે ચેનલો તરીકે કામ કરે છે; તેથી, નેનોશીટમાંથી લિથિયમ-આયનોને ઝડપથી દાખલ કરી શકાય છે અને કાઢી શકાય છે જેના પરિણામે તેમાં ઝડપી ચાર્જિંગ ક્ષમતા આવે છે.

ઉચ્ચ-ક્ષમતા ધરાવતા બેટરી મટિરિયલ્સનું ભાવિ: સંશોધકો ભારપૂર્વક જણાવે છે કે વ્યાવસાયિક એપ્લિકેશન્સ માટે આ એક આશાસ્પદ ટેકનોલોજી છે જ્યાં ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા, ઉચ્ચ શક્તિ, લોંગ લાઈફ, અને અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ ચાર્જિંગ ઇચ્છિત છે. સંશોધન ટીમ આ કાર્યને પ્રયોગશાળામાંથી વાસ્તવિક જીવનમાં વપરાશમાં અનુવાદિત કરવાની યોજના બનાવી રહી છે. પ્રોફેસર કબીર જસુજા, ડૉ. દિનેશ ઓ શાહ ચેર એસોસિયેટ પ્રોફેસર, કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, IITGN, કહે છે, “જે વિશેષતા આ કાર્યને ખાસ કરીને ઉપયોગી બનાવે છે તે એ છે કે TiB2 નેનોશીટ્સને સંશ્લેષણ કરવાની પદ્ધતિ સ્વાભાવિક રીતે સ્કેલેબલ છે. તેને માટે પાતળા હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના પાણી જેવા દ્રાવણમાં માત્ર TiB2 કણો ઉમેરવાની અને પછી તેને ફરીથી સ્ફટિકીકરણ થવા દેવાની જરૂર છે.

કોઈપણ નેનોમેટરીયલને મૂર્ત ટેકનોલોજીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે, તેની સ્કેલેબિલિટી મર્યાદાકારક હોય છે. આ TiB2 નેનોશીટ્સને સંશ્લેષણ કરવાની અમારી પદ્ધતિ માટે માત્ર તેને યોગ્ય રીતે મિશ્રિત કરવાની જરૂર છે. તેને વધુ અત્યાધુનિક સાધનોની જરૂર નથી, જેનાથી તે અત્યંત અપનાવાયોગ્ય બની જાય છે.” આ નવીનતાની જરૂરિયાત પર વધુ પ્રકાશ પાડતા, પ્રોફેસર નોરીઓશી માત્સુમી, પ્રોફેસર ઓફ મટિરિયલ્સ કેમિસ્ટ્રી, JAIST, કહે છે, “ભવિષ્યમાં વિવિધ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના વ્યાપક વ્યવસાયીકરણને શક્ય બનાવવા માટે આજે ઉચ્ચ દરની ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ટેકનોલોજીની જરૂર ઘણી વધી રહી છે.

અમારા તારણો સંબંધિત સંશોધન ક્ષેત્રોને અનન્ય 2D મટિરિયલ્સના ઉપયોગ પર કામ કરવા માટે વધુ સંશોધકોને આમંત્રિત કરવા પ્રેરણા આપી શકે છે. અમે આશા રાખીએ છીએ કે સતત સંશોધન EV વપરાશકર્તાઓની સુવિધા, ખાસ કરીને શહેરોમાં રસ્તા પર ઓછા વાયુ પ્રદૂષણ, અને ઓછા તણાવપૂર્ણ પરિવર્તનશીલ જીવનમાં ફાળો આપશે, જે સમાજની ઉત્પાદકતામાં વધારો કરશે."

આ કોલેબોરેટીવ સ્ટડી તાજેતરમાં “ACS એપ્લાઇડ નેનોમેટિરિયલ્સ” માં પ્રકાશિત થઈ હતી, જે એક આંતરરાષ્ટ્રીય હાઈ-ઇમ્પેક્ટ જર્નલ છે:

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsanm.2c03054
First published:

Tags: Battery, Gandhinagar News, Local 18, Mobile and Technology