हमारा प्रस्ताव

ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण प्रणालियों में मौलिक प्रगति हासिल करने के लिए नई सामग्री डिजाइन अनिवार्य हैं। ये दोनों ही वैश्विक तापमान में कमी लाने की चुनौती के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिसके लिए पर्यावरण के लिए हानिकारक दहन ईंधन पर निर्भरता से मुक्त ऊर्जा अनुपूरण की आवश्यकता होती है।

हम ऊर्जा भंडारण प्रणाली डिलीवरेबल्स को बेहतर बनाने के लिए क्वांटम-सीमित, परमाणु-संरचनात्मक सामग्री प्रदान करते हैं, ऐसे विशिष्ट अनुप्रयोगों में जहां हल्के वजन, गर्मी और या विकिरण क्षरण प्रतिरोध, उच्च प्रदर्शन और कम मात्रा वाली सामग्रियों के साथ दीर्घायु एक आवश्यक आवश्यकता है।

नैनो-इंजीनियर्ड ऊर्जा भंडारण सामग्री

समकालीन बैटरी/ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी में, सिलिकॉन (Si) आधारित इलेक्ट्रोड लिथिएशन/डेलिथिएशन प्रक्रियाओं के दौरान, बहुत अधिक मात्रा में परिवर्तन से ग्रस्त हैं। इसके परिणामस्वरूप सिलिकॉन नैनोस्ट्रक्चर का चूर्णीकरण होता है और परिणामस्वरूप, बैटरी के साइक्लिंग गुणों में कमी आती है।

सिलिसिन कार्बाइड (सिक्ससी) सबसे अधिक संक्षारण प्रतिरोधी सिरेमिक है, जिसमें 1400 डिग्री सेल्सियस (2552 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक अपनी ताकत बनाए रखने की क्षमता है। नैनोस्ट्रक्चर्ड और परमाणु रूप से निर्मित रूप में, सिक्ससी काफी उच्च कठोरता प्रदर्शित करता है, जो लंबे समय तक चलने के बाद भी अपनी संरचना को बनाए रखता है।

लिथियम आयन बैटरी (LIBs) में एनोड सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने वाले नैनोस्ट्रक्चर्ड सिक्ससी बेहतर साइक्लिंग स्थिरता, अच्छी रेटिंग क्षमता और कम प्रतिबाधा प्रदर्शित करता है। परमाणु रूप से निर्मित सामग्री का आकार जितना छोटा होगा, उसका तनाव/तनाव सहनशीलता उतनी ही अधिक होगी। इससे चूर्णीकरण कम हो जाता है और बैटरी का चक्र जीवन बढ़ जाता है, जिसमें ऐसी परमाणु-संरचना वाली सामग्री शामिल होती है।

परमाणु रूप से निर्मित सिक्ससी नैनोट्यूब उच्च तापमान वाले माइक्रो-अल्ट्राकैपेसिटर में प्रयोज्यता पाते हैं, जिसमें अध्ययनों से पता चला है कि वे असाधारण स्थिरता और लंबे समय तक सेवा जीवन प्रदर्शित करते हैं। नैनोटेक्नोलॉजी वह काउंटर-सहज ज्ञान युक्त क्षेत्र है, जिसमें अधिक कार्यक्षमता प्राप्त करने के लिए कम सामग्री की आवश्यकता होती है, क्योंकि आकार के लघुकरण के साथ सतह क्षेत्र में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। ऐसे उच्च सतह क्षेत्र वाली सामग्रियों के साथ, विशेष रूप से क्वांटम-परिसीमा आकार सीमा (< 20 एनएम या 200 Å) में, बहुत कम क्वांटम सामग्री का उपयोग करके उच्च प्रदर्शन, टिकाऊ, हल्के सिस्टम प्राप्त करना संभव हो जाता है। परमाणु वास्तुकला हमारी सामग्री डिजाइन और निर्माण प्रक्रियाओं में शामिल किया गया अतिरिक्त कदम है, जो क्वांटम सामग्रियों की कार्यक्षमता और पर्यावरण अनुकूलता दोनों को बढ़ावा देता है, इस प्रकार उनकी प्रयोज्यता के दायरे को अधिक कुशल और बहुमुखी बनाता है। प्रगति के लिए आवश्यक लक्ष्य, किसी सामग्री के ऊर्जा घनत्व को बढ़ाने में निहित है, जरूरी नहीं कि उसका आयतन हो।

क्वांटम डोमेन

परमाणु-संरचना वाले नैनोमटेरियल के क्वांटम शासन में प्रगति का मतलब मात्रा बढ़ाना नहीं है। क्वांटम डोमेन में अपस्केल भौतिक मात्रा के बजाय सतह क्षेत्र और परिणामस्वरूप भौतिक प्रदर्शन में वृद्धि के माध्यम से अधिक आता है। यह भौतिक सतह के परिचालन क्षेत्र में अधिक परमाणुओं को कैसे फिर से स्थापित किया जाए, इसकी समझ के साथ किया जाता है। क्वांटम सामग्रियों के मामले में सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात में वृद्धि, इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय क्षेत्र में वृद्धि और परिवहन लंबाई में कमी के कारण ऊर्जा और शक्ति घनत्व दोनों में सुधार करती है। कम ही अधिक है: यह असंगठित परमाणुओं की कच्ची ऊर्जा का दोहन करने के बारे में है, जो पर्याप्त शोषण के लिए खुला है। अनिवार्य रूप से, यह प्रकृति के साथ एक अनूठा सहयोग है, और क्वांटम सामग्री प्रवेश द्वार हैं।

क्वांटम-सीमित सामग्री एक अधिक शक्तिशाली परिचालन मंच प्रदान करती है, जिसमें काम पूरा करने के लिए केवल थोड़ी सी सामग्री की आवश्यकता होती है। ऐसी सामग्रियों से, आप छोटे, हल्के, फिर भी मजबूत और काफी हद तक कुशल टिकाऊ उपकरण प्राप्त करते हैं क्योंकि क्वांटम सामग्रियों के आयाम विरूपण और फ्रैक्चर की थोक सूक्ष्म-यांत्रिक प्रक्रियाओं की अनुमति देने के लिए बहुत छोटे (< 200 Å) होते हैं, जिससे उनके चक्र जीवन में सुधार होता है। क्वांटम सामग्री डोमेन आज नैनोटेक्नोलॉजी को आगे बढ़ाने के लिए सबसे कम औद्योगिक रूप से खोजे गए, फिर भी सबसे वांछित सामग्रियों के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है। वे औद्योगिक मांग को पूरा करने के लिए निर्माण करने के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण सामग्रियों का भी प्रतिनिधित्व करते हैं, अकेले अपस्केल करें। NANOARC ने बाधा को पार कर लिया है और इसलिए अगली पीढ़ी की बैटरी प्रौद्योगिकियों की बेहतरी के लिए क्वांटम-सीमित, परमाणु-संरचना वाले नैनोमटेरियल की यह पेशकश की है

लिथियम-आयन बैटरियों के लिए नैनोएडिटिव्स के रूप में, क्वांटम मटीरियल नैनोपार्टिकल्स सुपरफाइन साइज़ और बहुत उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र (SSA) प्रदान करते हैं जो नैनोएडिटिव्स को कैथोड या एनोड में अच्छी तरह से वितरित करने की अनुमति देते हैं, जिससे व्यापक स्थायित्व मिलता है।

E= MC2 समीकरण के साथ, आइंस्टीन ने संकेत दिया कि द्रव्यमान की एक छोटी मात्रा बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी करने में सक्षम है। ऊर्जा की विशाल मात्रा इसलिए जारी की जाती है क्योंकि वे पहले से ही छोटी सामग्री के भीतर संग्रहीत थीं।

उच्च ऊर्जा घनत्व भंडारण मात्रा के बारे में नहीं है, बल्कि क्वांटम डोमेन पर सामग्री डिजाइन के बारे में है, जो परमाणु पैमाने के करीब है। परमाणु पैमाना ही परमाणु ऊर्जा को इतना शक्तिशाली बनाता है। रेडियोधर्मी विकिरण के दुष्प्रभावों के बिना इस उच्च ऊर्जा डोमेन का दोहन करना, वह है जो अब हम ऊर्जा भंडारण प्रणाली निर्माताओं के सामने प्रस्तुत करते हैं।

क्वांटम कण का आकार मायने रखता है

नैनोकण को ​​अनाज की सीमाओं के निर्माण को रोकने में सक्षम होना चाहिए। 100 Å के आकार पर, केवल एक या दो अव्यवस्थाएं अनाज के अंदर फिट हो सकती हैं। अधिकांश सामग्रियों में इसका मतलब है कि 100 Å से नीचे के कण, क्योंकि बड़े नैनोकण आकार में, द्वितीयक अनाज की सीमाएँ उभरने लगती हैं। उदाहरण के लिए, SnOx जैसी सामग्रियों में, अनाज की सीमा उभरने के लिए महत्वपूर्ण आकार 70 Å है।

यह आकार महत्वपूर्ण क्यों है?

ग्रेन सीमाएँ क्रिस्टल संरचना में दो-आयामी दोष हैं जो किसी सामग्री की विद्युत और तापीय चालकता को कम करते हैं। अधिकांश ग्रेन सीमाएँ संक्षारण की शुरुआत के लिए पसंदीदा स्थान हैं।

ग्रेन सीमाएँ अव्यवस्थाओं के लिए दुर्गम सीमाएँ हैं और एक नैनोकण के भीतर अव्यवस्थाओं की संख्या इस बात को प्रभावित करती है कि आसन्न ग्रेन में तनाव कैसे बनता है, अंततः अव्यवस्था स्रोतों को सक्रिय करता है और इस प्रकार पड़ोसी ग्रेन में भी विरूपण को सक्षम करता है।

एंगस्ट्रॉम कण के आकार को कम करके, कोई व्यक्ति ग्रेन सीमा पर जमा होने वाले अव्यवस्थाओं की संख्या को प्रभावित कर सकता है और इसकी उपज शक्ति को बढ़ा सकता है, यानी विरूपण शुरू होने से पहले एंगस्ट्रॉम कण द्वारा सहन किया जाने वाला अधिकतम तनाव।

इस महत्वपूर्ण आकार का एक उदाहरण SnOx के साथ देखा जाता है, जो बैटरी के लिए सबसे अधिक खोजी गई एनोड सामग्री है। ~ 27 Å (2.7 एनएम) के बोहर त्रिज्या के साथ इसका मतलब है कि 50 Å (5 एनएम) से कम व्यास वाले क्वांटम-सीमित SnOx विरूपण/चूर्णीकरण के लिए प्रबलित प्रतिरोध और काफी व्यापक बैटरी जीवन के प्रावधान के लिए SnOx-आधारित एनोड के लिए सबसे उपयुक्त होंगे।