ஆகஸ்ட் 21 ஆம் தேதி, சீன அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தின் (USTC) பேராசிரியர் எம்.ஏ. செங் மற்றும் அவரது கூட்டுப்பணியாளர்கள், அடுத்த தலைமுறை திட-நிலை Li பேட்டரிகளின் வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்தும் மின்முனை-மின்முனை தொடர்பு சிக்கலைத் தீர்க்க ஒரு பயனுள்ள உத்தியை முன்மொழிந்தனர். இந்த வழியில் உருவாக்கப்பட்ட திட-திட கூட்டு மின்முனை விதிவிலக்கான திறன்களையும் விகித செயல்திறனையும் வெளிப்படுத்தியது.
வழக்கமான லி-அயன் பேட்டரிகளில் உள்ள கரிம திரவ எலக்ட்ரோலைட்டை திட எலக்ட்ரோலைட்டுகளால் மாற்றுவது பாதுகாப்பு சிக்கல்களை பெரிதும் குறைக்கும், மேலும் ஆற்றல் அடர்த்தி மேம்பாட்டிற்கான "கண்ணாடி உச்சவரம்பை" உடைக்க வாய்ப்புள்ளது. இருப்பினும், பிரதான மின்முனை பொருட்களும் திடப்பொருட்களே. இரண்டு திடப்பொருட்களுக்கு இடையிலான தொடர்பு திட மற்றும் திரவத்திற்கு இடையிலான தொடர்பைப் போல நெருக்கமாக இருப்பது கிட்டத்தட்ட சாத்தியமற்றது என்பதால், தற்போது திட எலக்ட்ரோலைட்டுகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட பேட்டரிகள் பொதுவாக மோசமான மின்முனை-எலக்ட்ரோலைட் தொடர்பையும் திருப்தியற்ற முழு-செல் செயல்திறனையும் வெளிப்படுத்துகின்றன.
"திட-நிலை பேட்டரிகளின் எலக்ட்ரோடு-எலக்ட்ரோலைட் தொடர்பு சிக்கல் ஒரு மர பீப்பாயின் மிகக் குறுகிய தண்டு போன்றது" என்று ஆய்வின் முதன்மை ஆசிரியரான USTC இன் பேராசிரியர் எம்.ஏ. செங் கூறினார். "உண்மையில், இந்த ஆண்டுகளில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கனவே பல சிறந்த எலக்ட்ரோடுகள் மற்றும் திட எலக்ட்ரோலைட்டுகளை உருவாக்கியுள்ளனர், ஆனால் அவற்றுக்கிடையேயான மோசமான தொடர்பு இன்னும் லி-அயன் போக்குவரத்தின் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது."
அதிர்ஷ்டவசமாக, MA-வின் உத்தி இந்த வலிமையான சவாலை சமாளிக்கக்கூடும். பெரோவ்ஸ்கைட்-கட்டமைக்கப்பட்ட திட எலக்ட்ரோலைட்டில் ஒரு மாசு கட்டத்தின் அணு-அணு ஆய்வு மூலம் இந்த ஆய்வு தொடங்கியது. படிக அமைப்பு தூய்மையற்ற தன்மைக்கும் திட எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும் இடையில் பெரிதும் வேறுபட்டிருந்தாலும், அவை எபிடாக்சியல் இடைமுகங்களை உருவாக்குவதைக் காண முடிந்தது. விரிவான கட்டமைப்பு மற்றும் வேதியியல் பகுப்பாய்வுகளின் தொடருக்குப் பிறகு, அதிக திறன் கொண்ட லி-நிறைந்த அடுக்கு மின்முனைகளுடன் தூய்மையற்ற கட்டம் ஐசோஸ்ட்ரக்சரல் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்தனர். அதாவது, ஒரு முன்மாதிரி திட எலக்ட்ரோலைட் உயர் செயல்திறன் கொண்ட மின்முனையின் அணு கட்டமைப்பால் உருவாக்கப்பட்ட "வார்ப்புருவில்" படிகமாக்க முடியும், இதன் விளைவாக அணு ரீதியாக நெருக்கமான இடைமுகங்கள் உருவாகின்றன.
"இது உண்மையிலேயே ஒரு ஆச்சரியம்," என்று தற்போது USTC பட்டதாரி மாணவரான முதல் எழுத்தாளர் LI ஃபுஷென் கூறினார். "பொருளில் அசுத்தங்கள் இருப்பது உண்மையில் மிகவும் பொதுவான ஒரு நிகழ்வு, பெரும்பாலான நேரங்களில் அவை புறக்கணிக்கப்படும் அளவுக்கு பொதுவானது. இருப்பினும், அவற்றை உன்னிப்பாகக் கவனித்த பிறகு, இந்த எதிர்பாராத எபிடாக்சியல் நடத்தையை நாங்கள் கண்டுபிடித்தோம், மேலும் இது திட-திட தொடர்பை மேம்படுத்துவதற்கான எங்கள் உத்தியை நேரடியாக ஊக்கப்படுத்தியது."
பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படும் குளிர்-அழுத்த அணுகுமுறையுடன் ஒப்பிடும்போது, ஆராய்ச்சியாளர்களால் முன்மொழியப்பட்ட உத்தியானது, அணு-தெளிவுத்திறன் கொண்ட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி படத்தில் பிரதிபலிக்கும் வகையில், அணு அளவில் திட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையே முழுமையான, தடையற்ற தொடர்பை உணர முடியும். (MA குழுவால் வழங்கப்பட்டது.)
கவனிக்கப்பட்ட நிகழ்வைப் பயன்படுத்தி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் வேண்டுமென்றே பெரோவ்ஸ்கைட்-கட்டமைக்கப்பட்ட திட எலக்ட்ரோலைட்டின் அதே கலவையுடன் அமார்ஃபஸ் பொடியை லி-நிறைந்த அடுக்கு சேர்மத்தின் மேற்பரப்பில் படிகமாக்கினர், மேலும் ஒரு கூட்டு மின்முனையில் இந்த இரண்டு திடப் பொருட்களுக்கும் இடையே முழுமையான, தடையற்ற தொடர்பை வெற்றிகரமாக உணர்ந்தனர். மின்முனை-எலக்ட்ரோலைட் தொடர்பு பிரச்சினை தீர்க்கப்பட்டவுடன், அத்தகைய திட-திட கலப்பு மின்முனை ஒரு திட-திரவ கலப்பு மின்முனையிலிருந்து ஒப்பிடக்கூடிய விகித திறனை வழங்கியது. மிக முக்கியமாக, இந்த வகையான எபிடாக்சியல் திட-திட தொடர்பு பெரிய லட்டு பொருத்தமின்மைகளைத் தாங்கக்கூடும் என்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர், இதனால் அவர்கள் முன்மொழிந்த உத்தி பல பெரோவ்ஸ்கைட் திட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் அடுக்கு மின்முனைகளுக்கும் பொருந்தும்.
"இந்த வேலை பின்பற்றத் தகுந்த ஒரு திசையை சுட்டிக்காட்டியது," என்று எம்.ஏ கூறினார். "இங்கே எழுப்பப்பட்ட கொள்கையை மற்ற முக்கியமான பொருட்களுக்குப் பயன்படுத்துவது இன்னும் சிறந்த செல் செயல்திறன் மற்றும் மிகவும் சுவாரஸ்யமான அறிவியலுக்கு வழிவகுக்கும். நாங்கள் அதை எதிர்நோக்குகிறோம்."
ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்தத் திசையில் தங்கள் ஆய்வைத் தொடரவும், முன்மொழியப்பட்ட உத்தியை மற்ற உயர்-திறன், உயர்-ஆற்றல் கொண்ட கேத்தோட்களுக்கும் பயன்படுத்த விரும்புகிறார்கள்.
இந்த ஆய்வு, "லி பேட்டரிகளுக்கான திட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையேயான அணு ரீதியாக நெருக்கமான தொடர்பு" என்ற தலைப்பில் செல் பிரஸ்ஸின் முதன்மை இதழான மேட்டரில் வெளியிடப்பட்டது. முதல் ஆசிரியர் USTC இன் பட்டதாரி மாணவரான LI ஃபுஜென் ஆவார். பேராசிரியர் எம்ஏ செங்கின் ஒத்துழைப்பாளர்களில் சிங்குவா பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் நான் சி-வென் மற்றும் ஏம்ஸ் ஆய்வகத்தைச் சேர்ந்த டாக்டர் ஜு லின் ஆகியோர் அடங்குவர்.
(வேதியியல் மற்றும் பொருள் அறிவியல் பள்ளி)
காகித இணைப்பு: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
இடுகை நேரம்: ஜூன்-03-2019