Solid-state silicon battery
திட-நிலை சிலிக்கான் மின்கலம் அல்லது சிலிக்கான்-அனோட் அனைத்து-திட-நிலை மின்கலம் என்பது திடமான எலக்ட்ரோலைட், திடமான கேத்தோடு மற்றும் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான திட அனோட் ஆகியவற்றைக் கொண்ட ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய லித்தியம்-அயன் மின்கலன் வகையாகும். திட நிலை சிலிக்கான் மின்கலன்களில், லித்தியம் அயனிகள் ஒரு திட எலக்ட்ரோலைட் வழியாக ஒரு நேர்மறை கேத்தோடில் இருந்து எதிர்மறை சிலிக்கான் அனோடுக்கு பயணிக்கின்றன. லித்தியம்-அயன் மின்கலன்களுக்கான சிலிக்கான் அனோட்கள் ஆய்வு செய்யப்பட்டிருந்தாலும், திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளுடன் பொதுவான பொருந்தாத தன்மை காரணமாக அவை பெரும்பாலும் சாத்தியமற்றவை என்று நிராகரிக்கப்பட்டன. 2021 ஆம் ஆண்டின் வளர்ச்சிகள் திட-நிலை சிலிக்கான் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் சாத்தியம் என்பதைக் காட்டுகின்றன, மேலும் பல கருதுகோள் நன்மைகளை வழங்குகின்றன. திடமான எலக்ட்ரோலைட்டுகள் அனோடுடன் எளிதில் இடைமுகப்படுத்தப்படுகின்றன. குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியான பொருட்களுக்கு பதிலாக சிலிக்கானைப் பயன்படுத்துவதால் இந்த மின்கலன்கள் மற்ற திட-நிலை மின்கலன்களிலிருந்து வேறுபடுகின்றன. சிலிக்கானுடன் வேலை செய்வது கடினம், ஏனெனில் இது லித்தியேஷனின் போது 300% க்கு மேல் விரிவடைகிறது (லித்தியம் இன்டர்கலேஷன் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது). இது மற்ற பெரிய சிக்கலுக்கு பங்களிக்கிறதுஃ பேட்டரிக்குள் கட்டமைக்கப்படுவதால் ஏற்படும் லித்தியம் இழப்பு. லித்தியம்-அயன் மின்கலன்கள் முதன்முதலில் 1949 ஆம் ஆண்டு பிரெஞ்சு காப்புரிமையில் முன்மொழியப்பட்டன. 1960களில் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு தொடங்கியது. இந்த மின்கலன்கள் ஆரம்பத்தில் கரிம திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளைப் பயன்படுத்தின, அவை இரண்டு முக்கிய சிக்கல்களை எதிர்கொண்டனஃ கரிம எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் லித்தியம் உலோகம் ஒன்றாக நிலையற்றவை, மேலும் சைக்கிள் ஓட்டும் போது டென்ட்ரைட்டுகள் வளர்ந்தன, இது குறுகிய சுற்றுகளுக்கு வழிவகுக்கும். 1980 களில், இரண்டு தீர்வுகள் முன்மொழியப்பட்டனஃ லித்தியத்தை வேறு சில பொருட்களுடன் மாற்றவும், திடமான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தவும். இவற்றில் இரண்டாவது ஆராய்ச்சி முதல் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய அனைத்து திட-நிலை லித்தியம் உலோக பேட்டரிகளுக்கு வழிவகுத்தது. கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகம், சான் டியாகோவின் பொறியாளர்கள் மற்றும் எல்ஜி எனர்ஜி சொல்யூஷன்ஸ் ஆராய்ச்சியாளர்களின் ஒத்துழைப்பால் ஒரு ஆய்வக முன்மாதிரி சிலிக்கான்-அனோட் திட-நிலை பேட்டரி உருவாக்கப்பட்டது. திடமான எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் மைக்ரோசிலிகான் லட்டிஸ் எலக்ட்ரோடை இணைக்கும் முயற்சிகள் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி, நூற்றுக்கணக்கான சார்ஜிங் சுழற்சிகளில் குறைந்த திறன் சீரழிவு மற்றும் குறைந்த சார்ஜிங் வெப்பநிலையை அடைந்தன. சிலிக்கான் மற்றும் லித்தியம் சிலிக்கான் அனோட்கள் 4200 எம்ஏஎச்/ஜி என்ற கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன, இது கிராஃபைட் அனோடுகளுடன் கூடிய லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் 372 எம்ஏஎச்/ஜி ஐ விட 10 மடங்கு அதிகமாகும். இருப்பினும், அவை திரவ எலக்ட்ரோலைட்களில் சிதைந்து ஆற்றல் பரிமாற்றத்தின் போது விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கத்துடன் பிரச்சினைகளை எதிர்கொள்கின்றன. இந்த சிக்கல்களைத் தணிப்பதற்கான முயற்சிகள் மிகவும் நிலையான பொருட்களுக்காக சில குறிப்பிட்ட ஆற்றலை தியாகம் செய்வதன் மூலம் அனோடின் கட்டமைப்பை மாற்றுவதை உள்ளடக்கியது. திரவ மின்னாற்பகுப்புகளுடனான சிக்கல்களைத் தணிப்பதற்கான பிற முயற்சிகள் மின்னாற்பகுப்பை மிகவும் திறமையான இடைமுகத்திற்காக சரிசெய்வதை உள்ளடக்கியது. சிலிக்கானின் மிகப்பெரிய சிக்கல் அனோடில் லித்தியம் அயனிகள் சிக்கிக் கொள்வது ஆகும். சிக்கல்கள் காரணமாக, வணிக பயன்பாடுகள் அனைத்தும் கைவிடப்பட்டன. வடிவமைப்பு யுசிஎஸ்டி/எல்ஜி ஆற்றல் தீர்வுகள் இந்த தொழில்நுட்பம் சல்பேட் திட-நிலை எலக்ட்ரோலைட்டுகளை (எஸ்எஸ்இ) பயன்படுத்துகிறது மற்றும் ஒரு 99.9% எடை மியூசி அனோடைப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது. இது லித்தியேஷன் மற்றும் லித்தியம் டென்ட்ரைட் வளர்ச்சியின் போது சிலிக்கான் அனோடில் ஏற்படும் அளவீட்டு மாற்றங்களை கட்டுப்படுத்துகிறது. கேத்தோடு என்பது லித்தியம் நிக்கல் கோபால்ட் மாங்கனீசு ஆக்சைடு ஆகும். திட-நிலை எலக்ட்ரோலைட்டின் பயன்பாடு எலக்ட்ரோலைட்டுடன் ஒரு தட்டையான, திடமான மேற்பரப்புக்கு μSi இன் தொடர்பைக் குறைக்கிறது. இது லி-சி பரவுவதை மேலும் மீளக்கூடியதாக ஆக்குகிறது. உலோகம் அல்லாத லித்தியம் மூலத்தைப் பயன்படுத்துவது உலோக லித்தியம் பேட்டரிகள் சார்ஜ் செய்ய வேண்டிய அதிக வெப்பநிலையை நீக்குகிறது. இடைமுகம் குறைந்த சார்ஜிங் வெப்பநிலை மற்றும் சிறந்த இடைமுகத்தை அனுமதிக்க, பேட்டரி μSi | |SSE | |lithium-நிக்கல்-கோபால்ட்-மாங்கனீசு ஆக்சைடு (NCM811-LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) பயன்படுத்துகிறது. திரவ எலக்ட்ரோலைட் மின்கலன்கள் மின்முனைக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும் இடையில் முப்பரிமாண தொடர்பைக் கொண்டிருந்தாலும், சிலிக்கான் ஒரு ஒற்றைத் தொடர்பை அனுமதிக்கும் அளவுக்கு கடத்தும் திறன் கொண்டது. லித்தியம் இடைச்செருகல் காரணமாக ஏற்படும் அளவீட்டு மாற்றத்தின் போது SSE மற்றும் μSi மின்முனையின் இடைமுகம் ஒற்றை தளமாக உள்ளது. ஒரு ஒற்றை தளம் பல கோண இடைமுகங்களைத் தடுக்கிறது, இல்லையெனில் கட்டமைப்பு தோல்வியை ஏற்படுத்துகிறது. அனோட் வழக்கமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் தற்போதுள்ள சிலிக்கான் கலவைகளுக்கு 20 முதல் 40 சதவீதம் வரை எடையுள்ள கார்பனைக் கொண்ட அனோடைப் பயன்படுத்துகின்றன. இது முற்றிலும் கிராஃபைட்டாக இருக்கலாம் அல்லது அதற்கு பதிலாக கார்பன் சேர்க்கைகளைப் பயன்படுத்தலாம். NCM811 ஐ கேத்தோடாகப் பயன்படுத்தும் ஒரு சோதனையில், ஒரு கார்பன் அனோட் 2.5V இன் ஆரம்ப மின்னழுத்த பீடபூமியைக் கொண்டிருந்தது. அதே சோதனையில் சிலிக்கான் அனோட் 3.5V இன் ஆரம்ப மின்னழுத்த பீடபூமியைக் கொண்டிருந்தது. கார்பன் இல்லாத அனோடைப் பயன்படுத்துவது SSE மின் வேதியியல் சிதைவுக்கு உட்படுத்தப்படுவதைத் தடுக்க முக்கியம். கார்பன் அனோட் திடமான எலக்ட்ரோலைட் இன்டர்பேஸை உருவாக்குவதற்கும் காரணமாக அமைந்தது, இது எலக்ட்ரோலைட் சிதைவின் விரும்பத்தகாத விளைவாகும். கார்பன் இல்லாத மின்கலனில், எஸ். இ. ஐ விரைவாக நிலைநிறுத்தப்பட்டது. லித்தியம் பாஸ்பரஸ் சல்பைடு குளோரைடு குறைவான எதிர்வினை விளைபொருட்களை உருவாக்குகிறது. சிலிக்கான் அனைத்து திட-நிலை மின்கலன்களின் மிக முக்கியமான சிக்கல் காலப்போக்கில் மின்கலனில் ஏற்படும் சக்தி இழப்பைக் குறைப்பதாகும், இது அதன் வாழ்நாளைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. குறிப்புகள் மின்னணுவியல்