Fluoride battery
ஃப்ளோரைடு-அயன் மின்கலன்கள் (ஃப்ளோரைடு மின்கலன்கள் மற்றும் ஃப்ளோரைடு ஷட்டில் மின்கலன்கள்) அயனி சார்ஜ் கேரியர்களாக ஃப்ளோரைடு அயனிகளின் ஷட்டிலை அடிப்படையாகக் கொண்ட ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலன் தொழில்நுட்பமாகும். இந்த வகையான வேதியியல் 2010 களின் நடுப்பகுதியில் அதன் சுற்றுச்சூழல் நட்பு காரணமாக ஆர்வத்தை ஈர்த்தது, ஏனெனில் மின்முனைகள் கலவையில் புவியியல் ரீதியாக அழுத்தப்பட்ட கனிம வளங்கள் பற்றாக்குறையைத் தவிர்ப்பதால் (எ. கா. கோபால்ட் மற்றும் நிக்கல்) மற்றும் உயர் கோட்பாட்டு ஆற்றல் அடர்த்திகள். கூடுதலாக, உலோக பூச்சு மற்றும் அகற்றுதல் இல்லாததால், அதிக திறன் கொண்ட உலோக அனோட்கள் பயன்படுத்தப்பட்டால், அதிகரித்த பாதுகாப்பு, சுழற்சி மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு திறன் ஆகியவற்றுடன் டென்ட்ரைட்கள் உருவாக்கம் மிகக் குறைவு. கோட்பாட்டளவில், குறைந்த விலை மின்முனைகள் மற்றும் திரவ எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தும் ஒரு எஃப். பி. ~ 800 எம். ஏ. எச்/ஜி மற்றும் ~ 4800 டபிள்யூ. எச்/எல் வரை ஆற்றல் அடர்த்திகளைக் கொண்டிருக்கலாம். ஃவுளூரைடு-அயன் அடிப்படையிலான தொழில்நுட்பம் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது, மேலும் வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய சாதனங்கள் எதுவும் இல்லை. திரவ மின்னாற்பகுப்புகளில் வெற்று ஃவுளூரைடின் அதிக வினைத்திறன், அறை வெப்பநிலையில் திட-நிலை மின்னாற்பகுப்புகளின் குறைந்த ஃவுளூரைடு-அயனி அயனி கடத்துத்திறன் மற்றும் மாற்று வகை மின்முனைகளின் தொகுதி விரிவாக்கம் ஆகியவை உண்மையான செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்தும் முக்கிய சிக்கல்களாகும், அவை சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சைக்கிளிங்கின் போது செல் கூறுகளில் இயந்திர அழுத்தத்தை ஏற்படுத்துகின்றன, இது முன்கூட்டிய திறன் மங்குவதற்கு வழிவகுக்கிறது. மேற்கூறிய வரம்புகள் இருந்தபோதிலும், ஃவுளூரைடு-அயன் அடிப்படையிலான தொழில்நுட்பம் அடுத்த தலைமுறை மின் வேதியியல் சேமிப்பு தொழில்நுட்பத்திற்கான ஒரு வேட்பாளரைக் குறிக்கிறது. 1974 ஆம் ஆண்டில் ஃவுளூரைடு-அயன் ஷட்டிலிங் முன்மொழியப்பட்டது. 400 முதல் 500 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான வெப்பநிலையில் CaF2 இன் ஃவுளூரைடு அயனி கடத்துத்திறனில் பணிபுரியும் போது. 70 களுக்கும் 80 களின் முற்பகுதிக்கும் இடையில் ஆராய்ச்சி தொடர்ந்தது, அதிக வெப்பநிலையில் கனிம ஃவுளூரைடுகளின் ஃவுளூரைடு கடத்துத்திறன் பற்றிய பிற ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன, நடைமுறை பயன்பாடுகளில் ஒன்று 1976 இல் பொட்டாசியம் ஃவுளூரைடுடன் β-PbF2 ஊக்கமருந்து செய்யப்பட்டது. ஒரு கால்வனிக் செல்லில் ஒரு திட-நிலை எலக்ட்ரோலைட்டாக பயன்படுத்தப்படும்போது, இந்த பொருள் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்தை கோட்பாட்டிற்கு அருகில் அடைய அனுமதிக்கிறது, ஆனால் ஒரு சுமை பயன்படுத்தப்படும்போது மின்னோட்டத்தைத் தக்கவைக்க தவறிவிட்டது. 1980 களின் பிற்பகுதியில் ஃவுளூரைடு-அயன் ஷட்டிலிங் துறையில் சிறிய முன்னேற்றங்கள் செய்யப்பட்டன, வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய மின்கலன்கள், அதிக வேலை செய்யும் வெப்பநிலை (160 டிகிரி செல்சியஸ் வரை) மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட செல் ஆயுள் ஆகியவற்றுடன் ஒப்பிடுகையில், லாந்தனம், ஈயம் அல்லது செரியம் ஃவுளூரைடு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் திட-நிலை ஃவுளூரைடு கடத்தும் பொருட்களை திருப்தியற்ற வெளியேற்ற திறனுடன் பயன்படுத்தும் செல்கள் இருப்பதாக சில ஆய்வுகள் மட்டுமே தெரிவித்தன. எஃப். பி. க்கான உண்மையான போக்குகள் 2010 களின் நடுப்பகுதியில் இருந்து கவனத்தை ஈர்க்கத் தொடங்கின, இது ஆற்றல் மாற்றம் மற்றும் புதிய ஆற்றல் சேமிப்பு சாதனங்களின் தேவைகளால் உந்தப்பட்டது. திட மற்றும் திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகள் இரண்டிலும் மேம்பாடுகள் செய்யப்பட்டன. செயல்பாட்டுக் கோட்பாடு ஃவுளூரைடு மின்கலங்களின் வேதியியல் அனோட் பக்கத்தில் ஒரு மின்னாற்றல் உலோகத்தின் (எம் ') தலைகீழ் மின் வேதியியல் ஃவுளூரினேஷனை நம்பியுள்ளது, கேத்தோடு பக்கத்தில் மிகவும் உன்னதமான உலோக ஃவுளூரைடு (எம்எஃப்எக்ஸ்) செலவில். வெளியேற்றும் செயல்முறை காத்தோடில் (+) xe-+ MF _ {x}-> M + xF-அனோடில் (-) xF-+ M '-> xe-+ M' F _ {x} சார்ஜ் செயல்முறை காத்தோடில் (-) xe-+ M 'F _ {x}-> M' + xF-அனோடில் (+) xF-+ M-> xe-மின்முனைகள் மாற்று வகை மின்முனைகள் மாற்று வகை மின்முனைகள் மாற்று வகை மின்முனைகளில் நிகழும் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினை பொருளின் படிக கட்டமைப்பை மாற்றுகிறது, இந்த செயல்முறை பெரும்பாலும் பொருளின் அளவை இழக்கக்கூடிய துகள்களின் அளவின் பெரிய மாறுபாட்டிற்கு வழிவகுக்கிறது. மாற்று வகை மின்முனைகளின் ஒரு நன்மை என்னவென்றால், ஒரு ரெடாக்ஸ் மையத்திற்கு ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான் பரிமாற்றத்தை சுரண்டுவதற்கான சாத்தியம், குறிப்பிட்ட திறனை அதிகரிக்கிறது. இந்த வகுப்பில் சில எளிய உலோக மற்றும் இடைநிலை உலோக ஃவுளூரைடுகள் அடங்கும், அவை ஒரு மோலுக்கு இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான்களை பரிமாறிக்கொள்ள முடியும், அதாவது BiF3, Bi0.8Ba0.2F2.8, PbF2, FeF3, CuF2, கேத்தோடு பக்கத்தில் KBiF3 அல்லது அனோட் பக்கத்தில் Ca மற்றும் Mg. இன்டர்கலேஷன்-வகை இன்டர்கலேஷன்-வகை மின்முனைகளில், ஃவுளூரைடு அயனிகளை மின்முனையின் படிக ஜாலகத்தில் ஒரு காலியிடத்தில் அதன் கட்டமைப்பை மாற்றாமல் செருகலாம். இந்த விஷயத்தில், தொகுதி மாறுபாடு பெரிதும் குறைக்கப்பட்டு இந்த பொருட்கள் மிகவும் நிலையானதாக இருக்கும். இதற்கு மாறாக, ஒரு ரெடாக்ஸ் மையத்திற்கு எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் பொதுவாக ஒன்றுக்கு மட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, இது கிடைக்கக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறனைக் குறைக்கிறது. மின்னாற்பகுப்புகள் திரவ மின்னாற்பகுப்புகள் எஃப். பி. க்கான திரவ மின்னாற்பகுப்புகள் மின்முனைகளின் அளவீட்டு விரிவாக்கத்திலிருந்து எழும் சிக்கலுக்கு ஒரு தீர்வை வழங்கும், அதே நேரத்தில் இயக்க வெப்பநிலையைக் குறைப்பதற்கும், உள்ளார்ந்த அதிக அயனி இயக்கம் காரணமாக, இது அதிக அயனி கடத்துத்திறனை விளைவிக்கும். கனிம ஃவுளூரைடுகள் அடிப்படையிலான மின்னாற்பகுப்புகள் கரிம அடிப்படையிலான திரவ மின்னாற்பகுப்புகள் ஒரு கரிம அப்ரோடிக் கரைப்பானில் கார உலோக ஃவுளூரைடுகளைக் கரைப்பதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன, ஆனால் பொதுவான மின்கலன் மின்னாற்பகுப்பு கரைப்பான்களில் கனிம ஃவுளூரைடுகளின் குறைந்த கரைதிறன் மோசமான அயனி கடத்துத்திறனுக்கு வழிவகுக்கிறது. உப்புகளின் கரைதிறனை மேம்படுத்துவதற்கும், இதன் விளைவாக, அயனி கடத்துத்திறன், போரான் அடிப்படையிலான எதிர்மின் அயனி ஏற்பிகள் கரிமங்களில் உப்பு கரைதிறனை அதிகரிக்க பயன்படுத்தப்பட்டன, எடுத்துக்காட்டாக, ட்ரைஃபீனைல்போராக்ஸின்கள் மற்றும் ட்ரைஃபீனைல்போரேன்கள் உள்ளிட்ட பல்வேறு எதிர்மின் அயனி ஏற்பிகளுடன் டெட்ராகிலைமில் கரைந்த சீசியம் புளோரைடை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு எலக்ட்ரோலைட் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. கரிம ஃவுளூரைடுகள் அடிப்படையிலான மின்னாற்பகுப்புகள் கரிம அடிப்படையிலான திரவ மின்னாற்பகுப்புகள் முறையான கரிம அப்ரோடிக் கரைப்பான்களில் டெட்ரால்கிலமோனியம் உப்புகளைக் கரைப்பதன் மூலம் உருவாக்கப்பட்டன. முக்கிய பிரச்சினை என்னவென்றால், தீர்க்கப்படாத ஃவுளூரைடு-அயனின் உயர் நியூக்ளியோஃபிலிக் நடத்தை ஆகும், இது ஹாஃப்மேன் நீக்குதல் பொறிமுறையின் மூலம் அல்கைல் குழுக்களின் β-ஹைட்ரஜனுடன் எளிதில் வினைபுரிகிறது. ஒரு நிலையான கரிம அடிப்படையிலான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பெற, β-ஹைட்ரஜன் இல்லாத அம்மோனியம் உப்புகள் பயன்படுத்தப்பட்டு, N, N, N-ட்ரைமெத்தில்-N-நியோபென்டிலமோனியம் ஃவுளூரைடு அதிக செறிவில் ஓரளவு ஃவுளூரினேட்டட் ஈத்தரில் கரைக்கப்பட்டது. திடமான மின்னாற்பகுப்புகள் பொருட்களின் உள்ளார்ந்த சவால்கள் இருந்தபோதிலும், உண்மையில், பெரும்பாலான ஃவுளூரைடு கடத்தும் பொருட்கள் அதிக வெப்பநிலையில் (160 டிகிரி செல்சியஸ் வரை) கூட போதுமான அயனி கடத்துத்திறனை அடைகின்றன, இது வணிக பயன்பாட்டின் சாத்தியத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. மேலும், இந்த பொருட்களின் விறைப்பு மாற்று கேத்தோட்களின் அதிக அளவீட்டு விரிவாக்கத்தை சமாளிக்காது. டைசோனைட்-வகை அரிய-பூமி ஃவுளூரைடுகள் டைசோனைட்-வகை கட்டமைப்பைக் கொண்ட அரிய-பூமி ஃவுளூரைடுகள் (லா, சிஇ, எஸ்எம் மற்றும் எம் ஆகியவற்றில் ஆர்இ ஒரு அரிய-பூமியாக இருக்கும் ஆர்இ 1-எக்ஸ்எம்எக்ஸ்எஃப் 3-எக்ஸ், பா, சிஏ அல்லது எஸ்ஆர் போன்ற இரண்டாவது குழு உலோகமாகும்) அவற்றின் பரந்த மின் வேதியியல் நிலைத்தன்மை ஜன்னல்கள் காரணமாக, 4 வி எதிராக லி +/லி வரை ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, 2017 ஆம் ஆண்டில், இது ஒரு பந்து அரைக்கும் நுட்பமான பேரியம்-டோப் செய்யப்பட்ட லாந்தனம் புளோரைடு (எல். பி. எஃப்) மூலம் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது, இது அறை வெப்பநிலையில் சுமார் 10-5 எஸ் செமீ-1 அயனி கடத்துத்திறனை அடைகிறது, ஆனால் வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய லி-அயன் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்படும் வழக்கமான திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளை விட இன்னும் குறைவாக உள்ளது. அயனி கடத்துத்திறனைப் பொறுத்தவரை இதே போன்ற முடிவுகள் ஸ்ட்ரோண்டியம் புளோரைடு அல்லது கால்சியம்-டோப் செய்யப்பட்ட சமாரியம் புளோரைடுடன் செலுத்தப்பட்ட சீரியம் புளோரைடு மூலம் அடையப்பட்டன. அல்கலைன்-எர்த் ஃவுளூரைடுகளில், பேரியம்-டின் ஃவுளூரைடு (பி. ஏ. எஸ். என். எஃப் 4) அறை வெப்பநிலையில் அதன் ஒப்பீட்டளவில் அதிக அயனி கடத்துத்திறன் காரணமாக, 10-4 எஸ் செமீ-1 வரிசையில் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. அதிகரித்த அயனி கடத்துத்திறன் இருந்தபோதிலும், Sn2 + இன் குறைந்த மின் வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரம் உலோகங்களை அனோட்களாக குறைப்பதைத் தடுக்கிறது, அதிகபட்ச செல் ஆற்றலைக் குறைக்கிறது, இதன் விளைவாக ஆற்றல் அடர்த்தி குறைகிறது. 2019 ஆம் ஆண்டில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் பா. எஸ். என். எஃப் 4 இன் மின் வேதியியல் நிலைத்தன்மை சாளரங்களை விரிவுபடுத்தும் எல். பி. எஃப் இன் இடை அடுக்குடன் மூடப்பட்ட ஒரு பா. எஸ். என். எஃப் 4 திட எலக்ட்ரோலைட் மூலம் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய எஃப். பி. யைப் பெற்றனர். வணிக ரீதியான மின்கலன் வகைகளின் ஒப்பீடு மின்கலன் வகைகளின் பட்டியல் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய லித்தியம்-அயன் மின்கலன் குறிப்புகள் மின்கலன் வகைகள் வெளிப்புற இணைப்புகள்