Solid-state silicon battery
سالڈ اسٹیٹ سلکان بیٹری یا سلکان انوڈ آل سالڈ اسٹیٹ بیٹری ایک قسم کی ریچارج ایبل لتیم آئن بیٹری ہے جو ٹھوس الیکٹرولائٹ، ٹھوس کیتھوڈ، اور سلکان پر مبنی ٹھوس انوڈ پر مشتمل ہوتی ہے۔ ٹھوس ریاست سلکان بیٹریوں میں، لتیم آئن ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ کے ذریعے مثبت کیتھوڈ سے منفی سلکان انوڈ تک سفر کرتے ہیں۔ اگرچہ لتیم آئن بیٹریوں کے لیے سلکان انوڈس کا مطالعہ کیا گیا ہے، لیکن مائع الیکٹرولائٹس کے ساتھ عمومی مطابقت نہ ہونے کی وجہ سے انہیں بڑے پیمانے پر ناقابل عمل قرار دیا گیا۔ 2021 میں ہونے والی پیشرفتوں سے پتہ چلتا ہے کہ سالڈ اسٹیٹ سلکان لتیم آئن بیٹریاں ممکن ہیں، اور بہت سے فرضی فوائد پیش کرتی ہیں۔ ٹھوس الیکٹرولائٹس انوڈ کے ساتھ زیادہ آسانی سے انٹرفیس کرتے ہیں۔ یہ بیٹریاں کم توانائی گھنے مواد کے بجائے سلکان کے استعمال کی وجہ سے دیگر ٹھوس حالت والی بیٹریوں سے مختلف ہیں۔ سلیکن کے ساتھ کام کرنا مشکل ہے کیونکہ یہ لیتھی ایشن کے دوران 300% پر پھیلتا ہے (جسے لیتھیم انٹرکلیشن بھی کہا جاتا ہے)۔ یہ دوسری بڑی مشکل میں معاون ہے: بیٹری کے اندر تعمیر کی وجہ سے لیتھیم کا نقصان۔ لتیم آئن بیٹریاں پہلی بار 1949 کے فرانسیسی پیٹنٹ میں تجویز کی گئیں۔ تحقیق و ترقی کا آغاز 1960 کی دہائی میں ہوا۔ ان بیٹریوں نے ابتدائی طور پر نامیاتی مائع الیکٹرولائٹس کا استعمال کیا، جن کو دو اہم مسائل کا سامنا کرنا پڑا: نامیاتی الیکٹرولائٹس اور لتیم دھات ایک ساتھ غیر مستحکم تھے، اور سائیکلنگ کے دوران ڈینڈرائٹس بڑھے، جو شارٹ سرکٹس کا باعث بن سکتے ہیں۔ 1980 کی دہائی میں، دو حل تجویز کیے گئے تھے: لیتھیم کو کسی دوسرے مواد سے تبدیل کریں، ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال کریں۔ ان میں سے دوسرے میں تحقیق پہلی ریچارج ایبل آل سالڈ اسٹیٹ لتیم میٹل بیٹریوں کا باعث بنی۔ لیب پروٹو ٹائپ سلکان-انوڈ سالڈ اسٹیٹ بیٹری یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو کے انجینئروں اور ایل جی انرجی سولیوشنز کے محققین کے درمیان تعاون سے تیار کی گئی تھی۔ ٹھوس الیکٹرولائٹ اور مائکروسیلیکن لیٹس الیکٹروڈ کو یکجا کرنے کی کوششوں نے اعلی توانائی کی کثافت، سینکڑوں چارجنگ سائیکلوں پر کم صلاحیت کا انحطاط، اور کم چارجنگ درجہ حرارت حاصل کیا۔ سلیکن بمقابلہ لتیم سلیکن انوڈس میں 4200 ایم اے ایچ/جی کی نظریاتی مخصوص توانائی ہوتی ہے، جو گریفائٹ انوڈس والی لتیم آئن بیٹریوں کے 372 ایم اے ایچ/جی سے 10 گنا زیادہ ہے۔ تاہم، وہ مائع الیکٹرولائٹس میں انحطاط پذیر ہوتے ہیں اور توانائی کی منتقلی کے دوران توسیع اور سنکچن کے مسائل کا سامنا کرتے ہیں۔ ان مسائل کو کم کرنے کی کوششوں میں زیادہ مستحکم مواد کے لیے کچھ مخصوص توانائی کی قربانی دے کر انوڈ کی ساخت کو تبدیل کرنا شامل ہے۔ مائع الیکٹرولائٹس کے مسائل کو کم کرنے کی دیگر کوششوں میں زیادہ موثر انٹرفیسنگ کے لیے الیکٹرولائٹ کو ایڈجسٹ کرنا شامل ہے۔ سلکان کے ساتھ سب سے بڑا مسئلہ انوڈ میں لتیم آئنوں کا پھنسنا ہے۔ مشکلات کی وجہ سے، تجارتی ایپلی کیشنز کو چھوڑ دیا گیا تھا۔ ڈیزائن یو سی ایس ڈی/ایل جی انرجی سولیوشنز یہ ٹیکنالوجی مستحکم کرنے اور 99.9% وزن μSi انوڈ کے استعمال کی اجازت دینے کے لیے سلفیٹ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس (SSE) کا استعمال کرتی ہے۔ یہ لیتھی ایشن اور لیتھیم ڈینڈرائیٹ کی نشوونما کے دوران سلکان انوڈ کی حجم کی تبدیلیوں کو محدود کرتا ہے۔ کیتھوڈ لیتھیم نکل کوبالٹ مینگنیز آکسائیڈ ہے۔ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ کا استعمال الیکٹرولائٹ کے ساتھ μSi کے رابطے کو ایک چپٹی، ٹھوس سطح تک کم کر دیتا ہے۔ یہ لی-سی کے پھیلاؤ کو زیادہ قابل واپسی بناتا ہے۔ غیر دھاتی لتیم ماخذ کا استعمال اس اعلی درجہ حرارت کو ختم کرتا ہے جو دھاتی لتیم بیٹریوں کو چارج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ انٹرفیس کم چارجنگ درجہ حرارت اور بہتر انٹرفیس کی اجازت دینے کے لیے، بیٹری μSi | |SSE | |lithium-نکل-کوبالٹ-مینگنیز آکسائڈ (NCM811-LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) کا استعمال کرتی ہے۔ اگرچہ مائع الیکٹرولائٹ بیٹریوں میں الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان سہ جہتی رابطہ ہوتا ہے، لیکن سلکان اتنا کنڈکٹو ہوتا ہے کہ ایک ہی سطح کے رابطے کی اجازت دیتا ہے۔ لتیم انٹرکلیشن کی وجہ سے ہونے والی حجم کی تبدیلی کے دوران ایس ایس ای اور ایم یو ایس آئی الیکٹروڈ کا انٹرفیس ایک ہی طیارہ رہتا ہے۔ ایک واحد طیارہ کثیر زاویے والے انٹرفیس کو روکتا ہے جو بصورت دیگر ساختی ناکامی کا سبب بنتا ہے۔ انوڈ عام لتیم آئن بیٹریاں موجودہ سلکان مرکب کے لیے وزن کے لحاظ سے 20 اور 40 فیصد کے درمیان کاربن پر مشتمل انوڈ کا استعمال کرتی ہیں۔ یہ مکمل طور پر گریفائٹ ہو سکتا ہے، یا اس کے بجائے کاربن ایڈیٹیوز کا استعمال کر سکتا ہے۔ این سی ایم 811 کو کیتھوڈ کے طور پر استعمال کرنے والے ایک ٹیسٹ میں کاربن انوڈ کا ابتدائی وولٹیج سطح مرتفع 2.5 وی تھا۔ اسی ٹیسٹ میں سلکان انوڈ کا ابتدائی وولٹیج سطح مرتفع 3.5 وی تھا۔ کاربن کے بغیر انوڈ کا استعمال ایس ایس ای کو الیکٹرو کیمیکل سڑنے سے روکنے کے لیے ضروری ہے۔ کاربن انوڈ بھی ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس کی تعمیر کا سبب بنا، جو الیکٹرولائٹ سڑنے کا ایک ناپسندیدہ نتیجہ ہے۔ کاربن سے پاک بیٹری میں، ایس ای آئی تیزی سے مستحکم ہو گیا۔ لتیم فاسفورس سلفایٔڈ کلورایٔڈ کم رد عمل والی مصنوعات بناتا ہے۔ سلکان آل سولڈ اسٹیٹ بیٹریوں کے ساتھ سب سے اہم مسئلہ وقت کے ساتھ بیٹری میں بجلی کے نقصان کو کم کرنا ہے، جو اس کی زندگی کو محدود کرتا ہے۔ حوالہ جات الیکٹرانکس