Fluoride battery
فلورائڈ آئن بیٹریاں (فلورائڈ بیٹریاں اور فلورائڈ شٹل بیٹریاں) ریچارج ایبل بیٹری ٹیکنالوجی ہیں جو آئنک چارج کیریئر کے طور پر فلورائڈ آئنوں کے شٹل پر مبنی ہیں۔ اس قسم کی کیمسٹری 2010 کی دہائی کے وسط میں اپنی ماحولیاتی دوستی کی وجہ سے دلچسپی کو اپنی طرف متوجہ کرتی ہے، جس کی وجہ الیکٹروڈ کی ساخت میں جغرافیائی طور پر دباؤ والے معدنی وسائل کی کمی ہے (جیسے۔ کوبالٹ اور نکل) اور اعلی نظریاتی توانائی کی کثافت۔ اس کے علاوہ، چونکہ دھات کی چڑھانا اور اتارنا نہیں ہے، اس لیے اگر اعلی صلاحیت والے دھاتی انوڈس کا استعمال کیا جائے تو ڈینڈرائیٹس کی تشکیل بھی نہ ہونے کے برابر ہے، جس میں حفاظت، سائیکلبلٹی اور توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے۔ نظریاتی طور پر، کم لاگت والے الیکٹروڈ اور مائع الیکٹرولائٹ کا استعمال کرنے والے ایف بی میں توانائی کی کثافت ~ 800 ایم اے ایچ/جی اور ~ 4800 ڈبلیو ایچ/ایل تک ہو سکتی ہے۔ فلورائڈ آئن پر مبنی ٹیکنالوجی ترقی کے ابتدائی مرحلے میں ہے اور تجارتی طور پر کوئی آلات دستیاب نہیں ہیں۔ اصل کارکردگی کو محدود کرنے والے اہم مسائل مائع الیکٹرولائٹس میں ننگی فلورائڈ کی اعلی رد عمل، کمرے کے درجہ حرارت پر ٹھوس ریاست الیکٹرولائٹس کی کم فلورائڈ آئنک چالکتا اور تبادلوں کی قسم کے الیکٹروڈ کی حجم میں توسیع ہیں جو چارج خارج کرنے والی سائیکلنگ کے دوران سیل اجزاء پر مکینیکل دباؤ ڈالتے ہیں جس کی وجہ سے قبل از وقت صلاحیت ختم ہوجاتی ہے۔ مذکورہ بالا حدود کے باوجود، فلورائڈ آئن پر مبنی ٹیکنالوجی الیکٹرو کیمیکل اسٹوریج ٹیکنالوجی کی اگلی نسل کے لیے ایک امیدوار کی نمائندگی کرتی ہے۔ 1974 میں فلورائڈ آئن شٹلنگ کی تجویز پیش کی گئی تھی۔ جب کہ 400 سے 500 ڈگری سینٹی گریڈ تک کے درجہ حرارت پر CaF2 کی فلورائڈ آئنک چالکتا پر کام کیا جا رہا تھا۔ تحقیق 70 کی دہائی اور 80 کی دہائی کے اوائل کے درمیان جاری رہی جب اعلی درجہ حرارت پر غیر نامیاتی فلورائڈز کی فلورائڈ چالکتا کے بارے میں دیگر مطالعات کیے گئے، ان میں سے ایک عملی اطلاق 1976 میں پوٹاشیم فلورائڈ کے ساتھ β-PbF2 ڈوپنگ میں کیا گیا تھا۔ جب گالوینک سیل میں ٹھوس حالت الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تو یہ مواد نظریاتی وولٹیج کے قریب اوپن سرکٹ وولٹیج تک پہنچنے کی اجازت دیتا ہے، لیکن جب بوجھ لگایا جاتا ہے تو کرنٹ کو برقرار رکھنے میں ناکام رہتا ہے۔ 1980 کی دہائی کے آخر میں فلورائڈ آئن شٹلنگ کے میدان میں بہت کم پیش رفت ہوئی، صرف چند مطالعات میں تجارتی طور پر دستیاب بیٹریوں، اعلی کام کرنے والے درجہ حرارت (160 ڈگری سینٹی گریڈ تک) اور محدود سیل لائف کے مقابلے میں غیر تسلی بخش خارج ہونے والی صلاحیت کے ساتھ لینتھانم، لیڈ یا سیریم فلورائڈ پر مبنی ٹھوس ریاست فلورائڈ کنڈکٹو مواد کا استعمال کرتے ہوئے کام کرنے والے خلیات کی اطلاع دی گئی۔ ایف بی کے حقیقی رجحانات نے 2010 کی دہائی کے وسط سے توجہ مبذول کروانا شروع کر دی، جو توانائی کی منتقلی اور توانائی ذخیرہ کرنے والے نئے آلات کی ضروریات سے کارفرما ہیں۔ ٹھوس اور مائع دونوں الیکٹرولائٹس میں بہتری لائی گئی۔ کام کرنے کا اصول فلورائڈ بیٹریوں کی کیمسٹری کیتھوڈ سائیڈ پر زیادہ عمدہ دھاتی فلورائڈ (MFx) کی قیمت پر انوڈ سائیڈ پر الیکٹروپوزیٹیو میٹل (M ') کے ریورسیبل الیکٹرو کیمیکل فلورینیشن پر انحصار کرتی ہے۔ خارج ہونے کا عمل کیتھوڈ میں (+) xe ^-+ MF _ {x}-> M + xF-انوڈ پر (-) xF ^-+ M '-> xe ^-+ M' F _ {x} چارج عمل کیتھوڈ میں (-) xe ^-+ M 'F _ {x}-> M' + xF-انوڈ پر (+) xF ^-+ M-> xe ^-+ MF _ {x} الیکٹروڈ تبادلوں کی قسم کے الیکٹروڈ تبادلوں کی قسم کے الیکٹروڈ میں تبدیلی-قسم کے الیکٹروڈ میں ریڈوکس رد عمل جو واقع ہوتا ہے وہ مادے کے کرسٹل ڈھانچے کو ہی تبدیل کر دیتا ہے، یہ عمل اکثر ذرات کے حجم میں ایک بڑی تبدیلی کا باعث بنتا ہے جس سے مواد کو نقصان پہنچ سکتا ہے۔ کنورژن قسم کے الیکٹروڈ کا ایک فائدہ یہ ہے کہ فی ریڈوکس سینٹر میں ایک سے زیادہ الیکٹران ٹرانسفر کا استحصال کرنے کا امکان ہے، جس سے مخصوص صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس کلاس میں کچھ سادہ دھات اور منتقلی دھاتی فلورائڈز شامل ہیں، جو فی مول دو یا زیادہ الیکٹرانوں کا تبادلہ کر سکتے ہیں، جیسے BiF3، Bi0.8Ba0.2F2.8، PbF2، FeF3، CuF2، KBiF3 کیتھوڈ سائیڈ پر یا انوڈ سائیڈ پر Ca اور Mg۔ انٹرکلیشن ٹائپ الیکٹروڈ میں، فلورائڈ آئنوں کو الیکٹروڈ میٹریل کے کرسٹل لیٹس میں خالی جگہ میں اس کی ساخت کو تبدیل کیے بغیر ڈالا جا سکتا ہے۔ اس صورت میں، حجم میں تغیر بہت کم ہو جاتا ہے جس سے یہ مواد زیادہ مستحکم ہو جاتا ہے۔ اس کے برعکس، فی ریڈوکس سینٹر الیکٹران کی منتقلی عام طور پر ایک تک محدود ہوتی ہے، جس سے دستیاب مخصوص صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ الیکٹرولائٹس مائع الیکٹرولائٹس ایف بی کے لیے مائع الیکٹرولائٹس الیکٹروڈ کی حجم کی توسیع سے پیدا ہونے والے مسئلے کا حل پیش کریں گے اور ساتھ ہی ساتھ آپریٹنگ درجہ حرارت میں کمی، اندرونی اعلی آئن نقل و حرکت کی وجہ سے، جس کے نتیجے میں اعلی آئن چالکتا ہوتی ہے۔ غیر نامیاتی فلورائڈز پر مبنی الیکٹرولائٹس غیر نامیاتی پر مبنی مائع الیکٹرولائٹس ایک نامیاتی اپروٹک سالوینٹ میں الکالی دھاتی فلورائڈز کو تحلیل کرکے بنائے جاتے ہیں لیکن عام بیٹری الیکٹرولائٹس سالوینٹس میں غیر نامیاتی فلورائڈز کی کم گھلنشیلتا ناقص آئنک چالکتا کا باعث بنتی ہے۔ نمک کی گھلنشیلتا کو بڑھانے کے لیے، اور اس کے نتیجے میں، آئنک چالکتا، بوران پر مبنی آئن قبولیت کو نامیاتی میں نمک کی گھلنشیلتا کو بڑھانے کے لیے استعمال کیا گیا، مثال کے طور پر، سیزیم فلورائڈ پر مبنی ایک الیکٹرولائٹ جو ٹیٹراگلیم میں مختلف آئن قبولیت کے ساتھ تحلیل ہوتا ہے، بشمول ٹرائیفینیل بوراکسینز اور ٹرائیفینیل بوران دریافت کیے گئے۔ نامیاتی فلورائڈز پر مبنی الیکٹرولائٹس نامیاتی پر مبنی مائع الیکٹرولائٹس کو مناسب نامیاتی اپروٹک سالوینٹس میں ٹیٹراالکیلامونیم نمکیات کو تحلیل کرکے تیار کیا گیا تھا۔ اہم مسئلہ غیر حل شدہ فلورائڈ آئن کا اعلی نیوکلیوفیلک طرز عمل ہے جو ہوفمین کے خاتمے کے طریقہ کار کے ذریعے الکائل گروپوں کے β-ہائیڈروجن کے ساتھ آسانی سے رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ مستحکم نامیاتی پر مبنی الیکٹرولائٹ حاصل کرنے کے لیے، β-ہائیڈروجن کے بغیر امونیم نمکیات کو استعمال کیا گیا اور جزوی طور پر فلورینیٹڈ ایتھر میں زیادہ ارتکاز پر تحلیل ہونے والے N، N، N-trymethyl-N-Neopentylamonium فلورائڈ کی جانچ کی گئی۔ ٹھوس الیکٹرولائٹس مواد کے اندرونی چیلنجوں کے باوجود، حقیقت میں، زیادہ تر فلورائڈ چلانے والے مواد اعلی درجہ حرارت (160 ڈگری سینٹی گریڈ تک) پر بھی ناکافی آئنک چالکتا حاصل کرتے ہیں جو تجارتی استعمال کے امکان کو محدود کرتے ہیں۔ مزید برآں، ان مواد کی سختی تبادلوں کے کیتھوڈز کی اعلی حجم کی توسیع کا مقابلہ نہیں کرتی ہے۔ ٹائسنائٹ قسم کے نایاب زمین فلورائڈز ٹائسنائٹ قسم کی ساخت کے ساتھ نایاب زمین فلورائڈز (RE1-xMxF3-x جہاں RE لا، سی، ایس ایم، اور ایم کے درمیان ایک نایاب زمین ہے، با، سی اے، یا ایس آر کی طرح دوسرا گروپ دھات ہے) کا مطالعہ کیا گیا ہے، کیونکہ ان کی وسیع برقی کیمیائی استحکام کی کھڑکیاں، 4 V بمقابلہ Li +/Li تک ہیں۔ مثال کے طور پر، 2017 میں، بال ملنگ تکنیک، بیریوم ڈوپڈ لینتھانم فلورائڈ (ایل بی ایف) کے ساتھ اس کی ترکیب کی گئی، جو کمرے کے درجہ حرارت پر تقریبا 10-5 S سینٹی میٹر-1 کی آئنک چالکتا تک پہنچتی ہے لیکن پھر بھی تجارتی طور پر دستیاب لی آئن بیٹریوں میں استعمال ہونے والے روایتی مائع الیکٹرولائٹس سے کم ہے۔ آئنک چالکتا کے لحاظ سے اسی طرح کے نتائج سیرم فلورائڈ کے ساتھ اسٹرونشیم فلورائڈ یا کیلشیم ڈوپڈ سماریم فلورائڈ کے ساتھ ڈوپ کیے گئے تھے۔ الکلائن-ارتھ فلورائڈز میں، بیریوم-ٹن فلورائڈ (بی اے ایس این ایف 4) نے کمرے کے درجہ حرارت پر اس کی نسبتا زیادہ آئنک چالکتا کی وجہ سے 10-4 ایس سی ایم 1 کی ترتیب میں تحقیق کی ہے۔ آئنک چالکتا میں اضافے کے باوجود، Sn2 + کی کم الیکٹرو کیمیکل استحکام ونڈو دھاتوں کو انوڈس کے طور پر کم کرنے کے استعمال کو روکتی ہے، سیل کی زیادہ سے زیادہ صلاحیت کو کم کرتی ہے، اور اس کے نتیجے میں، توانائی کی کثافت کو کم کرتی ہے۔ 2019 میں محققین نے ایک بی اے ایس این ایف 4 ٹھوس الیکٹرولائٹ کے ساتھ ریچارج ایبل ایف بی حاصل کیا جو بی اے ایس این ایف 4 کی الیکٹرو کیمیکل استحکام کی کھڑکیوں کو بڑھانے والے ایل بی ایف کے انٹرلیئر سے ڈھکا ہوا ہے۔ تجارتی بیٹری کی اقسام کا موازنہ بیٹری کی اقسام کی فہرست لتیم آئن بیٹری ریچارج ایبل لتیم میٹل بیٹری حوالہ جات بیٹری کی اقسام بیرونی لنکس