ரிச்சார்ஜபிள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் தத்தெடுப்பில் வளர்ந்து வருகின்றன, அவை ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகள், மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் போன்ற சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஆனால் இந்த மின்கலங்களின் கேத்தோட்களில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட் சப்ளைகள் குறைவாகவே உள்ளன. எரிசக்தித் துறையின் லாரன்ஸ் பெர்க்லி தேசிய ஆய்வகத்தின் (பெர்க்லி ஆய்வகம்) தலைமையிலான புதிய ஆராய்ச்சி, பூமியின் மேலோட்டத்தில் ஐந்தாவது மிகுதியான உலோகமான மாங்கனீஸில் குறைந்த விலை, பாதுகாப்பான மாற்றீட்டைத் திறக்கிறது.
ஒழுங்கற்ற பாறை உப்புகள் அல்லது டிஆர்எக்ஸ் எனப்படும் கத்தோட் பொருட்களில் மாங்கனீஸை திறம்பட பயன்படுத்த முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் காட்டினர். முந்தைய ஆராய்ச்சி, சிறப்பாகச் செயல்பட, டிஆர்எக்ஸ் பொருட்கள் ஆற்றல்-தீவிர செயல்பாட்டில் நானோமயமாக்கப்பட்ட துகள்களாக தரையிறக்கப்பட வேண்டும் என்று பரிந்துரைத்தது. ஆனால் மாங்கனீசு அடிப்படையிலான கேத்தோட்கள் உண்மையில் எதிர்பார்த்ததை விட 1000 மடங்கு பெரிய துகள்களுடன் சிறந்து விளங்க முடியும் என்று புதிய ஆய்வு கண்டறிந்துள்ளது. இந்த படைப்பு செப்டம்பர் 19 அன்று இதழில் வெளியிடப்பட்டது இயற்கை நானோ தொழில்நுட்பம்.
“புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுடன் மின்சாரத்தை உருவாக்க பல வழிகள் உள்ளன, ஆனால் நீங்கள் அதை எவ்வாறு சேமித்து வைக்கிறீர்கள் என்பதில்தான் முக்கியத்துவம் உள்ளது” என்று பெர்க்லி லேபின் செடர் குழுமத்தின் ஒரு பகுதியாக பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தை ஆராய்ச்சி செய்து UC பெர்க்லியில் PhD மாணவரான ஹான்-மிங் ஹாவ் கூறினார். “எங்கள் புதிய அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பூமியில் ஏராளமாக இருக்கும் மற்றும் குறைந்த விலை கொண்ட ஒரு பொருளைப் பயன்படுத்தலாம், மேலும் சில வணிகமயமாக்கப்பட்ட லி-அயன் பேட்டரி கேத்தோடு பொருட்களைக் காட்டிலும் குறைவான ஆற்றலையும் நேரத்தையும் எடுக்கும். நன்றாக வேலை செய்.”
ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு நாவலான இரண்டு நாள் செயல்முறையைப் பயன்படுத்தினர், இது முதலில் கேத்தோடு பொருளிலிருந்து லித்தியம் அயனிகளை அகற்றி பின்னர் குறைந்த வெப்பநிலையில் (சுமார் 200 டிகிரி செல்சியஸ்) வெப்பப்படுத்துகிறது. இது மாங்கனீசு அடிப்படையிலான டிஆர்எக்ஸ் பொருட்களுக்கான தற்போதைய செயல்முறையுடன் முரண்படுகிறது, இது மூன்று வாரங்களுக்கு மேல் சிகிச்சை எடுக்கும்.
செயலில் உள்ள மாங்கனீசு அடிப்படையிலான பொருட்களின் அணு அளவிலான படங்களை எடுக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதிநவீன எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளைப் பயன்படுத்தினர். அவர்களின் செயல்முறையைப் பயன்படுத்திய பிறகு, பொருள் ஒரு நானோ அளவிலான அரை-வரிசைப்படுத்தப்பட்ட கட்டமைப்பை உருவாக்கியது, இது உண்மையில் பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது, இது ஆற்றலை அடர்த்தியாக சேமித்து வழங்க அனுமதிக்கிறது.
பேட்டரி சைக்கிள் ஓட்டுதல் மேக்ரோஸ்கோபிக் மட்டத்தில் மாங்கனீசு மற்றும் ஆக்ஸிஜனுக்கு இரசாயன மாற்றங்களை எவ்வாறு ஏற்படுத்துகிறது என்பதை ஆய்வு செய்ய குழு எக்ஸ்-கதிர்கள் மூலம் வெவ்வேறு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தியது. மாங்கனீசு பொருள் வெவ்வேறு அளவுகளில் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் படிப்பதன் மூலம், குழு மாங்கனீசு அடிப்படையிலான கேத்தோட்களை உருவாக்குவதற்கான வெவ்வேறு முறைகளைத் திறக்கிறது மற்றும் நானோ-பொறியியல் எதிர்கால பேட்டரி பொருட்கள் பற்றிய நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது.
“பொருளின் தனித்துவமான நானோ கட்டமைப்பை நாங்கள் இப்போது நன்கு புரிந்து கொண்டுள்ளோம், மேலும் அதன் மின் வேதியியல் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் பொருளில் இந்த 'கட்ட மாற்றத்தை' ஏற்படுத்த ஒரு தொகுப்பு செயல்முறை உள்ளது. இது இந்த பொருளை நெருக்கமாக தள்ளும் ஒரு முக்கியமான படியாகும். உண்மையான உலகில் பேட்டரி பயன்பாடுகள்.”
இந்த ஆராய்ச்சி மூன்று DOE ஆஃபீஸ் ஆஃப் சயின்ஸ் பயனர் வசதிகளில் வளங்களைப் பயன்படுத்தியது: பெர்க்லி ஆய்வகத்தில் மேம்பட்ட ஒளி மூல மற்றும் மூலக்கூறு ஃபவுண்டரி (எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிக்கான தேசிய மையம்) மற்றும் புரூக்ஹேவன் தேசிய ஆய்வகத்தில் உள்ள தேசிய ஒத்திசைவு ஒளி மூல II. DOE இன் ஆற்றல் திறன் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அலுவலகம் மற்றும் அறிவியல் அலுவலகம் இந்த வேலைக்கு ஆதரவளித்தன.