ဆိုဒီယမ်-အိုင်းယွန်း ဘက်ထရီများ- အခွင့်အလမ်းနှင့် စိန်ခေါ်မှုများ

အခန်းအပူချိန် ဆိုဒီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများ ပြန်လည်ရှင်သန်မှု

     ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ရှိ ဆိုဒီယမ် (Na) အရန်အရန်များ ပေါများပြီး ဆိုဒီယမ်နှင့် လစ်သီယမ်တို့၏ တူညီသော ဓာတုဗေဒဂုဏ်သတ္တိများကြောင့်၊ ဆိုဒီယမ်အခြေခံလျှပ်စစ်ဓာတုစွမ်းအင် သိုလှောင်မှုသည် ကြီးမားသော စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုနှင့် ဇယားကွက်များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုအတွက် သိသာထင်ရှားသော ကတိများရရှိထားသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ Na/NiCl2 စနစ်များကို အခြေခံ၍ အပူချိန်မြင့်သည့် သုညထုတ်လွှတ်မှုဘက်ထရီ သုတေသနလုပ်ဆောင်မှုဆဲလ်များနှင့် စာရေးကိရိယာများနှင့် မိုဘိုင်းအက်ပ်ပလီကေးရှင်းများတွင် အောင်မြင်သော အပူချိန်မြင့် Na–S ဆဲလ်များသည် ဆိုဒီယမ်အခြေခံအားပြန်သွင်းနိုင်သော ဘက်ထရီများ၏ အလားအလာကို သရုပ်ပြထားပြီးဖြစ်သည်။ သို့သော်လည်း ၎င်းတို့၏ အပူချိန် 300°C ဝန်းကျင်တွင် မြင့်မားသော လည်ပတ်မှု အပူချိန်သည် လုံခြုံရေး ပြဿနာများကို ဖြစ်စေပြီး ဆိုဒီယမ်-အိုင်းယွန်း ဘက်ထရီများ (SIBs) ၏ အသွားအပြန် စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကျဆင်းစေသည်။ အခန်းအပူချိန် (RT) SIB များကို LIB များအတွက် အလားအလာအကောင်းဆုံး အစားထိုးနည်းပညာအဖြစ် ကျယ်ပြန့်စွာ မှတ်ယူကြသည်။

      လွန်ခဲ့သည့်နှစ်ပေါင်း 200 အတွင်း ဘက်ထရီများ၏သမိုင်းတစ်လျှောက်၊ SIBs များဆိုင်ရာ သုတေသနကို LIB ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့် ဘေးချင်းကပ်လျက် ထက်ထက်သန်သန် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ လီသီယမ်အတွက် TiS2 ၏လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒလုပ်ဆောင်ချက်နှင့် စွမ်းအင်သိုလှောင်မှုအတွက် ဖြစ်နိုင်ခြေကို 1970 ခုနှစ်များတွင် စတင်လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ ဤရှာဖွေတွေ့ရှိမှုအပြီးတွင်၊ TiS+2 တွင် Na ion များထည့်သွင်းနိုင်သည့်စွမ်းရည်ကို 1980 ခုနှစ်များအစောပိုင်းတွင် သိရှိလာခဲ့သည်။ LIB များအတွက် ကုန်ကျစရိတ်နည်းပြီး အလယ်အလတ်စွမ်းရည်ရှိသော anode ပစ္စည်းအဖြစ် ဂရပ်ဖိုက်ကို ရှာဖွေတွေ့ရှိမှုနှင့်အတူ ဆိုဒီယမ်အိုင်းယွန်းများကို ပေါင်းစပ်ထည့်သွင်းရန် ပျက်ကွက်ခြင်းနှင့်အတူ၊ 1990 ခုနှစ်များတွင် LIB တိုးတက်မှုသည် ဆိုဒီယမ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ တိုးတက်မှုကို ကျော်လွန်သွားခဲ့သည်။ ထို့နောက် 2000 ခုနှစ်တွင်၊ Hard Carbon (HC) တွင် ဆိုဒီယမ် သိုလှောင်မှုအတွက် Li ၏ ဂရပ်ဖိုက်ကဲ့သို့ စွမ်းအင်စွမ်းရည်ကို ပေးစွမ်းနိုင်မှုသည် SIB များအတွက် သုတေသနကို စိတ်ပါဝင်စားစေပါသည်။

ဆိုဒီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီနှင့် လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီ နှိုင်းယှဉ်ချက်

     SIBs များ ပြန်လည်နိုးထလာခြင်းသည်—လစ်သီယမ် အရန်သိုလှောင်မှု နည်းပါးခြင်းနှင့် ဆက်စပ်သော ကုန်ကျစရိတ်များ တိုးမြင့်လာခြင်းမှ အမြဲတစေ တိုးလာနေသော ဖိအားများနှင့် တွဲလျက်- LIBs များအတွက် ဖြည့်စွက်ဗျူဟာတစ်ခု ပေးပါသည်။ SIB များသည် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်နည်းပညာများ၏ ထိုးဖောက်ဝင်ရောက်မှုကို ကျေနပ်စေရန် တွန်းအားပေးမှုတွင် အခြေခံကျသော အောင်မြင်မှုများနှင့် ပေါင်းစပ်ကာ သုတေသန အာရုံစူးစိုက်မှုကို တိုးမြှင့်ရရှိခဲ့သည်။ ဆဲလ်အစိတ်အပိုင်းများနှင့် SIB များ၏ လျှပ်စစ်ဓာတ်တုံ့ပြန်မှုယန္တရားများသည် LIBs များ၏ အခြေခံအားဖြင့် တူညီသည်၊ တစ်ခုရှိ Na နှင့် အခြားတစ်ခုရှိ Li ဖြစ်သည့် အားသွင်းသယ်ဆောင်သူမှလွဲ၍ LIB များ၏ အခြေခံအားဖြင့်တူညီပါသည်။ SIB ပစ္စည်းများ ဓာတုဗေဒတွင် လျင်မြန်စွာ ချဲ့ထွင်လာရခြင်း၏ အဓိကအကြောင်းရင်းမှာ အယ်လကာလီ သတ္တုနှစ်ခုကြားရှိ ဓာတုဗေဒဂုဏ်သတ္တိများ ပြိုင်ဆိုင်မှုများကြောင့် ဖြစ်သည်။

      ပထမဦးစွာ၊ လည်ပတ်မှုအခြေခံမူများနှင့် SIB များ၏ဆဲလ်တည်ဆောက်ပုံများသည် Na က အခကြေးငွေပေးဆောင်သူအဖြစ် ဆောင်ရွက်နေသော်လည်း စီးပွားဖြစ် LIB များနှင့် ဆင်တူသည်။ ပုံမှန် SIB တွင် အဓိက အစိတ်အပိုင်း လေးခု ရှိသည်- cathode ပစ္စည်း (များသောအားဖြင့် Na-containing compound); anode ပစ္စည်းတစ်ခု (Na မလိုအပ်ပါ); electrolyte (အရည် သို့မဟုတ် အစိုင်အခဲအခြေအနေတွင်)၊ နှင့် သီးခြားတစ်ခု။ အားသွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း၊ ပုံမှန်အားဖြင့် သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များနှင့် polyanionic ဒြပ်ပေါင်းများဖြစ်သည့် cathodes များမှ ဆိုဒီယမ်အိုင်းယွန်းများကို ထုတ်ယူပြီး anodes အတွင်းသို့ ထည့်သွင်းကာ၊ လက်ရှိသည် ဆန့်ကျင်ဘက်ဘက်သို့ ပြင်ပပတ်လမ်းမှတဆင့် ဖြတ်သန်းသွားပါသည်။ အားထုတ်သောအခါ၊ Na သည် anodes များကို စွန့်ထုတ်ပြီး "the rocking-chair principle" ဟုရည်ညွှန်းသည့် လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုတွင် cathodes အတွင်းသို့ ပြန်သွားပါသည်။ ဤအလားသဏ္ဍာန်များသည် SIB နည်းပညာတွင် ပဏာမနားလည်သဘောပေါက်ပြီး လျင်မြန်စွာ ကြီးထွားလာစေသည်။

      ထို့အပြင် Na ၏ ကြီးမားသော အိုင်ယွန်အချင်းဝက်သည် ၎င်း၏ကိုယ်ပိုင် အားသာချက်များကို ယူဆောင်လာပါသည်- လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ အပြုသဘောဆောင်သော ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်နှင့် ဝင်ရိုးစွန်းအပျော်ရည်များတွင် desolvation စွမ်းအင် လျော့နည်းသွားသည်။ Li နှင့် transition metal အိုင်းယွန်းကြားရှိ ionic အချင်းဝက်တွင် ကြီးမားသောကွာဟမှုသည် ပစ္စည်းဒီဇိုင်း၏ ပျော့ပြောင်းမှုကို ပျက်ကွက်စေသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့်၊ ဆိုဒီယမ်အခြေခံစနစ်သည် လီသီယမ်အခြေခံစနစ်ထက် ပိုမိုပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ရှိသော အခဲဖွဲ့စည်းပုံများကို လုပ်ဆောင်နိုင်ပြီး အလွန်ကြီးမားသော အိုင်ယွန်စီးကူးနိုင်စွမ်းကို ပိုင်ဆိုင်ထားသည်။ ပုံမှန်ဥပမာတစ်ခုသည် β-Al2O3 ဖြစ်ပြီး Na intercalation သည် ပြီးပြည့်စုံသောအရွယ်အစားနှင့် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းမြင့်မားသည်။ ကွဲပြားသော M+x+ stacking အမူအကျင့်များဖြင့် အလွှာလိုက်ပြောင်းသွားသော သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များကို ဆိုဒီယမ်အခြေခံစနစ်တွင် အလွယ်တကူ သိရှိနိုင်သည်။ အလားတူ၊ ဆိုဒီယမ်အိုင်ယွန်းလျှပ်ကူးယာ (NaSICON) မိသားစုအတွက် လူသိများသော ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံ အများအပြားသည် လစ်သီယမ် အန်နာလိုများထက် များစွာပို၍ ရှုပ်ထွေးပါသည်။ ပို၍အရေးကြီးသည်မှာ၊ NaSICON ဒြပ်ပေါင်းများတွင် ပိုမိုမြင့်မားသော အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်မှုကို ခွင့်ပြုနိုင်သည်၊ ၎င်းသည် လီသီယမ်အိုင်ယွန်စပယ်ယာ (LiSICON) ဒြပ်ပေါင်းများတွင် အိုင်ယွန်စီးကူးနိုင်မှုထက် များစွာသာလွန်သည်။

      နောက်ဆုံးသော်လည်းကောင်း၊ ကွဲပြားသော aprotic ဝင်ရိုးစွန်းအပျော်ရည်များဖြင့် စနစ်တကျ စုံစမ်းစစ်ဆေးမှုများသည် Na ၏ ပိုကြီးသော အိုင်ယွန်အချင်းဝက်သည် အားနည်းသော desolvation စွမ်းအင်ကို ဖြစ်စေကြောင်း သက်သေပြခဲ့သည်။ သေးငယ်သော Li သည် နှစ်ခုလုံးတူညီသော valence ကိုပိုင်ဆိုင်သောအခါတွင် core ပတ်လည်တွင် Na ထက်ပိုမိုမြင့်မားသောမျက်နှာပြင်အားသွင်းသိပ်သည်းဆရှိသည်။ ထို့ကြောင့် Li သည် ဝင်ရိုးစွန်းအပျော်ရည်မော်လီကျူးများနှင့်အတူ အီလက်ထရွန်များကို ပိုမိုမျှဝေခြင်းဖြင့် အပူချိန်ကို တည်ငြိမ်စေသည်။ ဆိုလိုသည်မှာ Li ကို Lewis အက်ဆစ်အမျိုးအစားအဖြစ်ခွဲခြားနိုင်သည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ အလွန်မြင့်မားသော polarized Li အတွက် အလွန်မြင့်မားသော desolvation စွမ်းအင် လိုအပ်ပြီး Li ၏ အရည်အခြေအနေ (အီလက်ထရောလစ်) မှ အစိုင်အခဲအခြေအနေ (အီလက်ထရိုဒိုက်) သို့ ပို့ဆောင်ခြင်းဖြင့် လီ၏ ပို့ဆောင်မှုတွင် အတော်လေးကြီးမားသော လွှဲပြောင်းခုခံမှုကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ desolvation စွမ်းအင်သည် အရည်/အစိုင်အခဲ မျက်နှာပြင်တွင် ဖြစ်ပေါ်လာသည့် လွှဲပြောင်းခြင်း kinetics နှင့် အနီးကပ်ဆက်စပ်နေသောကြောင့်၊ အနှိုင်းမဲ့ desolvation energy သည် high-power SIBs များကို ဒီဇိုင်းထုတ်ရန်အတွက် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။