சூப்பர்-நிலையான கார்பன் அனோட்ஸ் பவர் ஃபாஸ்ட்-சார்ஜிங் சோடியம்-40,000-சுழற்சி ஆயுட்காலம் கொண்ட அயன் பேட்டரிகள்
சோடியம்-அயன் பேட்டரி, ஃபாஸ்ட்{1}}சார்ஜிங் பேட்டரி, லாங் சைக்கிள் லைஃப் பேட்டரி, கார்பன் அனோட், EV பேட்டரி டெக்னாலஜி, எனர்ஜி ஸ்டோரேஜ் தீர்வு, நிலையான பேட்டரிகள், நங்காய் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சி
SIB அனோட் பொருள், அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி, பேட்டரி சைக்கிள் ஓட்டுதல் நிலைத்தன்மை, g-C3N4 பூச்சு, வெற்று கார்பன் கோளங்கள், SEI உருவாக்கம், அடுத்த-தலைமுறை பேட்டரிகள்
**அடுத்த தலைமுறை பேட்டரி தொழில்நுட்பத்திற்கான** போட்டி சூடுபிடித்துள்ளது, மேலும் சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் (SIBs) சக்திவாய்ந்த, நிலையான மற்றும் செலவு குறைந்த போட்டியாளராக உருவாகி வருகின்றன. இருப்பினும், அதி-நீண்ட ஆயுளுடன் வேகமாக சார்ஜ் செய்வதை இணைக்கும் அனோட் பொருட்களை உருவாக்குவது ஒரு முக்கியமான சவாலாக உள்ளது.
**நங்கைப் பல்கலைக்கழகம்** நடத்திய ஒரு அற்புதமான ஆய்வு இப்போது இந்தத் தடையைத் தாண்டியுள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு நாவலை வடிவமைத்துள்ளனர் **கார்பன் அனோட் மெட்டீரியல்** இது SIB களை வெறும் நிமிடங்களில் சார்ஜ் செய்ய உதவுகிறது, அதே நேரத்தில் பல்லாயிரக்கணக்கான சுழற்சிகளை எந்த சிதைவும் இல்லாமல் தாங்குகிறது. இது **மின்சார வாகனங்கள் (EVகள்)** முதல் கட்டம்-அளவிலான **ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள்** வரை அனைத்திலும் புரட்சியை ஏற்படுத்தும்.
>**முதன்மை ஆராய்ச்சி குறிப்பு:** [அல்ட்ராஃபாஸ்ட் மற்றும் அல்ட்ராஸ்டேபிள் சோடியத்தை அடைதல்-சூப்பர்ஸ்டேபிள் கார்பன் அனோட்ஸ் மூலம் அயன் சேமிப்பகம்](https://doi.org/10.1002/adma.202509953)
---
** சவால்: கார்பன் அனோட்களுக்கு ஏன் மேம்படுத்தல் தேவை
கார்பன்-அடிப்படையிலான பொருட்கள் முதிர்வு மற்றும் குறைந்த விலை காரணமாக **சோடியம்-அயன் பேட்டரி அனோட்களுக்கு** முன்னணி வேட்பாளர்களாக உள்ளன. இருப்பினும், பாரம்பரிய கார்பன் கட்டமைப்புகள் பாதிக்கப்படுகின்றன:
* **மெதுவான அயன் போக்குவரத்து**, **விகித திறன்** மற்றும் வேகமாக சார்ஜ் செய்தல்.
* **நிலையற்ற இடைமுகங்கள்** எலக்ட்ரோலைட்டுடன், விரைவான திறன் மங்கலுக்கு வழிவகுக்கிறது.
நங்காய் பல்கலைக்கழக குழு, புத்திசாலித்தனமாக வடிவமைக்கப்பட்ட படிநிலை அமைப்புடன் இந்த இடையூறுகளைத் தீர்க்கப் புறப்பட்டது.
**புதுமையான தீர்வு: g-C₃N₄ பூசப்பட்ட வெற்று கார்பன் கோளங்கள்**
ஆராய்ச்சி குழு **CN@HCS** என அழைக்கப்படும் ஒரு பொருளை உருவாக்கியது. இது **ஹாலோ கார்பன் ஸ்பியர்ஸ் (HCS)** மேற்பரப்பில் பூசப்பட்ட கிராஃபிடிக் கார்பன் நைட்ரைடை (g-C₃N₄) குறிக்கிறது.
இந்த வடிவமைப்பு நானோ-பொறியியலில் மாஸ்டர் கிளாஸ்:
.
2. **g-C₃N₄ Electron-Inert Layer:** இந்த பூச்சு நிலைத்தன்மைக்கான திறவுகோலாகும். இது தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட கவசமாக செயல்படுகிறது, எலக்ட்ரோடு மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு இடையில் தேவையற்ற பக்க எதிர்வினைகளை திறம்பட அடக்குகிறது.
**திருப்புமுனை மின்வேதியியல் செயல்திறன்**
*மேம்பட்ட பொருட்கள்* இதழில் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ள முடிவுகள் விதிவிலக்கானவை அல்ல. CN@HCS நேர்மின்முனை நிரூபித்தது:
* **விதிவிலக்கான விகித செயல்திறன்:** **40 A g⁻¹** மிக அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தியில் கூட அதிக திறன் வழங்கப்பட்டது.
* **முன்னோடியில்லாத சைக்கிள் ஓட்டுதல் நிலைப்புத்தன்மை:** 40,000 சுழற்சிகளுக்கு மேல் ** கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜிய திறன் சிதைவை அடைந்துள்ளது
* **முழு கலத்தில் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி:** ஒரு முழு கலத்தை உருவாக்க NFPP கேத்தோடுடன் இணைக்கப்பட்டபோது, பேட்டரி குறிப்பிடத்தக்க ** சக்தி அடர்த்தி 21,600 W kg⁻¹** (இரண்டு மின்முனைகளின் மொத்த வெகுஜனத்தின் அடிப்படையில்) அடைந்தது.
* **விரைவான சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் விவரக்குறிப்பு:** முழு கலமும் **வேகமாக{0}}0.1 மணிநேரத்தில் (6 நிமிடங்கள்)** சார்ஜ் செய்யப்படலாம், மேலும் 1 மணி நேரத்திற்கும் மேலாக சீராக டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்பட்டு 100% கூலம்பிக் செயல்திறனை நெருங்குகிறது.
**இது எவ்வாறு இயங்குகிறது: நிலைத்தன்மையின் பின்னால் உள்ள அறிவியல்**
இந்த பொருள் ஏன் சிறப்பாக செயல்படுகிறது என்பதற்கான ஆழமான நுண்ணறிவுகளை ஆய்வு வழங்குகிறது:
* **நிலையான SEI உருவாக்கம்:** g-C₃N₄ அடுக்கு FEC-ஐ திறம்பட உறிஞ்சி குறைக்கிறது (ஒரு பொதுவான எலக்ட்ரோலைட் சேர்க்கை), ஒரு சீரான, அடர்த்தியான மற்றும் கனிம-நிறைந்த திட எலக்ட்ரோலைட் இடைநிலை (SEI) உருவாவதை ஊக்குவிக்கிறது. இந்த வலுவான SEI குறைந்த எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகிறது மற்றும் தொடர்ந்து சிதைவைத் தடுக்கிறது.
* **ஃபாஸ்ட் சார்ஜ் டிரான்ஸ்போர்ட்:** g-C₃N₄ இல் உள்ள ஏராளமான π-இணைந்த எலக்ட்ரான் அமைப்பு, விரைவான எலக்ட்ரான் மற்றும் அயன் போக்குவரத்துக்கான நெடுஞ்சாலையை வழங்குகிறது, இது நம்பமுடியாத **உயர்-விகித திறனை** செயல்படுத்துகிறது.
* **குறைபாடு பாதுகாப்பு:** பூச்சு கார்பன் மேற்பரப்பில் மின்வேதியியல் ரீதியாக செயலில் உள்ள குறைபாடுகளின் வெளிப்பாட்டைக் குறைக்கிறது, மேலும் ஒட்டுண்ணி எதிர்வினைகளைத் தடுக்கிறது.
**பரிசோதனை கண்ணோட்டம்: அனோட் எவ்வாறு செய்யப்படுகிறது**
எங்கள் தொழில்நுட்ப வாசகர்களுக்கு, தொகுப்பு செயல்முறை பின்வருமாறு:
1. **PPy/PMMA முன்னோடி தொகுப்பு:** பைரோல் மோனோமர் மற்றும் ஒரு PMMA டெம்ப்ளேட் 5 டிகிரிக்கு கீழே அம்மோனியம் பர்சல்பேட் (APS) ஐப் பயன்படுத்தி பாலிமரைஸ் செய்யப்படுகின்றன.
2. **HCS தொகுப்பு:** வெற்று கார்பன் கோளங்களை உருவாக்க முன்னோடி 700 டிகிரியில் மந்த வளிமண்டலத்தில் கார்பனேற்றப்படுகிறது.
3. **CN@HCS தொகுப்பு:** HCS யூரியாவுடன் கலந்து 500 டிகிரிக்கு வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது, இதனால் யூரியா வெப்பமாக சிதைந்து கார்பன் கோளங்களில் ag-C₃N₄ பூச்சு உருவாகிறது.
**முடிவு மற்றும் தாக்கங்கள்**
**சூப்பர்ஸ்டேபிள் கார்பன் அனோட்களில்** இந்த வேலையானது **சோடியம்-அயன் பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தில்** குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தைக் குறிக்கிறது. ag{2}}C₃N₄-பூசப்பட்ட வெற்று கார்பன் கட்டமைப்பை பகுத்தறிவுடன் வடிவமைப்பதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு நேர்முனையை உருவாக்கியுள்ளனர், இது ஒரே நேரத்தில் மூன்று மிக முக்கியமான முனைகளில் வழங்குகிறது: **வேகம், நிலைத்தன்மை மற்றும் சக்தி**.
"இந்த ஆய்வு கார்பனேட் அடிப்படையிலான எலக்ட்ரோலைட்டுகளைப் பயன்படுத்தி அல்ட்ராலாங்-ஆயுட்கால SIBகளுக்கான கார்பன்-அடிப்படையான அனோட்களை உருவாக்குவதற்கான புதிய நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது," என்று ஆசிரியர்கள் முடிக்கிறார்கள்.
நிமிடங்களில் சார்ஜ் செய்யும் மற்றும் பல தசாப்தங்களாக நீடிக்கும் பேட்டரிகளை உருவாக்கும் திறன் **நிலையான ஆற்றல் தீர்வுகளை** ஏற்றுக்கொள்வதைத் துரிதப்படுத்துகிறது மற்றும் **மின்சார வாகனங்கள்** முன்பை விட மிகவும் வசதியாகவும் அணுகக்கூடியதாகவும் இருக்கும்.