जलीय जस्ता बैटरी अपने लिथियम-आयन चचेरे भाई के विकल्प का वादा कर रही हैं, लेकिन वे एक ही समस्या से पीड़ित हैं: डेंड्राइट्स का गठन। ये सुई जैसी संरचनाएं जिंक एनोड की सतह पर बनती हैं और इलेक्ट्रोलाइट में विकसित होती हैं, जिससे बैटरी कम हो जाती है या कुछ मामलों में, यहां तक कि प्रज्वलित भी हो जाती है। चीन में शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब दिखाया है कि इलेक्ट्रोलाइट में हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ रासायनिक रूप से संशोधित साधारण टेबल शुगर (सुक्रोज) मिलाने से विलायक के वातावरण को बदलकर जिंक डेंड्राइट्स के विकास को धीमा किया जा सकता है। इसके अलावा, सुक्रोज एनोड पर एक सुरक्षात्मक कोटिंग भी बनाता है और इसके क्षरण को धीमा कर देता है।
पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक वाहनों में लिथियम-आयन बैटरी आज सबसे व्यापक रूप से नियोजित बैटरी हैं, लेकिन उनमें ज्वलनशील और जहरीले कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स चिंता का कारण हैं। कुछ अन्य सामान्य धातुओं की तुलना में लिथियम भी महंगा है, और वैश्विक आपूर्ति विभिन्न अनिश्चितताओं का शिकार है। जिंक बैटरी, जो आमतौर पर जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ बनाई जाती हैं, एक आकर्षक विकल्प हैं क्योंकि जस्ता सस्ता, कम विषाक्त, अधिक आसानी से पुनर्नवीनीकरण और लिथियम की तुलना में अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध है। उच्च विशिष्ट क्षमता (820 एमएएच/जी और 5 855 एमएएच/सेमी .) के साथ उनके पास उच्च ऊर्जा घनत्व भी है3) और Zn एनोड की अनुकूल रेडॉक्स क्षमता (−0.76V बनाम मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड)।
समस्या यह है कि जब जिंक आयन (Zn .)2+) एनोड की सतह पर सांद्रता शून्य हो जाती है, उस पर डेंड्राइट बढ़ने लगते हैं। इन संरचनाओं की उपस्थिति बैटरी के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन को खराब करने का कारण बनती है और अगर इसे अनियंत्रित छोड़ दिया जाए तो यह खतरनाक हो सकता है।
विलायक पर्यावरण को संशोधित करना
हाल के अध्ययनों से पता चला है कि विलायक पर्यावरण (या "सॉल्वेशन स्ट्रक्चर") को संशोधित करना, उदाहरण के लिए, लवण को शामिल करना या कम पानी के अणुओं को शामिल करना, उस गति को बढ़ा सकता है जिस पर Zn2+ आयन विद्युत क्षेत्र की प्रतिक्रिया में चलते हैं और इसलिए डेंड्राइट वृद्धि को दबा देते हैं। हालांकि, इस तरह के समायोजन दुर्भाग्य से बैटरी सिस्टम की आयनिक चालकता को कम करते हैं, जिससे समग्र प्रदर्शन खराब हो जाता है।
नए अध्ययन में, नैनोटेक्नोलॉजी विशेषज्ञ के नेतृत्व में शोधकर्ता मीनन लिउ का चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय पाया गया कि हाइड्रॉक्सिल समूहों वाले सुक्रोज को पेश करना Zn . की सॉल्वैंशन संरचना को विनियमित करने का एक प्रभावी तरीका है2+ आयन, जो उस गति को बढ़ाता है जिस पर आयन आयनिक चालकता को कम किए बिना प्रचारित करते हैं। सुक्रोज जलीय इलेक्ट्रोलाइट को भी स्थिर कर सकता है जबकि साथ ही Zn एनोड पर अवशोषित होकर उस पर एक सुरक्षात्मक परत बनाता है। यह Zn एनोड पर इलेक्ट्रोलाइट के क्षरण को रोकता है, वे कहते हैं।
"हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ सुक्रोज Zn के साथ दृढ़ता से बातचीत करता है"2+ इलेक्ट्रोलाइट में पानी के अणुओं की तुलना में," लियू बताते हैं। "इसलिए यह पानी के कुछ अणुओं को प्रतिस्थापित कर सकता है और Zn . के साथ समन्वय कर सकता है2+, इसलिए आयनों की सॉल्वैंशन संरचना को विनियमित करना।"
डेंड्राइट गठन कम
"संशोधित Zn2+ आयनों के कैनेटीक्स पर सॉल्वेशन संरचना का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिसमें वह दर भी शामिल है जिस पर वे इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से फैलते हैं, "वह बताती हैं भौतिकी की दुनिया. "हमारे प्रयोगात्मक परिणाम स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करते हैं कि Zn . की संक्रमण संख्या2+ सुक्रोज की शुरूआत के साथ आयनों में वृद्धि होती है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, आयनों की यह बढ़ी हुई गतिशीलता डेंड्राइट्स के गठन को कम करने में मदद करती है।"
औद्योगिक नमक एक सुरक्षित और अधिक टिकाऊ जिंक बैटरी बनाता है
शोधकर्ताओं के अनुसार, उनकी तकनीक वैज्ञानिकों को उच्च प्रदर्शन वाली Zn बैटरी विकसित करने में मदद कर सकती है और एक सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल, Zn बैटरी को वास्तविकता के करीब लाती है।
आगे देखते हुए, लियू और उनके सहयोगियों का कहना है कि वे अच्छी आयनिक चालकता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स विकसित करने पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बना रहे हैं जो कम तापमान पर काम करते हैं। वे अपने वर्तमान अध्ययन का विस्तार से वर्णन करते हैं नैनो अनुसंधान.
