మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్ విభాగంలో ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ ఉల్రిచ్ వైస్నర్ నేతృత్వంలోని కార్నెల్ విశ్వవిద్యాలయంలోని పరిశోధకుల బృందం మెరుపు-శీఘ్ర ఛార్జీల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్న బ్యాటరీ డిమాండ్‌ను పరిష్కరిస్తుంది.
ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం వెనుక ఉన్న ఆలోచన: “బ్యాటరీల యానోడ్ మరియు కాథోడ్‌ను కండక్ట్ చేయని సెపరేటర్‌కు ఇరువైపులా ఉంచడానికి బదులుగా, భాగాలను స్వీయ-సమీకరణ, 3 డి గైరాయిడ్ నిర్మాణంలో ముడిపెట్టండి, వేలాది నానోస్కేల్ రంధ్రాలతో శక్తికి అవసరమైన భాగాలతో నిండి ఉంటుంది నిల్వ మరియు పంపిణీ ”.
"ఇది నిజంగా ఒక విప్లవాత్మక బ్యాటరీ నిర్మాణం" అని వైస్నర్ చెప్పారు, "బ్లాక్ కోపాలిమర్ ఎలక్ట్రికల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ కోసం 3-D ఇంటర్‌పెనట్రేటింగ్ మల్టీఫంక్షనల్ గైరాయిడల్ నానోహైబ్రిడ్ " అని రాయల్ సొసైటీ ప్రచురణ అయిన ఎనర్జీ అండ్ ఎన్విరాన్‌మెంటల్ సైన్స్‌లో మే 16 న ప్రచురించబడింది. కెమిస్ట్రీ.
"ఈ త్రిమితీయ నిర్మాణం ప్రాథమికంగా మీ పరికరంలో చనిపోయిన వాల్యూమ్ నుండి అన్ని నష్టాలను తొలగిస్తుంది" అని వైస్నర్ చెప్పారు. “మరీ ముఖ్యంగా, ఈ ఇంటర్‌పెన్ట్రేటెడ్ డొమైన్‌ల కొలతలు నానోస్కేల్‌కు కుదించడం, మేము చేసినట్లుగా, అధిక శక్తి సాంద్రత యొక్క ఆర్డర్‌లను మీకు ఇస్తుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, సాంప్రదాయిక బ్యాటరీ నిర్మాణాలతో సాధారణంగా చేసేదానికంటే చాలా తక్కువ సమయంలో మీరు శక్తిని యాక్సెస్ చేయవచ్చు. ”
అది ఎంత వేగంగా ఉంటుంది? బ్యాటరీ యొక్క మూలకాల యొక్క కొలతలు నానోస్కేల్‌కు తగ్గిపోతున్నందున, "మీరు మీ కేబుల్‌ను సాకెట్‌లోకి ఉంచే సమయానికి, సెకన్లలో, బహుశా మరింత వేగంగా, బ్యాటరీ ఛార్జ్ అవుతుంది" అని వైస్నర్ చెప్పారు.
ఈ 3 డి-బ్యాటరీ యొక్క భావన బ్లాక్ కోపాలిమర్ సెల్ఫ్-అసెంబ్లీపై ఆధారపడి ఉంటుంది, వారు ఇతర ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల్లో పని చేయడానికి ఉపయోగించే గైరాయిడల్ సోలార్ సెల్ మరియు గైరాయిడల్ సూపర్ కండక్టర్ ఉన్నాయి. ఈ కృతి యొక్క ప్రధాన రచయిత, జోర్గ్ వెర్నర్ స్వీయ-సమీకరణ వడపోత పొరలతో ప్రయోగాలు చేశాడు మరియు శక్తి నిల్వ కోసం కార్బన్ పదార్థాలకు ఆ సూత్రాన్ని ఉపయోగించవచ్చా అని ఆశ్చర్యపోయారు.
కార్బన్ యొక్క గైరాయిడల్ సన్నని చలనచిత్రాలు - బ్యాటరీ యొక్క యానోడ్, బ్లాక్ కోపాలిమర్ స్వీయ-అసెంబ్లీ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడింది - 40 నానోమీటర్ల వెడల్పు క్రమంలో వేలాది ఆవర్తన రంధ్రాలను కలిగి ఉంది. ఈ రంధ్రాలను 10 నానోమీటర్-మందంతో పూత, ఇది ఎలక్ట్రానిక్ ఇన్సులేట్ కాని అయాన్-కండక్టింగ్ సెపరేటర్ ఎలక్ట్రో-పాలిమరైజేషన్ ద్వారా పూత పూయబడింది, ఈ ప్రక్రియ యొక్క స్వభావం ద్వారా పిన్‌హోల్ లేని విభజన పొరను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మరియు, సెపరేటర్‌లోని రంధ్రాల వంటి ఈ లోపాలు సెల్ ఫోన్లు మరియు ల్యాప్‌టాప్‌ల వంటి మొబైల్ పరికరాల్లో మంటలకు దారితీసే విపత్తు వైఫల్యానికి దారితీస్తుంది.
రెండవ దశకు తరలింపు, ఇది కాథోడ్ పదార్థానికి అదనంగా ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, సల్ఫర్‌ను తగిన మొత్తంలో చేర్చండి, అది మిగిలిన రంధ్రాలను నింపదు. కానీ, సల్ఫర్ ఎలక్ట్రాన్లను అంగీకరించగలదు కాని విద్యుత్తును నిర్వహించదు. చివరి దశ PEDOT (పాలీ) అని పిలువబడే ఎలక్ట్రానిక్ కండక్టింగ్ పాలిమర్‌తో బ్యాక్‌ఫిల్లింగ్.
ఈ ఆర్కిటెక్చర్ భావన యొక్క రుజువును అందిస్తుండగా, వైస్నర్ మాట్లాడుతూ, ఇది సవాళ్లు లేకుండా కాదు. బ్యాటరీని డిశ్చార్జ్ చేసేటప్పుడు మరియు ఛార్జ్ చేసేటప్పుడు వాల్యూమ్ మార్పులు క్రమంగా PEDOT ఛార్జ్ కలెక్టర్‌ను క్షీణిస్తాయి, ఇది సల్ఫర్ చేసే వాల్యూమ్ విస్తరణను అనుభవించదు.
"సల్ఫర్ విస్తరించినప్పుడు, మీకు ఈ చిన్న బిట్స్ పాలిమర్ ఉంది, అవి విడదీయబడతాయి, ఆపై అది మళ్లీ కుదించినప్పుడు తిరిగి కనెక్ట్ అవ్వదు. దీని అర్థం మీరు యాక్సెస్ చేయలేని 3D బ్యాటరీ ముక్కలు ఉన్నాయి. ”
బృందం ఇప్పటికీ సాంకేతికతను పరిపూర్ణంగా చేయడానికి ప్రయత్నిస్తోంది, కాని ప్రూఫ్-ఆఫ్-కాన్సెప్ట్ పనిపై రోగి రక్షణ కోసం దరఖాస్తు చేసింది. ఈ పనికి CORNELL లోని ఎనర్జీ మెటీరియల్ సెంటర్ మద్దతు ఇచ్చింది మరియు US ఇంధన శాఖ మరియు నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ నిధులు సమకూర్చింది.