සුපිරි-ස්ථාවර කාබන් ඇනෝඩ බලය වේගවත්-ආරෝපණ සෝඩියම්{2}}චක්ර 40,000ක් සහිත අයන බැටරි
සෝඩියම්-අයන බැටරි, වේගවත්-ආරෝපණ බැටරි, දිගු චක්ර ආයුකාල බැටරි, කාබන් ඇනෝඩ, EV බැටරි තාක්ෂණය, බලශක්ති ගබඩා විසඳුම, තිරසාර බැටරි, නන්කායි විශ්වවිද්යාල පර්යේෂණ
SIB ඇනෝඩ ද්රව්ය, අධි බල ඝනත්වය, බැටරි බයිසිකල් ස්ථායීතාවය, g-C3N4 ආලේපනය, හිස් කාබන් ගෝල, SEI සෑදීම, ඊළඟ-පරම්පරාවේ බැටරි
**ඊළඟ පරම්පරාවේ බැටරි තාක්ෂණය** සඳහා තරඟය උණුසුම් වෙමින් පවතින අතර, සෝඩියම්-අයන බැටරි (SIBs) බලවත්, තිරසාර, සහ පිරිවැය ඵලදායි තරඟකරුවෙකු ලෙස මතුවෙමින් තිබේ. කෙසේ වෙතත්, තීරනාත්මක අභියෝගයක් වන්නේ වේගවත් ආරෝපණය සහ අති-දිගු ආයු කාලයක් සමඟ ඒකාබද්ධ කරන ඇනෝඩ ද්රව්ය සංවර්ධනය කිරීමයි.
**නන්කායි විශ්වවිද්යාලය** වෙතින් පෙරළිකාර අධ්යයනයක් දැන් මෙම බාධකය ජයගෙන ඇත. පර්යේෂකයන් විසින් නවකතාවක් නිර්මාණය කර ඇත **කාබන් ඇනෝඩ ද්රව්ය** එය SIB වලට මිනිත්තු කිහිපයකින් ආරෝපණය කිරීමට හැකි වන අතර ප්රායෝගිකව කිසිදු පිරිහීමක් නොමැතිව චක්ර දස දහස් ගණනක් විඳදරා ගනී. මෙය **විදුලි වාහන (EVs)** සිට ජාල-පරිමාණ **ශක්ති ගබඩා පද්ධති** දක්වා සෑම දෙයක්ම විප්ලවීය වෙනසක් ඇති කළ හැකිය.
>**ප්රාථමික පර්යේෂණ යොමුව:** [අල්ට්රාෆාස්ට් සහ අල්ට්රාස්ටේබල් සෝඩියම් ලබා ගැනීම-සුපිරි ස්ථායී කාබන් ඇනෝඩ හරහා අයන ගබඩා කිරීම](https://doi.org/10.1002/adma.202509953)
---
**අභියෝගය: කාබන් ඇනෝඩ වැඩිදියුණු කිරීමක් අවශ්ය ඇයි
කාබන්-පරිණතභාවය සහ අඩු පිරිවැය හේතුවෙන් **සෝඩියම්-අයන බැටරි ඇනෝඩ** සඳහා ප්රමුඛ පෙළේ ද්රව්ය වේ. කෙසේවෙතත්, සාම්ප්රදායික කාබන් ව්යුහයන් දුක් විඳිනවා:
* **මන්දගාමී අයන ප්රවාහනය**, සීමා කිරීම **අනුපාත හැකියාව** සහ වේගවත් ආරෝපණය.
* **අස්ථායී අතුරුමුහුණත්** ඉලෙක්ට්රෝලය සමඟ, වේගවත් ධාරිතාව මැකී යාමට තුඩු දෙයි.
නන්කායි විශ්ව විද්යාල කණ්ඩායම දක්ෂ ලෙස නිර්මාණය කරන ලද ධූරාවලි ව්යුහයක් සමඟ මෙම බාධක විසඳීමට පිටත් විය.
** නවෝත්පාදන විසඳුම: g-C₃N₄ ආලේපිත හිස් කාබන් ගෝල**
පර්යේෂක කණ්ඩායම **CN@HCS** ලෙස නම් කරන ලද ද්රව්යයක් නිපදවා ඇත. මෙය ග්රැෆිටික් කාබන් නයිට්රයිඩ් (g-C₃N₄) සඳහා **Hollow Carbon Spheres (HCS)** මතුපිට ආලේප කර ඇත.
මෙම නිර්මාණය නැනෝ-ඉංජිනේරු ශිල්පයේ ප්රධාන පන්තියකි:
1. **Hollow Carbon Sphere (HCS) හරය:** සෝඩියම්-අයන (Na⁺) අන්තර්ක්රියා සඳහා විශාල මතුපිට ප්රදේශයක් සපයන අතර අයන විසරණ මාර්ගය කෙටි කරයි, වේගවත් ආරෝපණයට පහසුකම් සපයයි.
2. **g-C₃N₄ ඉලෙක්ට්රෝන-නිෂ්ක්රීය ස්තරය:** මෙම ආලේපනය ස්ථායීතාවයට යතුර වේ. එය තෝරාගත් පලිහක් ලෙස ක්රියා කරයි, ඉලෙක්ට්රෝඩය සහ ඉලෙක්ට්රෝලය අතර අනවශ්ය අතුරු ප්රතික්රියා ඵලදායි ලෙස මර්දනය කරයි.
** කඩිනමින් විද්යුත් රසායනික කාර්ය සාධනය**
*උසස් ද්රව්ය* සඟරාවේ වාර්තා කර ඇති ප්රතිඵල සුවිශේෂී නොවේ. CN@HCS ඇනෝඩය පෙන්නුම් කළේ:
* **සුවිශේෂී අනුපාත කාර්ය සාධනය:** **40 A g⁻¹** අතිශය ඉහළ ධාරා ඝනත්වයකදී පවා ඉහළ ධාරිතාවක් ලබා දෙයි.
* **පෙර නොවූ විරූ පාපැදි ස්ථායිතාව:** **චක්ර 40,000 කට වැඩි ශුන්ය ධාරිතාවක් ක්ෂය වීම**, SIB කාබන් ඇනෝඩ සඳහා වාර්තාගත -බිඳීමේ ස්ථායීතාවයක්.
* **සම්පූර්ණ සෛලය තුළ අධි බල ඝනත්වය:** සම්පූර්ණ සෛලයක් සෑදීමට NFPP කැතෝඩයක් සමඟ යුගල කළ විට, බැටරිය 21,600 W kg⁻¹** (ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙකෙහිම සම්පූර්ණ ස්කන්ධය මත පදනම්ව) කැපී පෙනෙන **බල ඝනත්වයක් ලබා ගත්තේය.
* **වේගවත් ආරෝපණ/විසර්ජන පැතිකඩ:** සම්පූර්ණ කොටුව පැය 0.1කින් (මිනිත්තු 6)** වේගයෙන් ආරෝපණය කළ හැකි අතර පැය 1කට වැඩි කාලයක් ක්රමානුකූලව විසර්ජනය කළ හැකි අතර Coulombic කාර්යක්ෂමතාව 100%ක් ළඟා වේ.
** එය ක්රියා කරන ආකාරය: ස්ථාවරත්වය පිටුපස ඇති විද්යාව**
මෙම ද්රව්යය මෙතරම් හොඳින් ක්රියා කරන්නේ මන්දැයි අධ්යයනය ගැඹුරු අවබෝධයක් සපයයි:
* **ස්ථායී SEI සෑදීම:** g-C₃N₄ ස්ථරය FEC කාර්යක්ෂමව අවශෝෂණය කර අඩු කරයි (පොදු ඉලෙක්ට්රෝලය ආකලනයකි), ඒකාකාර, ඝන සහ අකාබනික-පොහොසත් ඝන විද්යුත් විච්ඡේදක අතුරු මුහුණතක් (SEI) ගොඩනැගීම ප්රවර්ධනය කරයි. මෙම ශක්තිමත් SEI අඩු ඉලෙක්ට්රෝලය පරිභෝජනය කරන අතර දිගින් දිගටම සිදුවන පරිහානිය වළක්වයි.
* **වේගවත් ආරෝපණ ප්රවාහනය:** g-C₃N₄ හි බහුල π-සංයෝජිත ඉලෙක්ට්රෝන පද්ධතිය වේගවත් ඉලෙක්ට්රෝන සහ අයන ප්රවාහනය සඳහා අධිවේගී මාර්ගයක් සපයයි, ඇදහිය නොහැකි **ඉහළ-අනුපාත හැකියාව** සක්රීය කරයි.
* **දෝෂ ආවරණ:** ආෙල්පනය මගින් කාබන් මතුපිට විද්යුත් රසායනික ක්රියාකාරී දෝෂ සහිත ස්ථාන නිරාවරණය වීම අවම කරයි, පරපෝෂිත ප්රතික්රියා තවදුරටත් මැඩ පවත්වයි.
**පර්යේෂණාත්මක දළ විශ්ලේෂණය: ඇනෝඩය සාදා ඇති ආකාරය**
අපගේ තාක්ෂණික පාඨකයන් සඳහා, සංශ්ලේෂණ ක්රියාවලිය පහත පරිදි වේ:
1. **PPy/PMMA පූර්වගාමී සංශ්ලේෂණය:** පයිරෝල් මොනෝමරය සහ PMMA අච්චුව අංශක 5 ට අඩු ඇමෝනියම් පර්සල්ෆේට් (APS) භාවිතයෙන් බහුඅවයවීකරණය කර ඇත.
2. **HCS සංශ්ලේෂණය:** පුර්වගාමියා නිෂ්ක්රීය වායුගෝලයකදී අංශක 700කදී කාබන්ඩයොක්සයිඩ් කර හිස් කාබන් ගෝල නිර්මාණය කරයි.
3. **CN@HCS සංශ්ලේෂණය:** HCS යූරියා සමඟ මිශ්ර කර අංශක 500 දක්වා රත් කර, යූරියා තාපයෙන් දිරාපත් වී කාබන් ගෝල මත ag-C₃N₄ ආලේපනයක් සාදයි.
**නිගමන සහ ඇඟවීම්**
**සුපිරි ස්ථායී කාබන් ඇනෝඩ** පිළිබඳ මෙම කාර්යය **සෝඩියම්-අයන බැටරි තාක්ෂණය** සඳහා සැලකිය යුතු ඉදිරි පිම්මක් නියෝජනය කරයි. ag{2}}C₃N₄-ආලේපිත හිස් කාබන් ව්යුහය තාර්කිකව සැලසුම් කිරීම මගින්, පර්යේෂකයන් වඩාත් තීරණාත්මක පෙරමුණු තුනෙහි එකවර ලබා දෙන ඇනෝඩයක් නිර්මාණය කර ඇත: **වේගය, ස්ථාවරත්වය සහ බලය**.
"මෙම අධ්යයනය මගින් කාබනේට් පාදක ඉලෙක්ට්රොලයිට් භාවිතා කරන අතිශය දිග-ජීවිත SIB සඳහා කාබන්-පදනම් වූ ඇනෝඩ සංවර්ධනය පිළිබඳ නව අවබෝධයක් සපයයි," කතුවරුන් නිගමනය කරයි.
මිනිත්තු කිහිපයකින් ආරෝපණය වන සහ දශක ගණනාවක් පවතින බැටරි නිර්මාණය කිරීමේ හැකියාව **තිරසාර බලශක්ති විසඳුම්** භාවිතය දැඩි ලෙස වේගවත් කළ හැකි අතර **විදුලි වාහන** වෙන කවරදාටත් වඩා පහසු සහ ප්රවේශ විය හැකිය.