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ठोस-अवस्था बैटरी सिद्धांत

1990
सामग्री प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला में सॉलिड-स्टेट बैटरी का संयोजन।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

सॉलिड-स्टेट बैटरियां पारंपरिक बैटरियों के तरल या पॉलिमर जेल इलेक्ट्रोलाइट को सिरेमिक या ठोस पॉलिमर जैसे ठोस, आयन-संचालन सामग्री से बदल देती हैं। इस डिज़ाइन का उद्देश्य ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट्स को हटाकर सुरक्षा में सुधार करना और ऊर्जा घनत्व को बढ़ाना है। जीवनकाल उच्च क्षमता वाले एनोड, विशेष रूप से शुद्ध एनोड के उपयोग को सक्षम करके लिथियम धातु।

सॉलिड-स्टेट बैटरी का मूल नवाचार सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट है। इस घटक को आयनों के लिए उत्कृष्ट चालक होने के साथ-साथ आंतरिक शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए एक आदर्श विद्युत कुचालक होने की चुनौतीपूर्ण दोहरी भूमिका निभानी होती है। शोधकर्ता कई प्रकार की सामग्रियों की खोज कर रहे हैं, जिनमें अकार्बनिक क्रिस्टलीय सिरेमिक (जैसे, गार्नेट-प्रकार LLZO – Li₇La₃Zr₂O₁₂), अनाकार कांचनुमा सिरेमिक और ठोस पॉलिमर शामिल हैं।

मुख्य प्रेरणा सुरक्षा है। पारंपरिक लिथियम आयन बैटरी use flammable organic liquid electrolytes, which can leak and catch fire in cases of damage or malfunction, a phenomenon known as thermal runaway. A solid, non-flammable electrolyte inherently mitigates this risk. Beyond safety, the solid electrolyte is a key enabler for next-generation anode materials. The ultimate anode is pure लिथियम metal, which offers the highest theoretical energy density. However, in liquid electrolytes, lithium metal tends to form needle-like structures called dendrites during charging. These dendrites can grow across the separator, short-circuit the cell, and cause a fire.

एक मजबूत यांत्रिक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक भौतिक अवरोधक के रूप में कार्य कर सकता है, जिससे डेंड्राइट की वृद्धि रुक ​​जाती है और लिथियम धातु एनोड का सुरक्षित उपयोग संभव हो जाता है। इससे काफी अधिक ऊर्जा घनत्व (इलेक्ट्रिक वाहन के लिए अधिक रेंज) और लंबी चक्र अवधि वाली बैटरियां बन सकती हैं। हालांकि, कमरे के तापमान पर उच्च आयनिक चालकता प्राप्त करना, आयतन परिवर्तन के दौरान ठोस इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच स्थिर इंटरफ़ेस बनाए रखना और लागत प्रभावी विनिर्माण प्रक्रियाओं का विकास करना प्रमुख चुनौतियां हैं।

UNESCO Nomenclature: 3319
• सामग्री प्रौद्योगिकी

Type

भौतिक उपकरण

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

उभरती प्रौद्योगिकी

शगुन

  • ठोस पदार्थों में आयनिक चालकता की खोज माइकल फैराडे द्वारा की गई।
  • का विकास लिथियम-आयन बैटरी chemistry and electrode materials
  • सिरेमिक विज्ञान और पतली-फिल्म निक्षेपण तकनीकों में प्रगति
  • ठोस पदार्थों में आयन परिवहन की सैद्धांतिक समझ

आवेदन

  • पेसमेकर और अन्य प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरण
  • आरएफआईडी टैग और स्मार्ट कार्ड
  • पहनने योग्य सेंसर
  • अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रिक वाहन (विकास के अधीन)
  • एयरोस्पेस और रक्षा प्रणालियाँ

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • flexible, transparent solid-state batteries for integration into smart glass or foldable displays
  • 3d-printed solid-state microbatteries for powering एमईएमएस and iot devices
  • चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के कारण होने वाली सूक्ष्म दरारों की मरम्मत करने वाले स्व-उपचारक ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स
  • एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए मिश्रित सामग्रियों में एकीकृत संरचनात्मक ठोस-अवस्था बैटरियां
  • डाउनहोल ड्रिलिंग जैसे चरम वातावरण में उपयोग के लिए उच्च तापमान वाली सॉलिड-स्टेट बैटरियां।
  • वास्तविक समय में स्वास्थ्य की निगरानी के लिए एकीकृत सॉलिड-स्टेट सेंसर वाली बैटरियां
  • हाइब्रिड ठोस-तरल इलेक्ट्रोलाइट्स जो सुरक्षा और उच्च चालकता का संयोजन करते हैं
  • पतली-फिल्म ठोस-अवस्था कोशिकाओं के लिए रोल-टू-रोल प्रसंस्करण का उपयोग करके स्केलेबल विनिर्माण तकनीकें
संबंधित विषय: सॉलिड-स्टेट बैटरी, सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट, ऊर्जा घनत्व, लिथियम मेटल एनोड, बैटरी सुरक्षा, सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट, डेंड्राइट्स, एलएलजेडओ।

ऐतिहासिक संदर्भ

ठोस-अवस्था बैटरी सिद्धांत

1987
1989
1990
1990
1990
1990
1990
1986
1987-03
1990
1990
1990
1990
1990
1990

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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