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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।

इसका मुख्य उद्देश्य सुरक्षा है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों में ज्वलनशील कार्बनिक तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग होता है, जो क्षति या खराबी की स्थिति में रिसाव और आग पकड़ सकता है, जिसे थर्मल रनवे कहा जाता है। एक ठोस, गैर-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट स्वाभाविक रूप से इस जोखिम को कम करता है। सुरक्षा के अलावा, ठोस इलेक्ट्रोलाइट अगली पीढ़ी के एनोड पदार्थों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। सर्वोत्तम एनोड शुद्ध लिथियम धातु है, जो उच्चतम सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व प्रदान करती है। हालांकि, तरल इलेक्ट्रोलाइट में, चार्जिंग के दौरान लिथियम धातु सुई जैसी संरचनाएं बनाती है जिन्हें डेंड्राइट्स कहा जाता है। ये डेंड्राइट्स सेपरेटर के ऊपर फैल सकती हैं, सेल में शॉर्ट सर्किट कर सकती हैं और आग का कारण बन सकती हैं।

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।
  • लिथियम-आयन बैटरी रसायन विज्ञान और इलेक्ट्रोड सामग्री का विकास
  • 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

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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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