சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது லித்தியம் அயனிகள் பேட்டரி எலக்ட்ரோடு உள்ளேயும் வெளியேயும் பாயும் போது, ஒரு சிறிய பிட் ஆக்ஸிஜன் வெளியேறுகிறது மற்றும் பேட்டரியின் மின்னழுத்தம் - எவ்வளவு ஆற்றலை வழங்குகிறது என்பதை அளவிடும் - சமமான சிறிய பிட் மங்குகிறது. காலப்போக்கில் இழப்புகள் அதிகரித்து, இறுதியில் பேட்டரியின் ஆற்றல் சேமிப்பு திறனை 10-15% குறைக்கலாம்.
இப்போது ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த சூப்பர்-மெதுவான செயல்முறையை முன்னோடியில்லாத விவரங்களுடன் அளந்துள்ளனர், ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் வெளியேறுவதால் எஞ்சியிருக்கும் துளைகள் அல்லது காலியிடங்கள் மின்முனையின் கட்டமைப்பையும் வேதியியலையும் எவ்வாறு மாற்றி, அது எவ்வளவு ஆற்றலைச் சேமிக்க முடியும் என்பதை படிப்படியாகக் குறைக்கிறது.
இந்த செயல்முறையைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் செய்த சில அனுமானங்களுக்கு முடிவுகள் முரண்படுகின்றன, மேலும் அதைத் தடுக்க பொறியியல் மின்முனைகளின் புதிய வழிகளைப் பரிந்துரைக்கலாம்.
எரிசக்தித் துறையின் SLAC தேசிய முடுக்கி ஆய்வகம் மற்றும் ஸ்டான்போர்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் ஆராய்ச்சிக் குழு இன்று நேச்சர் எனர்ஜியில் தங்கள் பணிகளை விவரித்துள்ளது.
"நூற்றுக்கணக்கான சுழற்சிகளில் மிக மெதுவாக வெளியேறும் ஆக்ஸிஜனை எங்களால் அளவிட முடிந்தது," என்று இணை பேராசிரியர் வில் சூஹுடன் பரிசோதனைகளில் பணிபுரிந்த ஸ்டான்போர்ட் பிஎச்டி மாணவர் பீட்டர் செர்னிகா கூறினார். "இது மிகவும் மெதுவாக உள்ளது என்பதும் அதைக் கண்டறிவதை கடினமாக்கியது."
இரு-வழி ராக்கிங் நாற்காலி
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் ஒரு ராக்கிங் நாற்காலி போல வேலை செய்கின்றன, தற்காலிகமாக சார்ஜ் சேமிக்கும் இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் லித்தியம் அயனிகளை முன்னும் பின்னுமாக நகர்த்துகின்றன. வெறுமனே, அந்த அயனிகள் மட்டுமே ஒவ்வொரு மின்முனையையும் உருவாக்கும் பில்லியன் கணக்கான நானோ துகள்களுக்கு உள்ளேயும் வெளியேயும் நகரும். ஆனால் லித்தியம் முன்னும் பின்னுமாக நகரும்போது ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் துகள்களிலிருந்து வெளியேறுகின்றன என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் சில காலமாக அறிந்திருக்கிறார்கள். இந்த கசிவுகளிலிருந்து வரும் சிக்னல்கள் நேரடியாக அளவிட முடியாத அளவுக்கு சிறியதாக இருப்பதால், விவரங்களைக் குறைப்பது கடினமாக உள்ளது.
"ஆக்சிஜன் கசிவின் மொத்த அளவு, பேட்டரி சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் 500 சுழற்சிகள், 6% ஆகும்," Csernica கூறினார். "இது அவ்வளவு சிறிய எண் அல்ல, ஆனால் ஒவ்வொரு சுழற்சியின் போதும் வெளிவரும் ஆக்ஸிஜனின் அளவை அளவிட முயற்சித்தால், அது ஒரு-சதவீதத்தில் நூற்றில் ஒரு பங்காகும்."
இந்த ஆய்வில், ஆக்ஸிஜன் இழப்பு துகள்களின் வேதியியல் மற்றும் கட்டமைப்பை எவ்வாறு மாற்றியமைக்கிறது என்பதைப் பார்த்து, ஆராய்ச்சியாளர்கள் கசிவை மறைமுகமாக அளவிட்டனர். மிகச்சிறிய நானோ துகள்கள் முதல் நானோ துகள்கள் வரை மின்முனையின் முழு தடிமன் வரை பல நீள அளவுகளில் - செயல்முறையை அவர்கள் கண்காணித்தனர்.
பேட்டரிகள் இயங்கும் வெப்பநிலையில் ஆக்ஸிஜன் அணுக்கள் திடப் பொருட்களில் நகர்வது மிகவும் கடினம் என்பதால், வழக்கமான ஞானம் என்னவென்றால், ஆக்ஸிஜன் கசிவுகள் நானோ துகள்களின் மேற்பரப்பில் இருந்து மட்டுமே வருகின்றன, இது விவாதத்திற்கு உட்பட்டது என்றாலும், சூஹ் கூறினார்.
என்ன நடக்கிறது என்பதை உன்னிப்பாகக் காண, ஆராய்ச்சிக் குழு பேட்டரிகளை வெவ்வேறு நேரங்களுக்கு சைக்கிள் ஓட்டி, அவற்றைப் பிரித்து, லாரன்ஸ் பெர்க்லி தேசிய ஆய்வகத்தின் மேம்பட்ட ஒளி மூலத்தில் விரிவான பரிசோதனைக்காக எலக்ட்ரோடு நானோ துகள்களை வெட்டியது. அங்கு, ஒரு சிறப்பு X{1}}கதிர் நுண்ணோக்கி மாதிரிகள் முழுவதும் ஸ்கேன் செய்து, உயர்{2}}ரெஸ் படங்களை உருவாக்கி, ஒவ்வொரு சிறிய இடத்தின் இரசாயன ஒப்பனையையும் ஆய்வு செய்கிறது. இந்தத் தகவல் ஒரு மீட்டரின் பில்லியனில் அளக்கப்படும் நானோ அளவிலான விவரங்களை வெளிப்படுத்த ptychography எனப்படும் கணக்கீட்டு நுட்பத்துடன் இணைக்கப்பட்டது.
இதற்கிடையில், SLAC இன் Stanford Synchrotron Light Source இல், குழு முழு மின்முனைகள் வழியாகவும் X-கதிர்களை படம்பிடித்து, நானோ அளவிலான அளவில் தாங்கள் பார்ப்பது மிகப் பெரிய அளவில் உண்மை என்பதை உறுதிப்படுத்தியது.
ஒரு வெடிப்பு, பின்னர் ஒரு துளி
ஆக்சிஜன் இழப்பு எவ்வாறு நிகழலாம் என்பதற்கான சோதனை முடிவுகளை கணினி மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடுகையில், துகள்களின் மேற்பரப்பில் இருந்து ஆக்ஸிஜனின் ஆரம்ப வெடிப்பு வெளியேறுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து உட்புறத்திலிருந்து மிக மெதுவாக வெளியேறுகிறது என்று குழு முடிவு செய்தது. நானோ துகள்கள் ஒன்றிணைந்து பெரிய கொத்துக்களை உருவாக்கும் இடத்தில், கொத்தின் மையத்திற்கு அருகில் உள்ளவர்கள் மேற்பரப்புக்கு அருகில் உள்ளதை விட குறைவான ஆக்ஸிஜனை இழந்தனர்.
மற்றொரு முக்கியமான கேள்வி, ஆக்சிஜன் அணுக்களின் இழப்பு அவை விட்டுச்சென்ற பொருளை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதுதான் சூஹ் கூறினார். "இது உண்மையில் ஒரு பெரிய மர்மம்," என்று அவர் கூறினார். "நானோ துகள்களில் உள்ள அணுக்கள் நெருங்கிய-பேக் செய்யப்பட்ட கோளங்கள் போல் இருப்பதாக கற்பனை செய்து பாருங்கள். நீங்கள் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை வெளியே எடுத்தால், முழு பொருளும் கீழே விழுந்து அடர்த்தியாகலாம், ஏனெனில் கட்டமைப்பு நெருக்கமாக நிரம்பியிருப்பதை விரும்புகிறது."
மின்முனையின் கட்டமைப்பின் இந்த அம்சத்தை நேரடியாகப் படம்பிடிக்க முடியாததால், விஞ்ஞானிகள் மீண்டும் பல்வேறு வகையான ஆக்ஸிஜன் இழப்புக் காட்சிகளின் கணினி மாதிரிகளுக்கு எதிராக மற்ற வகையான சோதனை அவதானிப்புகளை ஒப்பிட்டனர். காலியிடங்கள் தொடர்ந்து நீடிக்கின்றன - பொருள் செயலிழந்து அடர்த்தியாகாது - மற்றும் பேட்டரியின் படிப்படியான சரிவுக்கு அவை எவ்வாறு பங்களிக்கின்றன என்பதைப் பரிந்துரைக்கிறது.
"ஆக்சிஜன் வெளியேறும் போது, சுற்றியுள்ள மாங்கனீசு, நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட் அணுக்கள் இடம்பெயர்கின்றன. அனைத்து அணுக்களும் அவற்றின் சிறந்த நிலைகளில் இருந்து நடனமாடுகின்றன," என்று சூஹ் கூறினார். "உலோக அயனிகளின் இந்த மறுசீரமைப்பு, காணாமல் போன ஆக்ஸிஜனால் ஏற்படும் இரசாயன மாற்றங்களுடன், மின்னழுத்தம் மற்றும் பேட்டரியின் செயல்திறனை காலப்போக்கில் குறைக்கிறது. மக்கள் இந்த நிகழ்வின் அம்சங்களை நீண்ட காலமாக அறிந்திருக்கிறார்கள், ஆனால் வழிமுறை தெளிவாக இல்லை."
இப்போது, அவர் கூறினார், "இந்த முக்கியமான பேட்டரி சிதைவின் மூலத்தைப் பற்றிய அறிவியல், கீழ்{0}}எங்களுக்கு இந்த புரிதல் உள்ளது, இது ஆக்ஸிஜன் இழப்பு மற்றும் அதன் தீங்கு விளைவிக்கும் விளைவுகளைத் தணிப்பதற்கான புதிய வழிகளுக்கு வழிவகுக்கும்.
