پس منظر

1800 میں، اطالوی ماہر طبیعیات اے وولٹا نے وولٹیک پائل بنایا، جس نے عملی بیٹریوں کا آغاز کیا اور پہلی بار الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات میں الیکٹرولائٹ کی اہمیت کو بیان کیا۔ الیکٹرولائٹ کو منفی اور مثبت الیکٹروڈ کے درمیان داخل ہونے والی مائع یا ٹھوس کی شکل میں الیکٹرانک طور پر موصل اور آئن کنڈکٹنگ پرت کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ فی الحال، سب سے جدید الیکٹرولائٹ ٹھوس لتیم نمک (جیسے LiPF6) کو غیر آبی نامیاتی کاربونیٹ سالوینٹس (جیسے EC اور DMC) میں تحلیل کرکے بنایا جاتا ہے۔ عام سیل کی شکل اور ڈیزائن کے مطابق، الیکٹرولائٹ عام طور پر سیل کے وزن کا 8% سے 15% تک ہوتا ہے۔ کیا'مزید، اس کی آتش گیریت اور بہترین آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد -10°سی سے 60°C بیٹری کی توانائی کی کثافت اور حفاظت کی مزید بہتری میں بہت زیادہ رکاوٹ ہے۔ اس لیے، نئی بیٹریوں کی اگلی نسل کی ترقی کے لیے اختراعی الیکٹرولائٹ فارمولیشنز کو کلیدی فعال سمجھا جاتا ہے۔

محققین مختلف الیکٹرولائٹ سسٹم تیار کرنے کے لیے بھی کام کر رہے ہیں۔ مثال کے طور پر، فلورینیٹڈ سالوینٹس کا استعمال جو موثر لیتھیم میٹل سائیکلنگ، نامیاتی یا غیر نامیاتی ٹھوس الیکٹرولائٹس حاصل کر سکتے ہیں جو گاڑیوں کی صنعت اور "ٹھوس حالت کی بیٹریاں" (SSB) کے لیے فائدہ مند ہیں۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ اگر ٹھوس الیکٹرولائٹ اصل مائع الیکٹرولائٹ اور ڈایافرام کی جگہ لے لے تو بیٹری کی حفاظت، واحد توانائی کی کثافت اور زندگی کو نمایاں طور پر بہتر کیا جا سکتا ہے۔ اگلا، ہم بنیادی طور پر مختلف مواد کے ساتھ ٹھوس الیکٹرولائٹس کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتے ہیں۔

غیر نامیاتی ٹھوس الیکٹرولائٹس

غیر نامیاتی ٹھوس الیکٹرولائٹس کو تجارتی الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات میں استعمال کیا گیا ہے، جیسے کچھ اعلی درجہ حرارت ریچارج ایبل بیٹریاں Na-S، Na-NiCl2 بیٹریاں اور بنیادی Li-I2 بیٹریاں۔ واپس 2019 میں، ہٹاچی زوسن (جاپان) نے خلا میں استعمال ہونے اور بین الاقوامی خلائی اسٹیشن (ISS) پر تجربہ کرنے کے لیے 140 mAh کی آل سالڈ سٹیٹ پاؤچ بیٹری کا مظاہرہ کیا۔ یہ بیٹری سلفائیڈ الیکٹرولائٹ اور دیگر نامعلوم بیٹری کے اجزاء پر مشتمل ہے، جو -40 کے درمیان کام کرنے کے قابل ہے۔°سی اور 100°C. 2021 میں کمپنی 1,000 mAh کی زیادہ صلاحیت والی ٹھوس بیٹری متعارف کروا رہی ہے۔ ہٹاچی زوسن سخت ماحول کے لیے ٹھوس بیٹریوں کی ضرورت کو دیکھتا ہے جیسے کہ خلائی اور صنعتی آلات ایک عام ماحول میں کام کرتے ہیں۔ کمپنی 2025 تک بیٹری کی صلاحیت کو دوگنا کرنے کا ارادہ رکھتی ہے۔ لیکن ابھی تک، کوئی بھی آف دی شیلف آل سالڈ سٹیٹ بیٹری پروڈکٹ نہیں ہے جسے الیکٹرک گاڑیوں میں استعمال کیا جا سکے۔

نامیاتی نیم ٹھوس اور ٹھوس الیکٹرولائٹس

نامیاتی ٹھوس الیکٹرولائٹ کے زمرے میں، فرانس کے Bolloré نے ایک جیل کی قسم PVDF-HFP الیکٹرولائٹ اور جیل کی قسم PEO الیکٹرولائٹ کو کامیابی کے ساتھ تجارتی بنا دیا ہے۔ کمپنی نے اس بیٹری ٹیکنالوجی کو الیکٹرک گاڑیوں پر لاگو کرنے کے لیے شمالی امریکہ، یورپ اور ایشیا میں کار شیئرنگ پائلٹ پروگرام بھی شروع کیے ہیں، لیکن اس پولیمر بیٹری کو مسافر کاروں میں کبھی بھی بڑے پیمانے پر نہیں اپنایا گیا۔ ان کے ناقص تجارتی اپنانے میں حصہ ڈالنے والا ایک عنصر یہ ہے کہ وہ صرف نسبتا high زیادہ درجہ حرارت پر استعمال ہوسکتے ہیں (50°سی سے 80°C) اور کم وولٹیج کی حدود۔ یہ بیٹریاں اب تجارتی گاڑیوں میں استعمال ہو رہی ہیں، جیسے کہ کچھ سٹی بسوں میں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر خالص ٹھوس پولیمر الیکٹرولائٹ بیٹریوں کے ساتھ کام کرنے کا کوئی کیس نہیں ہے (یعنی تقریباً 25°سی)۔

سیمیسولڈ زمرے میں انتہائی چپکنے والی الیکٹرولائٹس شامل ہیں، جیسے نمک کے سالوینٹ مرکب، الیکٹرولائٹ محلول جس میں نمک کا ارتکاز معیاری 1 mol/L سے زیادہ ہوتا ہے، جس میں ارتکاز یا سنترپتی پوائنٹس 4 mol/L تک زیادہ ہوتے ہیں۔ مرتکز الیکٹرولائٹ مرکب کے ساتھ ایک تشویش فلورینیٹڈ نمکیات کا نسبتاً زیادہ مواد ہے، جو اس طرح کے الیکٹرولائٹس کے لتیم مواد اور ماحولیاتی اثرات کے بارے میں بھی سوالات اٹھاتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ایک بالغ پروڈکٹ کی کمرشلائزیشن کے لیے ایک جامع لائف سائیکل تجزیہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ اور تیار شدہ نیم ٹھوس الیکٹرولائٹس کے خام مال کو بھی آسان اور آسانی سے دستیاب ہونا ضروری ہے تاکہ برقی گاڑیوں میں زیادہ آسانی سے ضم کیا جا سکے۔

ہائبرڈ الیکٹرولائٹس

ہائبرڈ الیکٹرولائٹس، جسے مکسڈ الیکٹرولائٹس بھی کہا جاتا ہے، کو پانی/نامیاتی سالوینٹ ہائبرڈ الیکٹرولائٹس کی بنیاد پر تبدیل کیا جا سکتا ہے یا ٹھوس الیکٹرولائٹ میں غیر آبی مائع الیکٹرولائٹ محلول شامل کر کے، ٹھوس الیکٹرولائٹس کی مینوفیکچریبلٹی اور اسکیل ایبلٹی اور اسٹیکنگ ٹیکنالوجی کی ضروریات کو مدنظر رکھتے ہوئے۔ تاہم، اس طرح کے ہائبرڈ الیکٹرولائٹس ابھی تحقیق کے مرحلے میں ہیں اور کوئی تجارتی مثالیں نہیں ہیں۔

الیکٹرولائٹس کی تجارتی ترقی کے لئے غور و فکر

ٹھوس الیکٹرولائٹس کے سب سے بڑے فوائد اعلی حفاظت اور طویل سائیکل زندگی ہیں، لیکن متبادل مائع یا ٹھوس الیکٹرولائٹس کا جائزہ لیتے وقت درج ذیل نکات پر غور کرنا چاہیے:

• ٹھوس الیکٹرولائٹ کے مینوفیکچرنگ کا عمل اور سسٹم ڈیزائن۔ لیبارٹری گیج بیٹریاں عام طور پر ٹھوس الیکٹرولائٹ ذرات پر مشتمل ہوتی ہیں جن کی موٹی کئی سو مائکرون ہوتی ہے، جو الیکٹروڈ کے ایک طرف لیپت ہوتے ہیں۔ یہ چھوٹے ٹھوس خلیے بڑے خلیات (10 سے 100Ah) کے لیے درکار کارکردگی کے نمائندے نہیں ہیں، کیونکہ 10~100Ah کی صلاحیت موجودہ پاور بیٹریوں کے لیے درکار کم از کم تصریح ہے۔
• ٹھوس الیکٹرولائٹ بھی ڈایافرام کے کردار کی جگہ لے لیتا ہے۔ چونکہ اس کا وزن اور موٹائی PP/PE ڈایافرام سے زیادہ ہے، اس لیے اسے وزن کی کثافت حاصل کرنے کے لیے ایڈجسٹ کیا جانا چاہیے۔≥350Wh/kgاور توانائی کی کثافت≥900Wh/L اس کی کمرشلائزیشن میں رکاوٹ سے بچنے کے لیے۔

بیٹری ہمیشہ کسی حد تک حفاظتی خطرہ ہوتی ہے۔ ٹھوس الیکٹرولائٹس، اگرچہ یہ مائعات سے زیادہ محفوظ ہے، ضروری نہیں کہ غیر آتش گیر ہو۔ کچھ پولیمر اور غیر نامیاتی الیکٹرولائٹس آکسیجن یا پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں، جس سے گرمی اور زہریلی گیسیں پیدا ہوتی ہیں جو آگ اور دھماکے کا خطرہ بھی لاحق ہوتی ہیں۔ سنگل سیلز کے علاوہ پلاسٹک، کیسز اور پیک میٹریل بے قابو دہن کا سبب بن سکتے ہیں۔ لہذا بالآخر، ایک جامع، نظام کی سطح کے حفاظتی امتحان کی ضرورت ہے۔