24 سے 26 اگست تک، کاربن نیوٹرل انرجی سمٹ فورم اور تیسری چائنا انٹرنیشنل نیو انرجی سٹوریج ٹیکنالوجی اینڈ انجینئرنگ ایپلی کیشن کانفرنس اور نیو انرجی سٹوریج ٹیکنالوجی ینگ سائنٹسٹ فورم شینزین ڈویلپمنٹ اینڈ ریفارم کمیشن کی رہنمائی میں شینزین میں منعقد ہوئے۔ چائنا کیمیکل اینڈ فزیکل پاور انڈسٹری ایسوسی ایشن اور سدرن یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی کاربن نیوٹرل انرجی ریسرچ انسٹی ٹیوٹ کے زیر اہتمام، اور 100 سے زائد اداروں کے تعاون سے۔ کانفرنس کا موضوع "نئی پیداواری صلاحیت کو فروغ دینا اور توانائی ذخیرہ کرنے کی صنعت کی اعلیٰ معیار کی ترقی کو فروغ دینا" ہے۔
کانفرنس کے منتظمین نے 6 ماہرین تعلیم اور 100 صنعتی ماہرین کو 12 خصوصی سیشنز پر گہرائی سے بات چیت اور تبادلے کے لیے مدعو کیا، جس میں نئے توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کے انضمام کے حل، طویل مدتی توانائی ذخیرہ کرنے کی ٹیکنالوجی اور ایپلی کیشنز، ورچوئل پاور پلانٹس، صنعتی اور تجارتی توانائی شامل ہیں۔ اسٹوریج، نئی انرجی سٹوریج بیٹریاں، نئی انرجی سٹوریج اور بجلی کی مارکیٹیں، سمارٹ مائیکرو گرڈز، انرجی سٹوریج کے معیارات کو فروغ دینا، اور نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی نوجوان سائنسدانوں کا فورم۔
25 اگست کی صبح، ژیان جیاؤٹونگ یونیورسٹی کے سکول آف میٹریل سائنس اینڈ انجینئرنگ کے پروفیسر ننگ شیاؤہوئی کو "نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹری خصوصی سیشن" میں کلیدی تقریر کرنے کے لیے مدعو کیا گیا۔ رپورٹ کا عنوان "نئی مائع دھاتی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹری ٹیکنالوجی میں پیش رفت" تھا۔
صبح بخیر، سب! میں Xi'an Jiaotong یونیورسٹی سے Ning Xiaohui ہوں۔ سوڈیم آئن بیٹری جس کے بارے میں پروفیسر کاو نے ابھی بات کی ہے اور پروفیسر یان نے جس فلو بیٹری کو متعارف کرایا ہے اس کے مقابلے میں، ہماری ٹیکنالوجی بہت عمدہ ہے۔ اسے مائع دھاتی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹری کی ایک نئی قسم کہا جاتا ہے۔ ہماری چیز کو مائع دھات کے طور پر زیادہ درست طریقے سے بیان کیا گیا ہے۔ یہ بیٹری آپ کے موبائل فون میں استعمال ہونے والی لیتھیم آئن بیٹری، فلو بیٹری اور سوڈیم آئن بیٹری سے مختلف ہے۔ یہ ایک اعلی درجہ حرارت والی بیٹری ہے۔ اس علاقے میں ہمارے ریسرچ گروپ کی پیشرفت کو متعارف کرانے کا موقع فراہم کرنے کے لیے آپ کا بہت بہت شکریہ۔
پس منظر اور اہمیت کا تعارف تمام اساتذہ نے ابھی کیا ہے۔ اہم نکتہ یہ ہے کہ موجودہ کاربن چوٹی اور کاربن غیر جانبداری کے اہداف ہم سے اپنے توانائی کے ڈھانچے کو تبدیل کرنے کا تقاضا کرتے ہیں۔ جیواشم توانائی کے زیر تسلط موجودہ توانائی کے ڈھانچے سے لے کر نئی توانائی کے زیر اثر مستقبل کے ڈھانچے تک۔ یہ تبدیلی پاور گرڈ سسٹم کے لیے زیادہ ضروری ہے، کیونکہ ہمارا موجودہ پاور گرڈ تھرمل پاور پر مبنی ہے، بشمول ہائیڈرو پاور اور نیوکلیئر پاور۔ یہ تینوں توانائی کے ذرائع بہت مستحکم ہیں اور بجلی پیدا کرنے کے لیے ان کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ بجلی کی کھپت کی طرف، ہمارے کارخانوں اور گھرانوں میں بجلی کے استعمال کے قوانین قابل عمل ہیں۔ اب ہم سٹیٹ گرڈ اور سدرن پاور گرڈ، بڑے پیمانے پر ٹرانسمیشن اور ڈسٹری بیوشن اور بڑے پیمانے پر ترسیل کی صلاحیتوں کے ذریعے پاور جنریشن سائیڈ اور پاور کنسپشن سائیڈ کے درمیان متحرک توازن کو پوری طرح پورا کر سکتے ہیں۔ لیکن مستقبل میں ہمیں اپنے توانائی کے ڈھانچے کو تبدیل کرنا ہوگا۔ پاور جنریشن سائیڈ میں ونڈ پاور اور فوٹو وولٹک پاور کو شامل کرنے کی ضرورت ہے۔ ہر کوئی جانتا ہے کہ یہ توانائی بہت غیر مستحکم اور بے ترتیب ہے۔ لہٰذا اسے پاور جنریشن سائیڈ میں شامل کرنے کے بعد، یہ سائیڈ بھی بہت زیادہ اتار چڑھاؤ کا شکار ہو جائے گی، اور مائیکرو گرڈ پاور کنسپشن سائیڈ جیسے الیکٹرک گاڑیاں اور نئی انرجی کے صارف سائیڈ میں بڑھتی ہوئی تبدیلیوں کے ساتھ صارف سائیڈ کی بے ترتیب پن اور بے قابو ہو جائے گی۔ زیادہ سے زیادہ مشکل. اس صورت میں، بڑے پیمانے پر پاور اسٹوریج ٹیکنالوجی ہمارے لیے بہت اہم ہے۔
جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، "14ویں پانچ سالہ منصوبہ" میں توانائی کے ذخیرہ کرنے کے نئے ترقیاتی عمل درآمد کے منصوبے میں، ہمارے قومی ترقی اور اصلاحات کمیشن اور توانائی بیورو نے بھی واضح طور پر کہا ہے کہ وہ توانائی کے ذخیرہ کرنے کے لیے ایک نیا اختراعی نظام بنانے کی امید رکھتے ہیں اور ترقی میں اضافہ کریں گے۔ متنوع ٹیکنالوجیز کی. اس تناظر میں، ہماری مخصوص توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی کے پاس زندہ رہنے کی تھوڑی سی گنجائش ہے۔
اگر ہم توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریاں بنانا چاہتے ہیں تو ہمیں کچھ اور جدید نظام بنانے ہوں گے اور ڈیزائن کے کچھ سابقہ خیالات کو ترک کرنا ہوگا۔ ہمیں کچھ نئے الیکٹروڈ میٹریل سسٹمز تلاش کرنے اور بیٹری کے کچھ نئے ڈھانچے کو ڈیزائن کرنے کی ضرورت ہے اس سے پہلے کہ ہم کچھ نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹری ٹیکنالوجیز کے ساتھ آئیں۔
MIT میں میرے سابق سرپرست، پروفیسر Sadoway، دھات کاری میں کام کرتے تھے، اور وہ ایلومینیم الیکٹرولیسس سیلز کی طرف متوجہ تھے۔ نیپولین کے تاج پر دھات ایلومینیم سے بنی تھی، جیسا کہ واشنگٹن یادگار کی نوک پر دھات تھی۔ اس وقت ایلومینیم بہت مہنگا تھا، لیکن الیکٹرولائسز کے ذریعے تیار ہونے کے بعد، ایلومینیم بہت سستا ہو گیا اور ہزاروں گھرانوں میں داخل ہو گیا، اس لیے وہ ایلومینیم الیکٹرولائسز ٹیکنالوجی کی طرف متوجہ ہو گیا۔
الیکٹرولیسس کا عمل ان بیٹریوں کا الٹا عمل ہے جو ہم اب استعمال کرتے ہیں۔ ہمارا الیکٹرولیسس عمل بنیادی طور پر برقی توانائی کو کیمیائی توانائی میں تبدیل کرتا ہے، جبکہ بیٹریاں کیمیائی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتی ہیں۔ الیکٹرولیسس کا اصول استعمال کیا جاتا ہے جب بیٹریاں چارج کی جاتی ہیں. ایلومینیم الیکٹرولیسس سیل بہت بڑا ہے، سینکڑوں میٹر لمبا ہے، اور یہ بہت زیادہ بجلی استعمال کرتا ہے۔ یہ 500،000 ایمپیئر 4 وولٹ کا نظام ہے، اور یہ ہر روز بہت زیادہ بجلی استعمال کرتا ہے۔ اس وقت، ہمارے سب سے بنیادی خیالات میں سے ایک یہ تھا کہ الیکٹرولائسز کے عمل کو الٹ دیا جائے اور بجلی استعمال کرنے والی چیزوں کو بجلی ذخیرہ کرنے والی چیزوں میں تبدیل کیا جائے، انہیں توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے ایک بڑی بیٹری میں تبدیل کیا جائے۔ یہ کیسے کرنا ہے؟ ہم نے ایلومینیم الیکٹرولیسس ریفائننگ کے عمل کے بارے میں سوچا، خام ایلومینیم سے ریفائنڈ ایلومینیم تک الیکٹرو کیمیکل ریفائننگ کا عمل، تین پرتوں والے مائع ڈھانچے کا استعمال کرتے ہوئے، نیچے خام ایلومینیم ہے، اور درمیان میں الیکٹرولائٹ پگھلا ہوا نمک کا نظام ہے، جیسا کہ ٹیبل نمک جو ہم روزمرہ کی زندگی میں دیکھتے ہیں۔ یہ چیز زیادہ درجہ حرارت پر پگھل جائے گی اور پانی کی طرح ایک مائع بن جائے گی، جو آئنوں کو چلا سکتی ہے، اس لیے الیکٹرولائٹ پگھلا ہوا نمک ہے، اور اوپر سے بہتر ایلومینیم مواد مل سکتا ہے۔ مائع مواد کی تین پرتیں کیوں پیدا کی جا سکتی ہیں؟ چونکہ ان تینوں مواد کی کثافتیں مختلف ہیں، اس لیے وہ قدرتی طور پر تین تہوں میں تقسیم ہوتے ہیں: اوپری، درمیانی اور نچلی۔ مزید برآں، الیکٹرولیسس کا عمل اعلی درجہ حرارت پر چلتا ہے اور بڑے کرنٹ کو گزر سکتا ہے۔
ان خیالات کے ساتھ، ہم نے سوچا کہ کیا ہم ایلومینیم الیکٹرولائٹک ریفائننگ کے اصول کو تین پرتوں والی مائع بیٹری، مائع دھات کی بیٹری کو ڈیزائن کرنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔ مائع دھاتی بیٹری کے تین مواد، مثبت الیکٹروڈ، منفی الیکٹروڈ مواد اور الیکٹرولائٹ مواد، مختلف کثافت رکھتے ہیں، لہذا انہیں قدرتی طور پر تین تہوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: اوپری، درمیانی اور نیچے۔ سب سے ہلکی دھات سب سے اوپر ہے، جو بیٹری کا منفی الیکٹروڈ ہے، اور سب سے زیادہ کثافت والی دھات نیچے ہے، جو بیٹری کا مثبت الیکٹروڈ ہے۔ درمیان میں پگھلا ہوا نمک کا نظام ہے۔ جب بیٹری ڈسچارج ہو جائے گی، منفی الیکٹروڈ آئن بن جائے گا، الیکٹرولائٹ پگھلے ہوئے نمک کے ذریعے مثبت الیکٹروڈ کی سطح پر پھیل جائے گا، اور ایک مرکب بنائے گا۔ چارج کرنا الٹا عمل ہے۔ چارجنگ اور ڈسچارج کے عمل کے دوران، یہ صرف مائع الیکٹروڈ مواد کے حجم میں تبدیلی ہے، اور ٹھوس مواد کی ساخت یا مادی ساخت کے گرنے کا کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ لہذا نظریہ میں، اس کی سائیکل کی زندگی بہت طویل ہوسکتی ہے. مائع دھاتیں نسبتاً سستی دھاتیں استعمال کرتی ہیں جن میں نسبتاً وافر ذخائر ہوتے ہیں، اس لیے قیمت نسبتاً کم ہوتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، درمیان میں الیکٹرولائٹ غیر نامیاتی پگھلے ہوئے نمک سے بنا ہوتا ہے، جس میں ڈایافرام کی ضرورت نہیں ہوتی اور اس کی قیمت نسبتاً کم ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، اعلی درجہ حرارت پر اس میں بہت زیادہ آئنک چالکتا ہے۔ مزید یہ کہ جب بیٹری کو بڑا بنایا جاتا ہے تو تھری لیئر مائع ڈھانچہ بہت آسان ہوتا ہے، لہذا سینکڑوں ایمپیئر گھنٹے کے ساتھ سنگل سیل بنانا بہت آسان ہے۔ ہماری لیبارٹری 200 ایمپیئر گھنٹے سے زیادہ کی صلاحیت کے ساتھ بیٹری سیل بنا سکتی ہے۔ صرف ایک مسئلہ یہ ہے کہ یہ ایک اعلی درجہ حرارت کا نظام ہے، لہذا جب اسے پہلی بار چلایا جائے تو اسے گرم کرنے کی ضرورت ہے۔ تاہم، بیٹریوں کو اسٹیک کرنے اور موصلیت کا بہتر کام کرنے کے بعد، چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران بڑی مقدار میں حرارت پیدا ہوگی، جو گرمی کے نقصان کے ساتھ ایک متحرک توازن حاصل کرسکتی ہے، جو مائع دھات کی بیٹری کو چلانے کے لیے کافی ہے۔ اس طرح ایک اعلی درجہ حرارت، تو یہ ایک خود حرارتی نظام میں بنایا جا سکتا ہے.
جیسا کہ آپ یہاں تصویر سے دیکھ سکتے ہیں، ہر ایک کو مائع دھاتی بیٹری کے تصور کو زیادہ واضح طور پر سمجھنے کے لیے، ہم نے لیبارٹری میں کمرے کے درجہ حرارت کی مائع بیٹری کا ڈیمو بنایا ہے۔ بلاشبہ، اسے عملی طور پر استعمال نہیں کیا جا سکتا کیونکہ اس کا مثبت الیکٹروڈ زہریلے مرکری دھات کا استعمال کرتا ہے۔ ہم نے یہ بیٹری اس لیے بنائی ہے تاکہ ہر کوئی تین پرتوں والے مائع ڈھانچے کو زیادہ واضح طور پر دیکھ سکے۔ اس بیٹری میں وولٹیج ہے اور اسے آسانی سے چارج اور ڈسچارج کیا جا سکتا ہے، لیکن کارکردگی ہماری اصل ہائی ٹمپریچر آپریٹنگ بیٹری سے بہتر نہیں ہے۔ یہ صرف سب کو تین پرتوں والے مائع کے تصور کو سمجھنے دینا ہے۔
اور بیٹری سائیکل کے دوران ڈینڈرائٹ کی نمو۔ چونکہ یہ مائع ہے، چارج اور ڈسچارج کے عمل کے دوران کوئی تناؤ نہیں ہوتا، لہٰذا دباؤ کے بغیر کوئی pulverization نہیں ہوگی۔ ایک ہی وقت میں، مائع دھات اور مائع الیکٹرولائٹ کے درمیان انٹرفیس ایک مائع مائع انٹرفیس ہے جس میں بہت اچھا رابطہ ہے، اس طرح ٹھوس الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان رابطے کے انٹرفیس کا مسئلہ حل ہوتا ہے۔
مائع دھاتی بیٹریاں بھی کچھ فوائد ہیں. چونکہ تین پرتوں والا مائع ڈھانچہ مختلف مادی کثافتوں کی بنیاد پر خود بخود تہہ دار ہوتا ہے، اس لیے بیٹری کا پورا ڈھانچہ بہت آسان اور بڑا بنانا بہت آسان ہے۔ ہماری لیبارٹری 200 ایمپیئر گھنٹے، 300 ایمپیئر گھنٹے، یا یہاں تک کہ 500 یا 600 ایمپیئر گھنٹے کی صلاحیت کے ساتھ بیٹریاں بنا سکتی ہے۔ دوسرا یہ ہے کہ مائع الیکٹروڈز میں ٹھوس الیکٹروڈ کی ساخت میں کچھ تبدیلیاں نہیں ہوتی ہیں جو بیٹری کی صلاحیت کو زوال کا باعث بنتی ہیں۔ ہماری سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے مقابلے میں، طویل چکروں کے بعد، الیکٹروڈ میٹریل ڈھانچہ گر جاتا ہے اور صلاحیت میں کمی کا سبب بنتی ہے۔ یہ مسئلہ ہمارے سسٹم میں موجود نہیں ہے، اس لیے ہماری بیٹری نسبتاً لمبی سروس لائف رکھتی ہے۔ اس کے علاوہ، درمیان میں الیکٹرولائٹ پگھلا ہوا نمک توانائی ذخیرہ کرنے کی ٹیکنالوجی میں گرمی ذخیرہ کرنے کی ٹیکنالوجی رکھتا ہے۔ پگھلا ہوا نمک خود ہیٹ اسٹوریج میٹریل کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ گرمی پیدا کرنے کے بعد، اگر بیٹری شارٹ سرکٹ ہو اور گرمی پیدا کرتی ہے، تو یہ پگھلے ہوئے نمک کے ذریعے جذب ہو جائے گی، اور آگ اور دھماکے کا کوئی خطرہ نہیں ہوگا۔ ایک ہی وقت میں، ڈایافرام کی ضرورت نہیں ہے، لہذا قیمت نسبتا کم ہے.
"نئی توانائی ذخیرہ کرنے کی ترقی کے لیے 14 ویں پانچ سالہ منصوبہ" میں مائع دھاتی بیٹریوں کو ایک نئی ٹیکنالوجی اور مستقبل میں اس سے نمٹنے کی سمت کے طور پر استعمال کرنے کی تجویز بھی دی گئی ہے، اور امید ہے کہ مستقبل میں توانائی ذخیرہ کرنے کے شعبے میں ان کا اطلاق کیا جائے گا۔ .
ذیل میں ہمارے ریسرچ گروپ کی بیٹری میٹریل سسٹمز میں پیش رفت کا تعارف ہے، بشمول سنگل سیلز اور انرجی اسٹوریج سسٹم۔ یہ مائع دھاتی بیٹری کے مواد کے نظام کے ڈیزائن پر ہماری تحقیق کے کچھ نتائج ہیں۔
جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، مواد کو منتخب کرنے کا سب سے بنیادی طریقہ متواتر جدول پر واپس جانا ہے۔ چونکہ ہماری بیٹری کو ایک مخصوص وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے منفی الیکٹروڈ ہلکی دھات سے بننا چاہیے۔ ہم متواتر جدول میں الکلی دھاتیں اور الکلائن زمین کی دھاتیں تلاش کر رہے ہیں، جو نسبتاً ہلکی ہیں اور ان کی ایک خاص سرگرمی ہے۔ مثبت الیکٹروڈ کو بھاری کثافت اور کم پگھلنے والے نقطہ کے ساتھ کسی چیز سے بننے کی ضرورت ہے، لہذا ہماری حد مضبوط غیر دھاتی خصوصیات کے ساتھ دھاتی عناصر میں ہے، جو دھاتی عناصر اور غیر دھاتی عناصر کے درمیان مرحلہ ہے۔
عام طور پر، الیکٹروڈ میٹریل سسٹمز کا ڈیزائن سادہ سے پیچیدہ ہوتا ہے، اس لیے ہم نے ابتدائی طور پر نسبتاً سادہ سسٹم بنایا۔ منفی الیکٹروڈ کے لیے استعمال ہونے والا دھاتی عنصر لتیم ہے، جس کا پگھلنے کا نقطہ تقریباً 180 ڈگری سیلسیس ہے۔ مثبت الیکٹروڈ بسمتھ ہے، جس کا پگھلنے کا نقطہ 270 ڈگری سے زیادہ ہے۔ درمیان میں پگھلا ہوا نمک لتیم پر مبنی ہے، جس کا پگھلنے کا نقطہ تقریباً 400 ڈگری سیلسیس ہے۔ لہذا، اگر ہماری بیٹری 500 ڈگری سیلسیس پر چلتی ہے، تو یہ تین پرتوں کا مائع ڈھانچہ ہوتا ہے۔
ہم نے اس لتیم/بسمتھ مائع دھاتی بیٹری کے نظام میں ایک دلچسپ طریقہ کار دریافت کیا۔ ہم نے شروع میں سوچا کہ چارج اور خارج ہونے کے عمل کے دوران الیکٹروڈ ہمیشہ مائع حالت میں رہتا ہے، لیکن حقیقت میں مثبت الیکٹروڈ ایسا نہیں ہے۔ منفی الیکٹروڈ ہمیشہ مائع حالت میں رہتا ہے، لیکن مثبت الیکٹروڈ کی طرف خارج ہونے والے عمل کے دوران، خارج ہونے والے عمل کے وسط میں کچھ ٹھوس فیز انٹرمیٹالک مرکبات پیدا ہوں گے۔ لیکن یہ ٹھوس مرحلہ صرف ڈسچارج کے عمل کے دوران موجود ہوتا ہے، اور چارج کرتے وقت یہ مائع مرحلے میں واپس آجائے گا۔ دوسرے الفاظ میں، مثبت الیکٹروڈ اصل میں قابل شفا ہے. ڈسچارج کے دوران ایک ٹھوس مرحلہ پیدا ہوگا، لیکن ٹھوس مرحلہ چارجنگ کے دوران غائب ہو جاتا ہے، اور یہ چارجنگ کے دوران تین پرتوں والے مائع ڈھانچے میں واپس آجائے گا۔
ہماری اصل بیٹری کیسی نظر آتی ہے؟ یہ نیچے دائیں کونے میں تصویر ہے (پی پی ٹی دیکھیں)۔ یہ ان بیٹریوں سے مختلف ہے جو آپ اب دیکھتے ہیں۔ یہ بڑا اور بھاری ہے، اور سٹینلیس سٹیل کا شیل استعمال کرتا ہے۔ اس سسٹم میں، ہم نے مختلف صلاحیتوں پر بیٹریوں کے استحکام کی تصدیق کی۔ سب سے چھوٹی بیٹری بہت چھوٹی ہے، جس کا قطر دائیں جانب 1.3 سینٹی میٹر ہے، اور تقریباً چند سو ایم اے ایچ کی گنجائش ہے۔ سب سے بڑے کا قطر تقریباً 15 سینٹی میٹر ہے، اور ہم نے 143 ایمپیئر گھنٹے کی گنجائش حاصل کر لی ہے۔ ہم نے اسے 300 سائیکلوں تک چلایا ہے بغیر کسی صلاحیت میں کمی دیکھے۔
اگرچہ یہ نظام اچھی طرح کام کرتا ہے، لیکن اندرونی مزاحمت نسبتاً بڑی ہے، اور الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان انٹرفیس قدرے غیر متوازن ہے۔ ہم نے بعد میں دریافت کیا کہ چونکہ بیٹری کیس سٹینلیس سٹیل سے بنا ہے، مائع دھات Bi مکمل طور پر سٹینلیس سٹیل کو گیلا نہیں کرتی، اس لیے اندرونی مزاحمت نسبتاً زیادہ ہے۔ گیلے پن کو بہتر بنانے کے لیے، ہم نے Bi میں Se عنصر کی بہت کم مقدار شامل کی۔ Se عنصر کو شامل کرنے کے بعد، مثبت الیکٹروڈ اور سٹینلیس سٹیل مکمل طور پر گیلا ہو جاتا ہے، جس سے بیٹری کی اندرونی مزاحمت کم ہو جاتی ہے۔ لہذا ہم نے 20 ایمپیئر گھنٹے کی صلاحیت کے ساتھ ایک بیٹری بنائی، اسے 1,200 سائیکلوں تک چلایا، اور صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 98.4% تک پہنچ گئی۔
پھر ہم نے پایا کہ Li|Bi بیٹری کا وولٹیج نسبتاً کم تھا، اس لیے ہم نے سوچا کہ کیا ہم مثبت الیکٹروڈ میں کچھ مرکب عنصر Sb شامل کر سکتے ہیں۔ Sb کا وولٹیج Bi سے زیادہ ہے، لیکن پگھلنے کا نقطہ بھی زیادہ ہے، 600 ڈگری سے زیادہ تک پہنچ جاتا ہے، اس لیے ہم نے Bi اور Sb کو ملا دیا، تاکہ پگھلنے والے نقطہ کو کم کیا جا سکے اور وولٹیج زیادہ ہو سکے۔ Sb شامل کرنے کے بعد، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ ڈسچارج وولٹیج پلیٹ فارم بہتر ہو گیا ہے۔ اس طرح، ہم نے 5 ایمپیئر گھنٹہ کی صلاحیت والی بیٹری بنائی اور اسے بغیر کسی صلاحیت میں کمی کے 160 سے زائد سائیکلوں تک چلایا۔
لیکن اس BiSb مثبت الیکٹروڈ کے ساتھ مسئلہ یہ ہے کہ اس کی اعلی شرح کارکردگی اچھی نہیں ہے۔ ہم جاننا چاہتے ہیں کہ کیا ہم اس کی اعلیٰ شرح کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتے ہیں۔ آئیے متواتر جدول میں Te عنصر کو دیکھتے ہیں۔ Te نسبتا مہنگا ہے، لہذا ہم اسے ایک اضافی عنصر کے طور پر بھی استعمال کرتے ہیں. تھوڑا سا اضافہ کرنے کے بعد، Te کا ڈسچارج وولٹیج Bi اور Sb سے بہت مختلف ہے۔ لہذا ہم پہلے Te کو سطح پر کچھ ٹھوس مراحل بنانے دیتے ہیں۔ ڈسچارج کے دوران، مثبت الیکٹروڈ ملٹی کمپوننٹ الائے کی تشکیل کے دوران پیدا ہونے والے تناؤ کی وجہ سے، Te کی ٹھوس فیز پرت میں بہت سی دراڑیں دبائی جا سکتی ہیں، تاکہ ہم نے بہت سے لیتھیم آئنوں کے لیے چینلز کو پوشیدہ طور پر بڑھا دیا ہو۔ ہم نے تھوڑا سا Te شامل کرنے کے بعد، ہم نے پایا کہ بیٹری کی شرح کارکردگی کو بھی بہتر بنایا گیا ہے۔ جب ہم 100 mAh فی مربع سنٹی میٹر سے 1000 mAh فی مربع سنٹی میٹر تک گئے تو صلاحیت کا الٹ جانے والا نقصان بہت کم تھا۔
ہم نے پایا کہ الائے عناصر کو مثبت الیکٹروڈ میں شامل کرنے سے بیٹری کی کارکردگی کو ایک محدود حد تک بہتر بنایا جا سکتا ہے، لیکن اگر ہم صرف اپنے تجربے یا تجرباتی آزمائش اور غلطی پر انحصار کرتے ہیں، تو وقت اور پیسے کی لاگت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے، اس لیے ہم نے سوچا کہ کیا ہم AI استعمال کر سکتے ہیں۔ ٹیکنالوجی لہذا ہم نے مشین سیکھنے کے کچھ طریقے استعمال کیے، اور ہم نے ایک ڈیٹا بیس بنایا۔ مشین لرننگ کے ذریعے، ہم ملٹی ایلیمنٹ الائے پازیٹو الیکٹروڈ ڈیزائن کرنے میں کامیاب ہوئے۔ ہم نے مشین لرننگ کے ذریعے کواٹرنری الائے مثبت الیکٹروڈ ڈیزائن کیا اور کارکردگی میں بہتری حاصل کی۔ ایک ہی وقت میں، ہمارے پچھلے الیکٹروڈ سسٹم نے لیتھیم کو منفی الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کیا، لیکن لیتھیم نسبتاً مہنگا ہے، اس لیے ہم نے کیلشیم پر مبنی الائے نیگیٹو الیکٹروڈ ڈیزائن کیا، جو بغیر کسی صلاحیت کے نقصان کے 500 سائیکلوں کے لیے مستقل طور پر سائیکل چلاتا ہے۔ ہم نے پایا کہ مشین لرننگ کا استعمال درحقیقت الیکٹروڈ میٹریل سسٹم کو ڈیزائن کرنے میں ہماری مدد کر سکتا ہے، جس سے بہت وقت اور لاگت کی بچت ہوتی ہے۔
مائع دھاتی بیٹریوں کے الیکٹروڈ میٹریل سسٹم پر تحقیق کے علاوہ، ہم نے مائع دھاتی بیٹری کے مونومر کو بھی ڈیزائن اور بہتر بنایا۔ ہم نے سب سے پہلے کچھ چھوٹی بیٹریاں بنائیں، کیونکہ ہم اسے لیبارٹری میں کر رہے تھے اور کئی سالوں تک اس کی جانچ کرنا ناممکن تھا۔ لہذا ہم نے 5 ایمپیئر گھنٹے کی مائع دھات کی بیٹری بنائی، جس کا تجربہ 15 ایمپیئر کے خارج ہونے والے کرنٹ پر کیا گیا۔ چارج اور ڈسچارج کرنٹ دونوں 15 ایمپیئر، 100% ڈیپ چارج اور ڈیپ ڈسچارج، اور 3C کی شرح تھے۔ یہ بیٹری 4,100 سے زیادہ چکروں تک چلی، اور خارج ہونے کی صلاحیت تقریباً 4.92 ایمپیئر گھنٹے تھی، مواد کے استعمال کی شرح 98.4 فیصد تک پہنچ گئی، اور کولمبک کارکردگی 99.52 فیصد تھی۔
ہم نے ایک بڑی صلاحیت، 200 ایمپیئر گھنٹے کی بیٹری بھی بنائی۔ لیبارٹری چارجنگ اور ڈسچارج کرنٹ آلات کی محدودیت کی وجہ سے، ہم صرف 50 ایمپیئر، 0.25C کے کرنٹ پر چارج اور ڈسچارج کر سکتے ہیں، اور ہم 100% گہرائی سے چارج اور ڈسچارج بھی کرتے ہیں۔ خارج ہونے والی صلاحیت 199.4 ایمپیئر گھنٹے تک پہنچ سکتی ہے، اور مواد کے استعمال کی شرح 96.79 فیصد تک پہنچ سکتی ہے۔ یہ 700 سے زائد سائیکلوں سے، نو مہینوں سے مستحکم طور پر چل رہا ہے، اور صلاحیت میں کوئی واضح کمی نہیں ملی، جو واقعی یہ ثابت کرتی ہے کہ ہماری مائع دھاتی بیٹری میں سائیکل کا اچھا استحکام ہے۔
ایک اور نکتہ جس کے بارے میں لوگ مائع دھات کی بیٹریوں کے بارے میں زیادہ فکر مند ہیں وہ یہ ہے کہ اگر مائع کی تین تہوں کو آپس میں ملا دیا جائے یا بیٹری الٹ جائے تو کیا ہوتا ہے، لہذا ہم نے جانچ کے لیے 200 ایمپیئر گھنٹے کی بیٹری لی اور اسے گھومنے والی ہیٹنگ ٹیبل پر رکھ دیا۔ کیونکہ ہماری بیٹری اعلی درجہ حرارت پر چلتی ہے، اگر ہم اسے جانچنا چاہتے ہیں، تو ہمیں اسے ایک ایسے اعلی درجہ حرارت والے نظام میں رکھنا ہوگا جو گھوم سکتا ہے۔ جب ہم اسے 31.9 ڈگری پر جھکاتے ہیں، تو بیٹری کی تھری لیئر مائع ساخت برقرار رہتی ہے، اس لیے بیٹری اب بھی عام طور پر چارج اور ڈسچارج ہو سکتی ہے، لیکن اگر اسے مکمل طور پر الٹا کر کے 90 ڈگری پر کر دیا جائے تو مثبت اور منفی قطبیں شارٹ سرکٹ ہو گا اور آپس میں ملایا جائے گا، اور اس وقت حرارت پیدا ہو گی۔ ہم نے نیچے دائیں کونے میں ارغوانی اور پیلے رنگ کے منحنی خطوط کو بھی ناپا۔ یہ دونوں تھرموکوپل بیٹری کی دیوار سے جڑے ہوئے ہیں، اور ہم سرکٹ کے ایک حصے کے بعد بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافے کی پیمائش کر سکتے ہیں، 550 ڈگری سیلسیس سے 590 ڈگری سیلسیس، جو کہ تقریباً 45 ڈگری سیلسیس ہے۔ یعنی پیدا ہونے والی گرمی کی ایک بڑی مقدار پگھلے ہوئے نمک کے نظام سے جذب ہو جاتی ہے، اس لیے کسی گیسی فکیشن اور دھماکے کا کوئی اندرونی امکان نہیں ہے۔
ایک ہی وقت میں، اگر ہماری بیٹریاں مستقبل میں توانائی کے ذخیرہ کرنے کے حقیقی حالات میں استعمال ہوتی ہیں، تو وہ کچھ انتہائی حالات کا سامنا کر سکتی ہیں، جیسے کہ زلزلے۔ لہذا ہم نے 20 Hz زلزلے کی فریکوئنسی پر کچھ حفاظتی ٹیسٹ بھی کیے، جن میں کچھ عمودی کمپن اور افقی کمپن شامل ہیں۔ اس صورت میں، بیٹری کے منحنی خطوط وائرنگ کی پوزیشن کے کمپن کی وجہ سے ہوتے ہیں، لیکن بیٹری عمودی کمپن کے دوران عام طور پر کام کر سکتی ہے۔ افقی وائبریشن کے دوران ایک مختصر شارٹ سرکٹ تھا، لیکن جب بیٹری وائبریشن بند ہو جاتی ہے، بیٹری کام کرنا بند کر دیتی ہے اور کچھ عرصے کے لیے ساکن رہتی ہے، اور پھر بیٹری کو دوبارہ چارج کیا جا سکتا ہے اور عام طور پر ڈسچارج کیا جا سکتا ہے۔ اس سے ثابت ہوتا ہے کہ اس سطح پر 20Hz10Hz کے زلزلے کی فریکوئنسی بیٹری پر زیادہ اثر نہیں ڈالتی۔
13ویں پانچ سالہ منصوبے کے دوران، ہم نے اہم R&D منصوبے شروع کیے اور ایک بیٹری پیک بنایا۔ اس عمل میں، ہم نے سب سے پہلے سسٹم میں اہم مسائل جیسے کہ بیٹری کی مستقل مزاجی پر قابو پایا۔ ہم نے بیٹری کی ساخت، اجزاء، اسمبلی کے عمل، ساختی پیرامیٹرز، وغیرہ کو بہتر بنایا، اور بیٹری کی مستقل مزاجی کو بہتر بنایا۔ 200 ایمپیئر گھنٹے سے زیادہ کی بیٹری کی صلاحیت کا فرق 2 ایمپیئر گھنٹے سے کم ہے، اور اندرونی مزاحمت کا فرق 2 ملیوہم سے کم ہے۔ بیٹری کی مستقل مزاجی نسبتاً زیادہ ہے۔ 0.2C واحد سیل 86% سے زیادہ کی اوسط توانائی کی کارکردگی حاصل کر سکتا ہے۔
چونکہ ہماری مائع دھات کی بیٹری کا وولٹیج نسبتاً کم ہے، موجودہ لیتھیم اور سوڈیم بیٹریوں کے برعکس، ہمیں اپنا BMS بھی ڈیزائن کرنا ہوگا۔ لہٰذا، بڑے کرنٹ اور کم وولٹیج کی خصوصیات کی بنیاد پر، ہم نے دو پرتوں کا توازن رکھنے والا نظام وضع کیا۔ بیلنس کرنے کے بعد، ہماری بیٹری کی مستقل مزاجی بہت زیادہ ہے، 40.6mV کے وولٹیج کے فرق اور 1.4 ایمپیئرز کے توازن کے ساتھ۔
اس بنیاد پر، ہمیں حرارتی ماڈیول کو جوڑنے کی بھی ضرورت ہے۔ چونکہ ہم ایک اعلی درجہ حرارت والی بیٹری ہیں، ہم ہیٹنگ کو ڈیزائن کرنے کے لیے سسٹم میں گرم ہوا کی نقل و حمل کے اصول کا استعمال کرتے ہیں، اور ہم درجہ حرارت کے بھاگنے سے متعلق احتیاطی تدابیر بھی اختیار کرتے ہیں۔ نیچے دائیں کونے میں تصویر میں، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ تقریباً ایک درجن بیٹریاں سیریز میں منسلک ہونے کے بعد، وہ 0.5C کی شرح سے چلتی ہیں۔ نیلے رنگ کا وکر بیرونی طاقت کا کرنٹ ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب 0.5C پر چل رہا ہو، اس بیٹری سے پیدا ہونے والی حرارت بیٹری کے اپنے آپ چلانے کے لیے کافی ہے۔ یہ خود ہی 500 ڈگری سیلسیس ہے، لہذا بیرونی حرارتی نظام کی ضرورت نہیں ہے، اور خود ہیٹنگ حاصل کی جا سکتی ہے۔ بلاشبہ، اس بیٹری کو اب بھی ضرورت ہے کہ ہم اسے پہلی بار چلنے پر اسے کچھ گرمی دیں، لیکن عام آپریشن کے دوران یہ ضروری نہیں ہے۔
اس بنیاد پر، ہم نے ہوازہونگ یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی کے پروفیسر جیانگ کائی کے ساتھ مائع دھاتی بیٹریوں کا سہ جہتی ہیٹ ٹرانسفر کپلنگ ماڈل بنانے کے لیے تعاون کیا، الیکٹرک تھرمل کپلنگ سروس فیچرز ریگولیشن کی حکمت عملی تجویز کی، ایک کثیر سطحی بیٹری کا احساس ہوا۔ مینجمنٹ سسٹم، اور ملک کا پہلا 5KW اور 30KWH لتیم پر مبنی مائع دھاتی بیٹری سسٹم بنایا، جس نے تھرڈ پارٹی ٹیسٹنگ بھی پاس کی۔
اس بنیاد پر، ہم نے سالوں میں ٹیکنالوجی کو جمع کیا ہے. جون 2023 میں، Henghui Keyuan (Xi'an) New Energy Technology Co., Limited کو Xi'an میں قائم کیا گیا، جو مائع دھاتی بیٹری ٹیکنالوجی کی صنعت کاری کو فروغ دینے کے لیے وقف ہے۔ فرشتہ راؤنڈ نے Jiangyuan انویسٹمنٹ سے لاکھوں کی مالی اعانت حاصل کی ہے۔ ماہرین اور اساتذہ کا ہمارے کام کی رہنمائی کے لیے ژیان آنے کا خیرمقدم ہے۔