அணு அளவிலான துல்லியத்துடன் ‘ஷட்டில் விளைவு’ சிக்கலுக்குத் தீர்வு கண்ட சீனாவின் வெப்ப மின்கல முன்னேற்றம்

உயர் வெப்பநிலை ஆற்றல் சேமிப்பில் புதிய சகாப்தம்

தீவிரச் சூழல்களுக்காக வடிவமைக்கப்பட்ட மின்சக்தி அமைப்புகளின் செயல்பாட்டு ஆயுளையும் செயல்திறனையும் நீட்டிக்கக்கூடிய வெப்ப மின்கலத் தொழில்நுட்பத்தில் சீன விஞ்ஞானிகள் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் கண்டுள்ளனர். சீன அறிவியல் கழகத்தின் செயல்முறைப் பொறியியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த ஆய்வுக் குழு, பல தசாப்தங்களாக வெப்ப மின்கலங்களின் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்திவந்த, வேதியியல் சிதைவு நிகழ்வான நீடித்த “ஷட்டில் விளைவை” திறம்படத் தடுக்கும் புதிய நேர்மின்வாய்ப் பொருளை உருவாக்கியுள்ளது. 2026 ஜனவரி 4 அன்று Advanced Science இதழில் வெளியிடப்பட்ட இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, துறையின் மிகவும் நீடித்த தொழில்நுட்பச் சவால்களில் ஒன்றுக்குத் தீர்வுகாண்பதுடன், இதுவரை பதிவான சாதனை ஆற்றல் அடர்த்தி அளவுகளையும் வெளிப்படுத்துகிறது.

பேராசிரியர்கள் வாங் சோங், சூ யோங்பிங் ஆகியோர் தலைமையிலான இந்த ஆய்வு, மாற்றக உலோக ஃபுளோரைடு நேர்மின்வாய்களை, குறிப்பாக இணைதிறன் கரிமக் கட்டமைப்புகளிலிருந்து (COFs) பெறப்பட்ட சிறப்புக் கார்பன் உறைக்குள் பொதியப்பட்ட கோபால்ட் டைஃபுளோரைடை (CoF2) மையமாகக் கொண்டது. இந்தப் புதுமையான “பிளம் புட்டிங்@உறை” கட்டமைப்பு, தேவையான லித்தியம் அயனிகள் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் அதேவேளையில், மின்திறன் குறைவுக்குக் காரணமான பெரிய மூலக்கூறுக் கூட்டுகளைத் தடுக்கும் தெரிவுசார் அயனிப் பாதைகளை உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவாக உருவான மின்கல நேர்மின்வாய், 500 டிகிரி செல்சியஸில் 2.5 வோல்ட்டைத் தாண்டிய வெளியேற்ற நிலை மின்னழுத்தத்தையும், ஒரு கிலோகிராமுக்கு 882 வாட்-மணி என்ற தனிப்பட்ட ஆற்றலையும் எட்டியது. இவை இன்றுவரை உயர் மின்னழுத்த வெப்ப மின்கல நேர்மின்வாய்களுக்குப் பதிவான மிக உயர்ந்த மதிப்புகளாகும். இதனால், வழக்கமான ராணுவம் மற்றும் விண்வெளித் துறைகளைத் தாண்டி, இந்தச் சிறப்புத் திறன் தொழில்நுட்பத்துக்குப் புதிய பயன்பாடுகள் உருவாகலாம்.

வெப்ப மின்கலங்கள் மற்றும் அவற்றின் தனித்துவமான சவால்கள்

வழக்கமான லித்தியம்-அயன் அமைப்புகளைச் சிதைக்கும் சூழல்களிலும் செயல்படுமாறு வடிவமைக்கப்பட்ட தனித்துவமான மின்வேதியியல் மின்கல வகையே வெப்ப மின்கலங்கள். அறை வெப்பநிலையில் இயங்கும் சாதாரண மின்கலங்களைப் போலல்லாமல், வெப்ப மின்கலங்கள் உருகிய உப்பு மின்பகுளிகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இவை 350 முதல் 550 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான வெப்பநிலையில் சூடாக்கப்படும்போதுதான் அயனிக் கடத்துத்திறனைப் பெறுகின்றன. கடுமையான வெப்பம் தேவைப்படுவதால், இவை நுகர்வோர் மின்னணுவியல் சாதனங்களுக்கோ வழக்கமான மின்சார வாகனங்களுக்கோ பொருத்தமற்றவை. ஆனால் வெப்ப அழுத்தத்திலும் நம்பகத்தன்மை கட்டாயமான பயன்பாடுகளுக்கு இவை இன்றியமையாதவை.

வெப்ப மின்கலங்களின் தற்போதைய பயன்பாடுகளில் ஏவுகணைகள், வழிநடத்தப்படும் வெடிகுண்டுகள் போன்ற ராணுவக் கருவிகள்; விண்கலங்கள் மற்றும் விமானங்களின் அவசர மின்சக்தி அலகுகள் உள்ளிட்ட விண்வெளி அமைப்புகள்; ஆழ்துளைக் கிணறு துளையிடும் கருவிகள்; சில தொழில்துறைச் செயல்முறைகள் ஆகியவை அடங்கும். இக்கருவிகள் பல ஆண்டுகள் செயலிழந்த நிலையில் இருந்தாலும் சிதைவடையாமல் இருந்து, இயக்க வெப்பநிலைக்குச் சூடாக்கப்படும்போது உடனடியாகச் செயல்பட்டு, விண்வெளியின் வெற்றிடத்திலிருந்து ஆழ்துளைக் கிணறுகளின் நசுக்கும் அழுத்தம் நிறைந்த ஆழம் வரையிலான சூழல்களில் அதிக மின்சக்தியை வழங்கும். இவை மீண்டும் மின்னேற்றப்படுவதைவிட முழுமையான நம்பகத்தன்மைக்கு முன்னுரிமை அளிக்கும் ஒருமுறைப் பயன்பாட்டு மின்சக்தி மூலங்களாகச் செயல்படுகின்றன. தோல்விக்கு இடமில்லாத முக்கியப் பணிகளுக்கான அமைப்புகளில் இவை இன்றியமையாதவையாக உள்ளன.

எனினும், உயர் வெப்பநிலையில் உள்ள உருகிய உப்பு சூழல் தனித்துவமான வேதியியல் சவால்களை உருவாக்குகிறது. வெப்ப மின்கலங்களின் வழக்கமான நேர்மின்வாய்ப் பொருள்கள், செயல்பாட்டின்போது மின்பகுளிக்குள் கரைந்து இடம்பெயர்கின்றன. செயற்படும் பொருளின் துகள்கள் தங்களுக்கென ஒதுக்கப்பட்ட இடங்களிலிருந்து விலகிச் செல்வதால், பயன்படுத்தக்கூடிய மின்திறன் குறைவதுடன், செயல்திறனைக் குறைக்கும் தேவையற்ற பக்க வினைகளும் நிகழ்கின்றன. ஷட்டில் விளைவு எனப்படும் இந்த நிகழ்வு, செயற்படும் பொருள் இழப்பையும் நீண்டகாலக் கட்டமைப்புச் சேதத்தையும் ஏற்படுத்தி, வெப்ப மின்கலங்களின் ஆற்றல் அடர்த்தியையும் செயல்பாட்டு ஆயுளையும் வரலாற்று ரீதியாகக் கட்டுப்படுத்தியுள்ளது. மின்கலத்தின் செயல்பாட்டுக்குத் தேவையான அயனிக் கடத்துத்திறனைப் பராமரித்தபடியே இந்தக் கரைதலைத் தடுப்பதில் பொறியாளர்கள் இதுவரை சிரமப்பட்டுள்ளனர்.

ஷட்டில் விளைவு: மூலக்கூறு இடம்பெயர்வுச் சிக்கல்

சீனாவின் இந்தக் கண்டுபிடிப்பின் முக்கியத்துவத்தைப் புரிந்துகொள்ள, மாற்றக உலோக ஃபுளோரைடு நேர்மின்வாய்களில் ஷட்டில் விளைவை ஏற்படுத்தும் குறிப்பிட்ட வேதியியலை அறிந்துகொள்ள வேண்டும். மின்கலம் செயல்படும்போது, மின்பகுளியில் உள்ள லித்தியம் குளோரைடுடன் (LiCl) CoF2 எதிர்மின் அயனி பரிமாற்றம் செய்து, கோபால்ட் டெட்ராகுளோரைடு கூட்டுகளை (CoCl4 2-) உருவாக்குகிறது. மின்கலச் செயல்திறனைக் குன்றச் செய்யும் செயற்படும் பொருளின் இடம்பெயர்வுக்கு இந்தக் கூட்டுகளே முக்கியக் காரணம். கட்டுமான இடத்திலிருந்து விலகிச் செல்லும் செங்கற்களைப் போல, கரைந்த இந்தக் கூட்டுகள் மின்பகுளி வழியாக இடம்பெயர்ந்து, மீட்டெடுக்க முடியாத மின்திறன் இழப்பையும் காலப்போக்கில் குறைந்த மின்னேற்றத் திறனையும் ஏற்படுத்துகின்றன.

இந்தச் சிக்கலைத் தீர்க்க மேற்கொள்ளப்பட்ட முந்தைய முயற்சிகளில், பல்வேறு வகை கந்தக மின்முனைகளைச் சேர்ப்பதும், மின்கலக் கட்டமைப்புக்குள் பல்வேறு தடைகளை உருவாக்குவதும் அடங்கும். சில அணுகுமுறைகள் கரைதலை ஓரளவு தடுக்க வெற்றி பெற்றபோதிலும், உயர் செயல்திறனைப் பராமரித்தபடி நீண்டகால நிலைத்தன்மையை உறுதிசெய்யும் முழுமையான தீர்வை எதுவும் வழங்கவில்லை. தெரிவுசார் ஊடுருவல்தன்மை கொண்ட தடையை உருவாக்குவதே சவால்: அது பெரிய CoCl4 2- கூட்டுகளைத் தடுக்க வேண்டும்; அதே நேரத்தில் சிறிய Li+ அயனிகள் மின்முனைகளுக்கு இடையே சுதந்திரமாகச் செல்ல அனுமதிக்க வேண்டும். வழக்கமான திடத் தடைகள் அனைத்தையும் தடுத்ததால் மின்கலச் செயல்பாடே நின்றது; அல்லது ஷட்டில் விளைவைத் தடுக்க முடியாத அளவுக்கு அவை நுண்துளைகள் கொண்டிருந்தன.

இந்தச் சிக்கலைத் தீர்க்க நானோமீட்டர் அளவில் துல்லியமான கட்டுப்பாடு தேவை என்பதை ஆய்வுக் குழு உணர்ந்தது. பயனுள்ள லித்தியம் அயனிகளுக்கும் தீங்கு விளைவிக்கும் கோபால்ட் கூட்டுகளுக்கும் இடையிலான அளவு வேறுபாடு, தெரிவுசார் தடுப்புக்கான சாத்தியமான வழியை வழங்கியது. ஆனால் இந்த வேறுபாட்டைப் பயன்படுத்தும் அளவுக்கு ஒரே சீரான துளை அளவுகளைக் கொண்ட பொருள்களைத் தயாரிப்பது கடினமாகவே இருந்தது. எதிர்பாராத ஒரு வகைப் பொருளில் தீர்வு கிடைத்தது: இணைதிறன் கரிமக் கட்டமைப்புகள். இவை தெளிவாக வரையறுக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட படிகத் தன்மை வாய்ந்த நுண்துளைப் பொருள்கள்; துணை நானோமீட்டர் துல்லியத்தில் வடிவமைக்கப்படக்கூடியவை.

COF உறைத் தீர்வு: அணு அளவில் துல்லியப் பொறியமைப்பு

COF-இலிருந்து பெறப்பட்ட கார்பன் பொருள்களைப் பயன்படுத்தி CoF2 துகள்களைச் சுற்றிச் சிறப்பான உறையை உருவாக்குவதே இந்தக் கண்டுபிடிப்பின் மையமாகும். இணைதிறன் கரிமக் கட்டமைப்புகள், ஒரே சீரான துளை அளவுகளைக் கொண்ட, மிக ஒழுங்கமைந்த கட்டமைப்புகளுடன் கூடிய படிகத் தன்மை வாய்ந்த நுண்துளைப் பொருள்களாகும். கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெப்பச் செயலாக்கத்தின் மூலம் COF முன்னோடிப் பொருளைக் கார்பன் பூச்சாக மாற்றி, குறுக்கே வெறும் 0.54 நானோமீட்டர் அளவுள்ள ஒரே சீரான துணை நானோமீட்டர் பாதைகளைக் கொண்ட உறையை ஆய்வாளர்கள் உருவாக்கினர். இந்த அளவே முக்கியமானதாக அமைந்தது: பெரிய CoCl4 2- கூட்டுகளைத் தடுக்கும் அளவுக்குச் சிறியதாகவும், Li+ அயனிகள் வேகமாகக் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் அளவுக்குப் பெரியதாகவும் அது இருந்தது.

இதன் விளைவாக உருவான கட்டமைப்பு, நுண்துளை கொண்ட கார்பன் உறைக்குள் செயற்படும் CoF2 துகள்கள் பொதியப்பட்ட பிளம் புட்டிங்கைப் போன்றது. ஆய்வாளர்கள் இதை “அளவு சலிக்கும் அடைப்பு இயங்குமுறை” எனக் குறிப்பிடுகின்றனர். வெப்ப இயக்கவியல் பகுப்பாய்வும் பரிசோதனைச் சரிபார்ப்பும், வடிவமைக்கப்பட்ட பாதைகள் சிக்கலை ஏற்படுத்தும் கோபால்ட் கூட்டுகள் பரவுவதைத் திறம்படத் தடுப்பதுடன், லித்தியம் அயனிகள் கடந்து செல்ல அனுமதிப்பதையும் உறுதிப்படுத்தின. இதனால் அயனிக் கடத்துத்திறனுக்குப் பாதிப்பின்றி ஷட்டில் விளைவு தடுக்கப்படுகிறது.

துல்லியமான இடைமுகப் பொறியமைப்பின் மூலம் அடுத்த தலைமுறை உயர் ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட வெப்ப மின்கலங்களை வடிவமைப்பதற்கான இயங்குமுறை அடிப்படையை எங்கள் கண்டுபிடிப்புகள் வழங்குகின்றன.

ஆய்வின் தொடர்புடைய ஆசிரியரான பேராசிரியர் வாங் சோங், இந்த அணுகுமுறை சிறிய அளவிலான முன்னேற்றத்தைவிட அதிகமான பலனை வழங்குவதாக வலியுறுத்தினார். CoF2@CSC700-24 நேர்மின்வாய் (CSC என்பது 700 டிகிரி செல்சியஸில் 24 மணி நேரம் செயலாக்கப்பட்ட COF-இலிருந்து பெறப்பட்ட உறைக் கார்பனைக் குறிக்கிறது) பரிசோதனையில் துறைக்கான புதிய அளவுகோல்களை நிர்ணயிக்கும் முடிவுகளை எட்டியது. ஒரு சதுர சென்டிமீட்டருக்கு 100 மில்லியாம்பியர் மின்னோட்டத்திலும், 500 டிகிரி செல்சியஸிலும், இந்த நேர்மின்வாய் 2.5 வோல்ட்டுக்கு மேற்பட்ட வெளியேற்ற நிலை மின்னழுத்தத்தைப் பராமரித்து, ஒரு கிராமுக்கு 365 மில்லியாம்பியர்-மணி என்ற தனிப்பட்ட மின்திறனையும், ஒரு கிலோகிராமுக்கு 882 வாட்-மணி என்ற தனிப்பட்ட ஆற்றல் அடர்த்தியையும் எட்டியது. தற்போதைய வெப்ப மின்கலத் தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது இந்த அளவுகள் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாகும்.

விண்வெளி, பாதுகாப்புத் துறை மற்றும் பிற துறைகளுக்கான தாக்கங்கள்

இந்த நேர்மின்வாய் வடிவமைப்பு அளிக்கும் செயல்திறன் மேம்பாடுகள், வழக்கமான ஒருமுறைப் பயன்பாட்டு ராணுவ மற்றும் விண்வெளி அமைப்புகளைத் தாண்டி வெப்ப மின்கலங்களின் பயன்பாட்டை விரிவுபடுத்தலாம். தற்போதைய வெப்ப மின்கலங்கள் குறிப்பிட்ட பணிகளுக்காக ஒருமுறை செயல்படுத்தப்படும், அடிப்படையில் தூக்கி எறியக்கூடிய மின்சக்தி மூலங்களாக உள்ளன. ஷட்டில் விளைவைக் கட்டுப்படுத்துவது, நீண்ட செயல்பாட்டு ஆயுளுக்கும் மேம்பட்ட நம்பகத்தன்மைக்கும் வழிவகுக்கும். இதன் மூலம் மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய வெப்ப மின்கல அமைப்புகளோ, தீவிரச் சூழல்களில் நீடித்த மின்சக்தி வழங்கல் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளோ சாத்தியமாகலாம்.

வழிநடத்தப்படும் ஏவுகணைகள், டார்பிடோக்கள் மற்றும் போர் விமானங்களின் அவசர அமைப்புகளுக்கு ஏற்கெனவே வெப்ப மின்கலங்கள் விருப்பமான மின்சக்தி மூலமாக இருப்பதால், ராணுவப் பயன்பாடுகளே உடனடி முக்கியச் சந்தையாகத் தொடரும். மேம்பட்ட ஆற்றல் அடர்த்தி, பணிக்காலத்தை நீட்டிக்கவோ அல்லது அதே அளவு மின்சக்திக்கு மின்கல எடையைக் குறைக்கவோ உதவலாம். விண்வெளிப் பொறியியலில் இவை முக்கியமானவை; ஒவ்வொரு கிராமும் பயணத் தொலைவையும் சூழ்ச்சித் திறனையும் பாதிக்கிறது. பூமியின் மேற்பரப்புக்குக் கீழே பல மைல் ஆழத்தில் உயர் வெப்பநிலையையும் உயர் அழுத்தத்தையும் கருவிகள் எதிர்கொள்ளும் ஆழ்துளைக் கிணறு துளையிடும் பணிகளும், அதிக உறுதித்தன்மை கொண்ட வெப்ப மின்கலங்களால் உடனடிப் பயன் பெறக்கூடிய மற்றொரு துறையாகும்.

எதிர்காலத்தில், ஷட்டில் விளைவுக்குத் தீர்வுகாண்பது, கடுமையான காலநிலைகளில் மின்வலையமைப்பு அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்புக்கும், தொழில்துறை வளாகங்களுக்கான அவசர மின்சக்தி அமைப்புகளுக்கும், வழக்கமான லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள் சிரமப்படும் ஆர்க்டிக் அல்லது பாலைவனச் சூழல்களுக்கான சிறப்பு மின்சார வாகனப் பயன்பாடுகளுக்கும் வெப்ப மின்கலங்களைப் பயன்படுத்தும் வாய்ப்பை உருவாக்கலாம். அதிக இயக்க வெப்பநிலை காரணமாக நுகர்வோர் திறன்பேசிகளுக்கு வெப்ப மின்கலங்கள் ஒருபோதும் மின்சக்தி வழங்க வாய்ப்பில்லை. இருப்பினும், கடுமையான சூழல்களில் உடனடியாக அதிக மின்சக்தி வழங்க வேண்டிய அடுத்த தலைமுறை ஆற்றல் அமைப்புகளில் இத்தொழில்நுட்பம் பங்காற்றக்கூடும்.

சீனாவின் விரிவான மின்கல ஆய்வுச் சூழல்

சீன நிறுவனங்களில் தீவிரமாக நடைபெறும் மின்கல ஆய்வுகளின் பரந்த பின்னணியில் இந்த வெப்ப மின்கல முன்னேற்றம் உருவாகியுள்ளது. வழக்கமான லித்தியம்-அயன் தொழில்நுட்பத்தைத் தாண்டிப் பல பாதைகளில் இணையாக மேற்கொள்ளப்படும் முயற்சிகள், பல்வகை புதுமைகள் மூலம் அடுத்த தலைமுறை ஆற்றல் சேமிப்புச் சந்தைகளில் முன்னிலை பெறுவதற்கான உத்திசார் அணுகுமுறையைச் சுட்டுகின்றன.

சமீப மாதங்களில் திடநிலை மின்கலங்களில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றங்கள் அறிவிக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றில், மின்கல அடுக்குகளுக்கு இடையிலான தொடர்பைப் பராமரிக்க அதிக வெளிப்புற அழுத்தம் தேவைப்படுவதை நீக்கும், சீன அறிவியல் கழக ஆய்வாளர்கள் உருவாக்கிய சுயமாகச் சீர்படுத்திக்கொள்ளும் இடைமுகமும் அடங்கும். இந்தத் தொழில்நுட்பம், தகவமைவு இடைநிலைகளை உருவாக்க இடம்பெயரும் அயோடைடு அயனிகளைப் பயன்படுத்துகிறது. இதன் மூலம் ஒரு கிலோகிராமுக்கு 500 வாட்-மணியைத் தாண்டிய ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட திடநிலை மின்கலங்கள் சாத்தியமாகலாம். இதற்கிடையில், தியான்ஜின் பல்கலைக்கழகம் தற்போதைய டெஸ்லா மின்கலத் தொகுப்புகளைவிட இருமடங்கு ஆற்றல் அடர்த்தி கொண்ட லித்தியம்-உலோக மின்கலங்களை உருவாக்கியுள்ளது. ஷாங்காய் ஜியாவோ தொங் பல்கலைக்கழகம், ஒரு கிலோகிராமுக்கு 1,198 வாட்-மணி ஆற்றல் அடர்த்தியையும், ஒரு கிலோவாட்-மணிக்கு வெறும் 5.03 டாலர் என மதிப்பிடப்பட்ட செலவையும் எட்டும் நேர்மின்வாய் இல்லாத சோடியம்-கந்தக மின்கலத்தை அறிமுகப்படுத்தியுள்ளது.

லித்தியம்-அயன் மின்கலங்களைவிட ஐந்து நிமிட மின்னேற்ற நேரத்தையும் நான்கு மடங்கு நீண்ட ஆயுளையும் வழங்கும் என எதிர்பார்க்கப்படும் கிராபீன் அடிப்படையிலான மின்கலங்கள், வழக்கமான லித்தியம் அமைப்புகளைவிட வேகமாக மின்னேற்றம் செய்யும் கடினக் கார்பன் எதிர்மின்வாய்களைக் கொண்ட சோடியம்-அயன் மாற்றுகள் ஆகியவையும் பிற ஆய்வுப் பாதைகளில் அடங்கும். 2024-இல் தொடங்கப்பட்ட 6 பில்லியன் யுவான் மதிப்பிலான திடநிலை மின்கல மேம்பாட்டுக்கான சிறப்புத் திட்டம், தொழில் மற்றும் தகவல் தொழில்நுட்ப அமைச்சகம் நடத்திய இடைக்கால மதிப்பாய்வுகள் உள்ளிட்ட கணிசமான நிதி முயற்சிகள் மூலம் சீன அரசு இந்த ஆய்வுகளுக்கு ஆதரவளித்துள்ளது.

எல்லாப் பயன்பாடுகளுக்கும் ஒரே மின்கல வேதியியல் பொருந்தாது என்பதை இந்தப் பன்முக அணுகுமுறை உணர்த்துகிறது. தீவிரச் சூழல்களுக்கான குறிப்பிட்ட தேவையை வெப்ப மின்கலங்கள் பூர்த்தி செய்கின்றன; பாதுகாப்பான மின்சார வாகனங்களுக்கு திடநிலை அமைப்புகள் வாய்ப்பளிக்கின்றன; செலவு குறைந்த மின்வலையமைப்பு சேமிப்புக்கு சோடியம்-அயன் உதவுகிறது; லித்தியம்-உலோகம் ஆற்றல் அடர்த்தியின் எல்லைகளை விரிவுபடுத்துகிறது. இந்தப் பாதைகள் அனைத்திலும் ஒரே நேரத்தில் முன்னேறுவதன் மூலம், வரும் தசாப்தங்களில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் எந்த மின்கலத் தொழில்நுட்பமாக இருந்தாலும் அதை வழங்கும் நிலையில் சீன ஆய்வு நிறுவனங்கள் தங்களை நிலைநிறுத்துகின்றன.

ஆய்வகத்திலிருந்து நிஜ உலகப் பயன்பாடுகளுக்கு

நம்பிக்கையளிக்கும் முடிவுகள் இருந்தபோதிலும், இந்த வெப்ப மின்கலத் தொழில்நுட்பம் பரவலாகப் பயன்பாட்டுக்கு வருவதற்கு முன் பல சவால்கள் உள்ளன. ஆய்வக அளவில் கருத்துச் சாத்தியத்தை இந்த ஆய்வு நிரூபித்துள்ளது. ஆனால் துல்லியமான 0.54 நானோமீட்டர் பாதைச் சீர்மையைப் பராமரித்தபடி COF-இலிருந்து பெறப்பட்ட கார்பன் உறைகளின் உற்பத்தியைப் பெருமளவில் விரிவுபடுத்துவது உற்பத்திச் சவால்களை ஏற்படுத்துகிறது. உருகிய உப்பு மின்பகுளிகளும் உயர் இயக்க வெப்பநிலையும் இருப்பதால் வெப்ப மின்கலங்களைச் சிறப்புக் கவனத்துடன் கையாள வேண்டும். எனவே, இத்தகைய சிக்கலான பயன்பாட்டை இயக்கத் தேவைகள் நியாயப்படுத்தும் துறைகளிலேயே இவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஷட்டில் விளைவைக் கட்டுப்படுத்தியதால் நீண்டகால மின்னேற்ற-வெளியேற்றச் சுழற்சி நிலைத்தன்மை மேம்பட்டிருந்தாலும், அதை மேலும் உறுதிப்படுத்த வேண்டும். தற்போதைய ஆய்வு இந்த இயங்குமுறையின் செயல்திறனை நிரூபிக்கிறது. ஆனால் விண்வெளி மற்றும் பாதுகாப்புத் துறைப் பயன்பாடுகளுக்கான வெப்ப மின்கலங்கள், ஆயிரக்கணக்கான சாத்தியமான செயல்படுத்தல் சுழற்சிகளிலும், பல ஆண்டுகள் சேமிப்பிலும் நம்பகத்தன்மை கொண்டிருப்பதை நிரூபிக்க வேண்டியிருக்கும். மீண்டும் மீண்டும் வெப்பச் சுழற்சிகளுக்கும் நீண்டகால உயர் வெப்பநிலை இயக்கத்துக்கும் உட்பட்டாலும் COF உறை அதன் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டையும் தெரிவுசார் ஊடுருவல்தன்மையையும் பராமரிக்கிறது என்பதை கூடுதல் சோதனைகள் உறுதிப்படுத்த வேண்டும்.

உருகிய உப்பு மின்பகுளிகளின் அரிக்கும் தன்மை, மின்கல உறைகள் மற்றும் கசிவுத் தடுப்பிகளுக்கான பொருள் பொருந்துதலிலும் சவால்களை ஏற்படுத்துகிறது. நேர்மின்வாயில் ஏற்பட்ட இந்த முன்னேற்றம் சிதைவுக்கான ஒரு முக்கிய வழியைத் தடுத்தாலும், முழுமையான மின்கல அமைப்புகளில் இதனுடன் சம அளவு உறுதியான எதிர்மின்வாய் மற்றும் மின்பகுளி மேலாண்மைத் தொழில்நுட்பங்களையும் ஒருங்கிணைக்க வேண்டும். புதிய நேர்மின்வாய் வடிவமைப்பைச் சுற்றி முழு மின்கலக் கட்டமைப்பையும் மேம்படுத்துவதில் ஆய்வுக் குழுக்கள் அடுத்ததாகக் கவனம் செலுத்தக்கூடும்.

சுருக்கமாக

• கோபால்ட் கூட்டுகள் பரவுவதைத் தடுக்கும் அதேவேளையில் லித்தியம் அயனிகள் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும், துணை நானோமீட்டர் பாதைகளைக் கொண்ட இணைதிறன் கரிமக் கட்டமைப்பிலிருந்து (COF) பெறப்பட்ட கார்பன் உறையை உருவாக்கி, வெப்ப மின்கலங்களில் “ஷட்டில் விளைவுக்கு” சீன ஆய்வாளர்கள் தீர்வுகண்டுள்ளனர்.
• புதிய நேர்மின்வாய் சாதனைச் செயல்திறன் அளவுகளை எட்டியது: 500 டிகிரி செல்சியஸில் 2.5 வோல்ட் வெளியேற்ற மின்னழுத்தம், 365 mAh/g மின்திறன், 882 Wh/kg ஆற்றல் அடர்த்தி. உயர் மின்னழுத்த வெப்ப மின்கல நேர்மின்வாய்களுக்குப் பதிவான மிக உயர்ந்த மதிப்புகள் இவை.
• வெப்ப மின்கலங்கள் உருகிய உப்பு மின்பகுளிகளைப் பயன்படுத்தி 350 முதல் 550 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் இயங்குகின்றன. வழக்கமான மின்கலங்கள் செயலிழக்கும் ராணுவம், விண்வெளி மற்றும் ஆழ்துளைப் பணிகளுக்கு இவை இன்றியமையாதவை.
• இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, ஒருமுறைப் பயன்பாட்டு ராணுவக் கருவிகளைத் தாண்டி, தீவிரச் சூழல்களில் ஆற்றல் சேமிப்புக்கான நீண்டகால வெப்ப மின்கல அமைப்புகளுக்கும் வழிவகுக்கலாம்.
• திடநிலை, லித்தியம்-உலோகம், சோடியம்-அயன் மற்றும் கிராபீன் மின்கலத் தொழில்நுட்பங்களில் இணையாக நடைபெறும் முன்னேற்றங்கள் உள்ளிட்ட சீனாவின் பரந்த மின்கலப் புதுமை உத்தியின் ஒரு பகுதியாக இந்த ஆய்வு அமைகிறது.