पहला सिलिकॉन आयनिस्टर

हर कोई आयनस्टोर्स के गुणों को जानता है - ये विद्युत उपकरण कैपेसिटर और रासायनिक बैटरी के गुणों को मिलाते हैं। वे एक विशिष्ट विशेषता के कारण पारंपरिक कैपेसिटर की तुलना में बहुत तेज़ी से चार्ज / डिस्चार्ज करने और बहुत अधिक ऊर्जा स्टोर करने में सक्षम हैं - आयनों और काउंटरों की एक डबल परत, जो इलेक्ट्रोलाइट प्लेटों के रूप में कार्य करते हैं।

किसी ने कभी कल्पना भी नहीं की होगी कि रासायनिक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किए बिना सिलिकॉन आयनिस्टर्स बनाना संभव है। हालाँकि, जर्नल साइंटिफिक रिपोर्ट्स में 10.22.2013 के एक वैज्ञानिक लेख से पता चलता है कि वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक ऐसा करने में कामयाब रहे। वे एक सिलिकॉन सब्सट्रेट और ग्राफीन के साथ कोटिंग वेफर्स नक़्क़ाशी करके एक सिलिकॉन आयनिस्टर बनाने के लिए दुनिया में पहले थे।

यह भी बताना मुश्किल है कि यह मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए क्या संभावनाएं रखता है, क्योंकि अब आप चिप पर सीधे चार्ज कर सकते हैं, बिना रासायनिक बैटरी चार्ज करने की आवश्यकता के! सौर पैनलों की कल्पना करें जो एक चार्ज को स्टोर करते हैं और घड़ी के चारों ओर बिजली देते हैं। एक मोबाइल फोन या लैपटॉप जो कुछ सेकंड में चार्ज होता है और बिना रिचार्ज के एक हफ्ते तक चलता है या इसके विपरीत, एक सेकंड में, एक स्टन गन की तरह डिस्चार्ज हो सकता है। और ये सिर्फ सबसे स्पष्ट उदाहरण हैं।

वेंडरबिल्ट यूनिवर्सिटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर, कैरी पिंट ने कहा , "अगर आपने विशेषज्ञ से पूछा कि क्या सिलिकॉन आयनिस्टर बनाना संभव है, तो वह आपको तुरंत बता देगा कि यह एक पागल विचार है।" "लेकिन हम ऐसा करने का एक सरल तरीका खोजने में कामयाब रहे।"

इलेक्ट्रोकेमिकल आयनिस्टर्स के अद्वितीय गुणों ने उन्हें पहले से ही व्यावसायिक अनुप्रयोग खोजने की अनुमति दी है। सच है, केवल कुछ संकीर्ण niches में। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग फॉर्मूला 1 कारों और कुछ वाणिज्यिक वाहनों, बसों और इलेक्ट्रिक कारों में ब्रेक लगाने से गतिज ऊर्जा को संचित करने के लिए किया जाता है। ये KERS- टाइप सिस्टम हैं: वे जल्द ही पहियों में संग्रहीत ऊर्जा को छोड़ देते हैं, त्वरण के दौरान टोक़ जोड़ते हैं। आयनों ने टरबाइनों पर बड़ी पवन चक्कियाँ लगाईं हैं जो हवा की शक्ति और दिशा बदलने के समय ऊर्जा पुनर्भरण की आवश्यकता होती हैं।

आयन बैटरी अभी भी लिथियम आयन बैटरी जैसी रासायनिक बैटरियों के लिए ऊर्जा घनत्व में नीच हैं, इसलिए वे अधिकांश मोबाइल उपकरणों के लिए बहुत भारी हैं, लेकिन बैकलॉग को जल्दी से खत्म कर देते हैं।


आरेख ऊर्जा घनत्व (वॉट-घंटे प्रति किलोग्राम) और विशिष्ट शक्ति (वाट प्रति किलो) छिद्रपूर्ण सिलिकॉन (पी-सी) आयनिस्टर्स, कार्बन वाणिज्यिक आयनीज़ और झरझरा कोटिंग के साथ झरझरा सिलिकॉन आयनिस्टर्स दिखाता है

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हाल के वर्षों में, ग्राफीन या नैनोट्यूब से बने आयनों के साथ प्रयोगों को सुना गया है, ताकि वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के इंजीनियरों का नया काम सामान्य प्रवाह से कुछ हद तक बाहर हो।

उनके दृष्टिकोण की सादगी झरझरा सिलिकॉन के उपयोग में होती है - नियंत्रित गुणों के साथ एक सामग्री, जिसे आसानी से "प्राप्त" करके प्राप्त किया जा सकता है। इंजीनियरों ने पाया कि जब कोई सामग्री ग्राफीन परत से लेपित होती है, तो आयन के रूप में इसके गुणों में नाटकीय रूप से सुधार होता है।

"हमें नहीं पता था कि क्या होगा [जब हमने प्रयोग शुरू किए]]," पिंट कहते हैं। "आमतौर पर, शोधकर्ता 1400 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर सिलिकॉन कार्बाइड से ग्राफीन बढ़ाते हैं, इसलिए कम तापमान 500-600 डिग्री सेल्सियस पर हमें उम्मीद नहीं थी कि ऐसा कुछ बढ़ेगा।"

जब इंजीनियरों ने ओवन से सिलिकॉन वेफर निकाला, तो उन्होंने देखा कि इसका रंग अब नारंगी नहीं, बल्कि बैंगनी, कभी-कभी काला था। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के अध्ययन से पता चला है कि झरझरा सिलिकॉन कार्बन की एक पतली परत के साथ लेपित है जो कुछ नैनोमीटर मोटी होती है।


ग्राफीन कोटिंग (बाएं) और लेपित (दाएं) के बिना झरझरा सिलिकॉन की संरचना

परीक्षणों से पता चला कि ग्राफीन कोटिंग एक सुरक्षात्मक परत के रूप में कार्य करता है, और जब आयनिस्टर को चार्ज किया जाता है, तो अधिकतम ऊर्जा घनत्व 25 गुना बढ़ जाता है।

अध्ययन के लेखकों का कहना है कि उनके काम का उद्देश्य एक रिकॉर्ड ऊर्जा घनत्व के साथ आयनस्टोर्स का निर्माण नहीं है, लेकिन पारंपरिक माइक्रोकिरिट्स में उनका एकीकरण है, जो मानक तकनीकी प्रक्रिया के अनुसार निर्मित होते हैं। सबसे तार्किक विकल्प सौर पैनलों और सेंसर की पीठ पर आयनस्टोर्स स्थापित करना है। पिंट कहते हैं, "हमारे आसपास अधिक से अधिक उपकरणों को विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है:" बेहतर होगा कि हम ऊर्जा भंडारण को मौजूदा सामग्रियों और उपकरणों में एकीकृत कर सकें, जितना अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल हो जाएगा।