အလွန်နိမ့်သော အပူချိန်ဘက်ထရီများကို ပိုမိုဘေးကင်းစေရန်အတွက် ဓာတ်ငွေ့အီလက်ထရောနစ်များကို တည်ငြိမ်စေသည့် ခွဲထွက်ကိရိယာကို အင်ဂျင်နီယာများက တီထွင်ခဲ့သည်။

နိုင်ငံခြားမီဒီယာများ၏ဖော်ပြချက်အရ၊ ကယ်လီဖိုးနီးယားတက္ကသိုလ် San Diego မှ နာနိုအင်ဂျင်နီယာများသည် cathode နှင့် anode အကြားအတားအဆီးအဖြစ်လုပ်ဆောင်နိုင်သောဘက်ထရီခွဲစက်ကိုတီထွင်ခဲ့ပြီးဘက်ထရီအတွင်းရှိဓာတ်ငွေ့အငွေ့ပျံခြင်းမှကာကွယ်ရန်ဖြစ်သည်။ ဒိုင်ယာဖရမ်အသစ်သည် မုန်တိုင်း၏အတွင်းပိုင်းဖိအားများ စုပုံလာခြင်းကို တားဆီးပေးကာ ဘက်ထရီ ရောင်ရမ်းခြင်းနှင့် ပေါက်ကွဲခြင်းမှ ကာကွယ်ပေးသည်။

San Diego ကယ်လီဖိုးနီးယားတက္ကသိုလ်မှ Jacobs အင်ဂျင်နီယာကျောင်းမှ nanoengineering ဆိုင်ရာ ပါမောက္ခ Zheng Chen က "ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများကို ဖမ်းမိခြင်းဖြင့် အမြှေးပါးသည် မတည်ငြိမ်သော အီလက်ထရွန်းနစ်အတွက် တည်ငြိမ်မှုတစ်ခုအဖြစ် လုပ်ဆောင်နိုင်သည်" ဟု ပြောကြားခဲ့သည်။

ခြားနားချက်အသစ်သည် အလွန်နိမ့်သောအပူချိန်တွင် ဘက်ထရီစွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည်။ ဒိုင်ယာဖရမ်ကိုအသုံးပြုသည့်ဘက်ထရီဆဲလ်သည် အနုတ် 40 ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်တွင် လည်ပတ်နိုင်ပြီး စွမ်းရည်သည် တစ်ဂရမ်လျှင် 500 milliampere နာရီအထိ မြင့်မားနိုင်ပြီး၊ လုပ်ငန်းသုံး ဒိုင်ယာဖရမ်ဘက်ထရီသည် ဤကိစ္စရပ်တွင် ပါဝါ သုညနီးပါးရှိသည်။ သုတေသီများက ၎င်းကို နှစ်လကြာ အသုံးမပြုဘဲထားသော်လည်း ဘက်ထရီဆဲလ်စွမ်းရည်မှာ မြင့်မားနေဆဲဖြစ်ကြောင်း သုတေသီများက ပြောသည်။ ဤလုပ်ဆောင်ချက်က ဒိုင်ယာဖရမ်သည် သိုလှောင်မှုသက်တမ်းကိုလည်း တိုးပေးနိုင်ကြောင်း ပြသသည်။ ဤရှာဖွေတွေ့ရှိမှုသည် သုတေသီများအား ၎င်းတို့၏ရည်မှန်းချက်ကို ပိုမိုအောင်မြင်နိုင်စေသည်- အာကာသယာဉ်များ၊ ဂြိုလ်တုများနှင့် ရေနက်သင်္ဘောများကဲ့သို့သော ရေခဲသောပတ်ဝန်းကျင်များတွင် မော်တော်ယာဉ်များအတွက် လျှပ်စစ်ဓာတ်အားပေးနိုင်သော ဘက်ထရီများထုတ်လုပ်ရန် ခွင့်ပြုပေးပါသည်။

ဒီသုတေသနကို San Diego ကယ်လီဖိုးနီးယားတက္ကသိုလ်က နာနိုအင်ဂျင်နီယာပညာပါမောက္ခ Ying Shirley Meng ရဲ့ ဓာတ်ခွဲခန်းမှာ လေ့လာမှုတစ်ခုအပေါ် အခြေခံထားပါတယ်။ ဤသုတေသနပြုချက်သည် အပူချိန် အနှုတ် 60°C တွင် ပထမဆုံးအကြိမ်အဖြစ် ပတ်ဝန်းကျင်တွင် ကောင်းမွန်သောစွမ်းဆောင်ရည်ကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သည့် ဘက်ထရီကို တီထွင်ရန်အတွက် သီးခြားဓာတ်ငွေ့ရည်လျှပ်ရိုက်ကို အသုံးပြုထားသည်။ ယင်းတို့အထဲမှ အရည်ဓာတ်သည် အီလက်ထရွန်းအရည်များထက် ဖိအားကိုအသုံးပြု၍ အရည်ကျသော ဓာတ်ငွေ့တစ်မျိုးဖြစ်ပြီး သမားရိုးကျအရည် အီလက်ထရိုရိုက်များထက် အပူချိန်နိမ့်ပါးမှုကို ပိုမိုခံနိုင်ရည်ရှိသည်။

သို့သော် ဤ electrolyte အမျိုးအစားတွင် ချို့ယွင်းချက်ရှိသည်။ အရည်မှဓာတ်ငွေ့သို့ပြောင်းရန်လွယ်ကူသည်။ Chen က "ဒီပြဿနာက ဒီ electrolyte အတွက် အကြီးမားဆုံး လုံခြုံရေးပြဿနာပဲ" အရည်မော်လီကျူးများကို စုစည်းရန်နှင့် electrolyte ကို အသုံးပြုရန်အတွက် အရည်အနေအထားတွင် ထားရှိရန် ဖိအားကို တိုးရန်လိုအပ်သည်။

Chen ၏ဓာတ်ခွဲခန်းသည် San Diego ကယ်လီဖိုးနီးယားတက္ကသိုလ်မှ နာနိုအင်ဂျင်နီယာဆိုင်ရာ ပါမောက္ခ Meng နှင့် Tod Pascal တို့ ပူးပေါင်း၍ ဤပြဿနာကို ဖြေရှင်းပေးခဲ့သည်။ Pascal ကဲ့သို့သော ကွန်ပြူတာကျွမ်းကျင်သူများ၏ ကျွမ်းကျင်မှုကို Chen နှင့် Meng ကဲ့သို့သော သုတေသီများနှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့် ဖိအားများလွန်းခြင်းမရှိဘဲ အငွေ့ပျံနေသော အီလက်ထရောနစ်များကို အရည်ပျော်စေရန် နည်းလမ်းတစ်ခုကို တီထွင်ခဲ့သည်။ အထက်ဖော်ပြပါ ပုဂ္ဂိုလ်များသည် San Diego တက္ကသိုလ်၊ ကယ်လီဖိုးနီးယားတက္ကသိုလ်၏ သုတေသနသိပ္ပံနှင့် အင်ဂျင်နီယာဌာန (MRSEC) နှင့် ဆက်စပ်လျက်ရှိသည်။

ဤနည်းလမ်းသည် သေးငယ်သော နာနိုစကေး အာကာသအတွင်း ပိတ်မိနေချိန်တွင် ဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများ သူ့အလိုလို ကျုံ့သွားသည့် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဖြစ်စဉ်မှ ချေးယူပါသည်။ ဤဖြစ်စဉ်ကို capillary condensation ဟုခေါ်သည်၊ ၎င်းသည် ဓာတ်ငွေ့များကို ဖိအားနိမ့်ကျသော အရည်အဖြစ်သို့ ဖြစ်စေနိုင်သည်။ သုတေသနအဖွဲ့သည် ဖလိုရိုမီသိန်းဓာတ်ငွေ့ဖြင့်ပြုလုပ်ထားသော အလွန်နိမ့်သောအပူချိန်ဘက်ထရီများတွင် အီလက်ထရီကို တည်ငြိမ်စေနိုင်သော ဓာတ်ခွဲခန်းတစ်ခုကို တည်ဆောက်ရန်အတွက် သုတေသနအဖွဲ့သည် ဤဖြစ်စဉ်ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ သုတေသီများသည် အမြှေးပါးကို ဖန်တီးရန်အတွက် သတ္တု-အော်ဂဲနစ်ဘောင် (MOF) ဟုခေါ်သော ပေါက်ရောက်သော ပုံဆောင်ခဲကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ MOF ၏ထူးခြားသောအချက်မှာ ဖလိုရိုမီသိန်းဓာတ်ငွေ့မော်လီကျူးများကို ကျဉ်းစေပြီး ဖိအားနည်းချိန်တွင် သေးငယ်သောချွေးပေါက်များပြည့်နှက်နေခြင်းဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ fluoromethane သည် များသောအားဖြင့် အနုတ် 30°C တွင် ကျုံ့သွားပြီး အင်အား 118 psi ရှိသည်။ MOF ကိုအသုံးပြုပါက တူညီသောအပူချိန်တွင် porous ၏ condensation pressure သည် 11 psi သာရှိသည်။

Chen က "ဒီ MOF က electrolyte အလုပ်လုပ်ဖို့ လိုအပ်တဲ့ ဖိအားကို သိသိသာသာ လျှော့ချပေးတယ်။ ဒါကြောင့် ကျွန်တော်တို့ရဲ့ ဘက်ထရီက အပူချိန်နိမ့်တဲ့ ပမာဏမှာ ပမာဏအများကြီးကို ပြိုပျက်မသွားအောင် စွမ်းဆောင်ပေးနိုင်တယ်။" သုတေသီများသည် လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီတွင် MOF-based ခွဲထွက်ကိရိယာကို စမ်းသပ်ခဲ့ကြသည်။ . လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီတွင် ဖလိုရိုကာဗွန်ကတ်သိုဒ်နှင့် လစ်သီယမ်သတ္တု အန်ဒိတ်တို့ ပါဝင်သည်။ ၎င်းသည် ၎င်းအား ဖလိုရိုမီသိန်း အရည်ဖျော်ရန်အတွက် လိုအပ်သည့် ဖိအားထက် 70 psi အတွင်း ဖိအား 57 psi ဖြင့် ဓာတ်ငွေ့ဖြည့်သွင်းနိုင်သည်။ ဘက်ထရီသည် ၎င်း၏အခန်းအပူချိန်၏ 40% ကို အနှုတ် XNUMX°C တွင် ဆက်လက်ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့်၊ တူညီသောအပူချိန်နှင့် ဖိအားတွင် fluoromethane ပါ၀င်သော ဓာတ်ငွေ့လျှပ်စစ်ကို အသုံးပြုထားသော စီးပွားရေးလုပ်ငန်းသုံး အမြှေးပါးဘက်ထရီ၏ ပါဝါသည် သုညနီးပါးဖြစ်သည်။

MOF ခြားနားမှုအပေါ် အခြေခံထားသည့် မိုက်ခရိုပေါက်များသည် အဓိကကျသောအချက်မှာ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် အဆိုပါ သေးငယ်သောအပေါက်များသည် ဖိအားလျှော့ကျချိန်၌ပင် ဘက်ထရီအတွင်း အီလက်ထရွန်းများ ပိုမိုစီးဆင်းမှုကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သောကြောင့် ဖြစ်သည်။ စီးပွားဖြစ် ဒိုင်ယာဖရမ်တွင် ကြီးမားသော ချွေးပေါက်များရှိပြီး ဖိအားနည်းသော ဓာတ်ငွေ့ အီလက်ထရောနစ် မော်လီကျူးများကို မထိန်းသိမ်းနိုင်ပါ။ သို့သော် microporosity သည် ဤအခြေအနေများအောက်တွင် diaphragm ကောင်းစွာအလုပ်လုပ်သည့်တစ်ခုတည်းသောအကြောင်းပြချက်မဟုတ်ပါ။ သုတေသီများ ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော ဒိုင်ယာဖရမ်သည် ချွေးပေါက်များကို တစ်ဖက်မှတစ်ဖက်သို့ စဉ်ဆက်မပြတ်လမ်းကြောင်းတစ်ခုအဖြစ် ဖန်တီးနိုင်စေပြီး၊ ထို့ကြောင့် လစ်သီယမ်အိုင်းယွန်းသည် ဒိုင်ယာဖရမ်မှတဆင့် လွတ်လပ်စွာ စီးဆင်းနိုင်ကြောင်း အာမခံသည်။ စမ်းသပ်မှုတွင် အနုတ် 40°C တွင်ရှိသော diaphragm အသစ်ကိုအသုံးပြုထားသော ဘက်ထရီ၏ ionic conductivity သည် business diaphragm ကိုအသုံးပြုထားသော ဘက်ထရီထက် ဆယ်ဆဖြစ်သည်။

Chen ၏အဖွဲ့သည် အခြားသော electrolytes များပေါ်တွင် MOF-based ခွဲထွက်ကိရိယာများကို စမ်းသပ်လျက်ရှိသည်။ Chen က "ကျွန်ုပ်တို့သည် အလားတူအကျိုးသက်ရောက်မှုများကိုတွေ့မြင်ရပါသည်။ ဤ MOF အား တည်ငြိမ်မှုအဖြစ်အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ဘက်ထရီဘေးကင်းမှုကိုတိုးတက်စေရန်အတွက် အမျိုးမျိုးသောလျှပ်စစ်ဓာတ်မော်လီကျူးများကို စုပ်ယူနိုင်သည်