توانائی، انسانی تہذیب کی ترقی کے لیے مادی بنیاد کے طور پر، ہمیشہ ایک اہم کردار ادا کرتی رہی ہے۔یہ انسانی معاشرے کی ترقی کے لیے ایک ناگزیر ضمانت ہے۔پانی، ہوا اور خوراک کے ساتھ مل کر یہ انسانی بقا کے لیے ضروری حالات بناتا ہے اور انسانی زندگی کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔.

توانائی کی صنعت کی ترقی میں لکڑی کے "دور" سے کوئلے کے "دور" تک اور پھر کوئلے کے "دور" سے تیل کے "دور" میں دو بڑی تبدیلیاں آئی ہیں۔اب یہ تیل کے "دور" سے قابل تجدید توانائی کی تبدیلی کے "دور" میں تبدیل ہونا شروع ہو گیا ہے۔

19ویں صدی کے اوائل میں کوئلے سے لے کر 20ویں صدی کے وسط میں تیل کے اہم ذریعہ کے طور پر، انسانوں نے 200 سال سے زیادہ عرصے سے بڑے پیمانے پر فوسل توانائی کا استعمال کیا ہے۔تاہم، جیواشم توانائی کے زیر تسلط عالمی توانائی کا ڈھانچہ اسے فوسل توانائی کی کمی سے زیادہ دور نہیں بناتا ہے۔

کوئلہ، تیل اور قدرتی گیس کی طرف سے نمائندگی کرنے والے تین روایتی فوسل انرجی اکنامک کیریئرز نئی صدی میں تیزی سے ختم ہو جائیں گے، اور استعمال اور دہن کے عمل میں، یہ گرین ہاؤس اثر کا سبب بھی بنے گا، بڑی مقدار میں آلودگی پیدا کرے گا، اور آلودگی ماحول.

اس لیے ضروری ہے کہ فوسل انرجی پر انحصار کم کیا جائے، توانائی کے موجودہ غیر معقول استعمال کے ڈھانچے کو تبدیل کیا جائے، اور صاف اور آلودگی سے پاک نئی قابل تجدید توانائی حاصل کی جائے۔

اس وقت قابل تجدید توانائی میں بنیادی طور پر ونڈ انرجی، ہائیڈروجن انرجی، سولر انرجی، بائیو ماس انرجی، ٹائیڈل انرجی اور جیوتھرمل انرجی وغیرہ شامل ہیں اور ونڈ انرجی اور سولر انرجی دنیا بھر میں موجودہ ریسرچ ہاٹ سپاٹ ہیں۔

تاہم، قابل تجدید توانائی کے مختلف ذرائع کے موثر تبادلوں اور ذخیرہ کو حاصل کرنا اب بھی نسبتاً مشکل ہے، اس طرح ان کو مؤثر طریقے سے استعمال کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔

اس صورت میں، انسانوں کے ذریعے نئی قابل تجدید توانائی کے موثر استعمال کو محسوس کرنے کے لیے، آسان اور موثر نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی تیار کرنا ضروری ہے، جو کہ موجودہ سماجی تحقیق میں بھی ایک اہم مقام ہے۔

اس وقت، لتیم آئن بیٹریاں، سب سے زیادہ موثر سیکنڈری بیٹریوں میں سے ایک کے طور پر، مختلف الیکٹرانک آلات، نقل و حمل، ایرو اسپیس اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہیں۔، ترقی کے امکانات زیادہ مشکل ہیں۔

سوڈیم اور لتیم کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات ایک جیسی ہیں، اور اس میں توانائی ذخیرہ کرنے کا اثر ہے۔اس کے بھرپور مواد، سوڈیم کے منبع کی یکساں تقسیم، اور کم قیمت کی وجہ سے، یہ بڑے پیمانے پر توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی میں استعمال ہوتی ہے، جس میں کم قیمت اور اعلی کارکردگی کی خصوصیات ہیں۔

سوڈیم آئن بیٹریوں کے مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد میں تہہ دار ٹرانزیشن میٹل کمپاؤنڈز، پولینیئنز، ٹرانزیشن میٹل فاسفیٹس، کور شیل نینو پارٹیکلز، دھاتی مرکبات، سخت کاربن وغیرہ شامل ہیں۔

فطرت میں بہت زیادہ ذخائر کے ساتھ ایک عنصر کے طور پر، کاربن سستا اور حاصل کرنا آسان ہے، اور اس نے سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک اینوڈ مواد کے طور پر بہت زیادہ پہچان حاصل کی ہے۔

گرافٹائزیشن کی ڈگری کے مطابق، کاربن مواد کو دو قسموں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: گرافیٹک کاربن اور بے ساختہ کاربن۔

ہارڈ کاربن، جو بے ساختہ کاربن سے تعلق رکھتا ہے، سوڈیم ذخیرہ کرنے کی مخصوص صلاحیت 300mAh/g کی نمائش کرتا ہے، جب کہ اعلیٰ درجے کے گرافٹائزیشن کے ساتھ کاربن مواد اپنے بڑے سطحی رقبے اور مضبوط ترتیب کی وجہ سے تجارتی استعمال کو پورا کرنا مشکل ہے۔

لہذا، غیر گریفائٹ سخت کاربن مواد بنیادی طور پر عملی تحقیق میں استعمال ہوتے ہیں۔

سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے انوڈ مواد کی کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کے لیے، آئن ڈوپنگ یا کمپاؤنڈنگ کے ذریعے کاربن مواد کی ہائیڈرو فیلیسیٹی اور چالکتا کو بہتر بنایا جا سکتا ہے، جو کاربن مواد کی توانائی ذخیرہ کرنے کی کارکردگی کو بڑھا سکتا ہے۔

سوڈیم آئن بیٹری کے منفی الیکٹروڈ مواد کے طور پر، دھاتی مرکبات بنیادی طور پر دو جہتی دھاتی کاربائڈز اور نائٹرائڈز ہیں۔دو جہتی مواد کی عمدہ خصوصیات کے علاوہ، وہ نہ صرف سوڈیم آئنوں کو جذب اور انٹرکلیشن کے ذریعے ذخیرہ کرسکتے ہیں بلکہ سوڈیم کے ساتھ بھی مل سکتے ہیں۔ آئنوں کا مجموعہ توانائی کے ذخیرہ کرنے کے لیے کیمیائی رد عمل کے ذریعے کیپیسیٹینس پیدا کرتا ہے، اس طرح توانائی کے ذخیرہ کرنے کے اثر کو بہت بہتر بناتا ہے۔

دھاتی مرکبات حاصل کرنے میں زیادہ قیمت اور دشواری کی وجہ سے، کاربن مواد اب بھی سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے اہم اینوڈ مواد ہیں۔

تہہ دار منتقلی دھاتی مرکبات کا عروج گرافین کی دریافت کے بعد ہے۔اس وقت، سوڈیم آئن بیٹریوں میں استعمال ہونے والے دو جہتی مواد میں بنیادی طور پر سوڈیم پر مبنی تہوں والے NaxMO4، NaxCoO4، NaxMnO4، NaxVO4، NaxFeO4، وغیرہ شامل ہیں۔

پولینیونک مثبت الیکٹروڈ مواد سب سے پہلے لتیم آئن بیٹری مثبت الیکٹروڈ میں استعمال کیا گیا تھا، اور بعد میں سوڈیم آئن بیٹریاں میں استعمال کیا گیا تھا.اہم نمائندہ مواد میں زیتون کے کرسٹل جیسے NaMnPO4 اور NaFePO4 شامل ہیں۔

ٹرانزیشن میٹل فاسفیٹ اصل میں لتیم آئن بیٹریوں میں ایک مثبت الیکٹروڈ مواد کے طور پر استعمال ہوتا تھا۔ترکیب کا عمل نسبتاً پختہ ہے اور بہت سے کرسٹل ڈھانچے ہیں۔

فاسفیٹ، ایک سہ جہتی ڈھانچے کے طور پر، ایک ایسا فریم ورک ڈھانچہ بناتا ہے جو سوڈیم آئنوں کی ڈیانٹرکلیشن اور انٹرکلیشن کے لیے سازگار ہوتا ہے، اور پھر بہترین توانائی ذخیرہ کرنے کی کارکردگی کے ساتھ سوڈیم آئن بیٹریاں حاصل کرتا ہے۔

کور شیل ساخت کا مواد سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک نئی قسم کا انوڈ مواد ہے جو صرف حالیہ برسوں میں سامنے آیا ہے۔اصل مواد کی بنیاد پر، اس مواد نے شاندار ساختی ڈیزائن کے ذریعے کھوکھلی ساخت حاصل کی ہے۔

زیادہ عام کور شیل ڈھانچہ والے مواد میں کھوکھلی کوبالٹ سیلینائیڈ نانو کیوبس، Fe-N کو-ڈوپڈ کور-شیل سوڈیم وینڈیٹ نانوسفیئرز، غیر محفوظ کاربن ہولو ٹن آکسائیڈ نانوسفیئرز اور دیگر کھوکھلے ڈھانچے شامل ہیں۔

اس کی عمدہ خصوصیات کی وجہ سے، جادوئی کھوکھلی اور غیر محفوظ ساخت کے ساتھ، زیادہ الیکٹرو کیمیکل سرگرمی الیکٹرولائٹ کے سامنے آتی ہے، اور ساتھ ہی، یہ توانائی کے موثر ذخیرہ کو حاصل کرنے کے لیے الیکٹرولائٹ کی آئن موبلٹی کو بھی بہت فروغ دیتا ہے۔

عالمی قابل تجدید توانائی مسلسل بڑھ رہی ہے، توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی کی ترقی کو فروغ دے رہی ہے۔

فی الحال، توانائی ذخیرہ کرنے کے مختلف طریقوں کے مطابق، اسے جسمانی توانائی کے ذخیرہ اور الیکٹرو کیمیکل توانائی کے ذخیرہ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

الیکٹرو کیمیکل انرجی سٹوریج اعلی حفاظت، کم قیمت، لچکدار استعمال، اور اعلی کارکردگی کے فوائد کی وجہ سے آج کی نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی کے ترقیاتی معیارات پر پورا اترتا ہے۔

مختلف الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے عمل کے مطابق، الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے کے پاور ذرائع میں بنیادی طور پر سپر کیپیسیٹرز، لیڈ ایسڈ بیٹریاں، ایندھن کی طاقت والی بیٹریاں، نکل میٹل ہائیڈرائیڈ بیٹریاں، سوڈیم سلفر بیٹریاں، اور لیتھیم آئن بیٹریاں شامل ہیں۔

توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی میں، لچکدار الیکٹروڈ مواد نے اپنے ڈیزائن کے تنوع، لچک، کم قیمت، اور ماحولیاتی تحفظ کی خصوصیات کی وجہ سے بہت سے سائنسدانوں کی تحقیقی دلچسپیوں کو اپنی طرف متوجہ کیا ہے۔

کاربن مواد میں خصوصی تھرمو کیمیکل استحکام، اچھی برقی چالکتا، اعلی طاقت، اور غیر معمولی میکانی خصوصیات ہیں، جو انہیں لیتھیم آئن بیٹریوں اور سوڈیم آئن بیٹریوں کے لیے امید افزا الیکٹروڈ بناتے ہیں۔

سپر کیپسیٹرز کو اعلی موجودہ حالات میں تیزی سے چارج اور خارج کیا جا سکتا ہے، اور ان کی سائیکل لائف 100,000 سے زیادہ مرتبہ ہوتی ہے۔یہ کیپسیٹرز اور بیٹریوں کے درمیان خصوصی الیکٹرو کیمیکل انرجی سٹوریج پاور سپلائی کی ایک نئی قسم ہیں۔

سپر کیپسیٹرز میں اعلی طاقت کی کثافت اور اعلی توانائی کی تبدیلی کی شرح کی خصوصیات ہیں، لیکن ان کی توانائی کی کثافت کم ہے، وہ خود سے خارج ہونے والے مادہ کا شکار ہیں، اور جب غلط طریقے سے استعمال کیا جاتا ہے تو وہ الیکٹرولائٹ کے رساو کا شکار ہوتے ہیں۔

اگرچہ فیول پاور سیل بغیر چارجنگ، بڑی صلاحیت، اعلیٰ مخصوص صلاحیت اور وسیع مخصوص پاور رینج کی خصوصیات رکھتا ہے، لیکن اس کا اعلیٰ آپریٹنگ درجہ حرارت، زیادہ لاگت کی قیمت، اور کم توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی اسے صرف کمرشلائزیشن کے عمل میں دستیاب کرتی ہے۔بعض زمروں میں استعمال کیا جاتا ہے۔

لیڈ ایسڈ بیٹریاں کم قیمت، پختہ ٹیکنالوجی، اور اعلی حفاظت کے فوائد رکھتی ہیں، اور سگنل بیس اسٹیشنوں، الیکٹرک سائیکلوں، آٹوموبائلز، اور گرڈ انرجی اسٹوریج میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہیں۔ماحول کو آلودہ کرنے جیسے شارٹ بورڈز توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریوں کی بڑھتی ہوئی اعلیٰ ضروریات اور معیارات کو پورا نہیں کر سکتے۔

Ni-MH بیٹریوں میں مضبوط استرتا، کم کیلوریفک ویلیو، بڑی مونومر صلاحیت، اور مستحکم ڈسچارج کی خصوصیات ہیں، لیکن ان کا وزن نسبتاً بڑا ہے، اور بیٹری سیریز کے انتظام میں بہت سے مسائل ہیں، جو آسانی سے سنگل کے پگھلنے کا باعث بن سکتے ہیں۔ بیٹری الگ کرنے والے.