दुनिया को अधिक बिजली की जरूरत है, खासकर ऐसे रूप में जो स्वच्छ और नवीकरणीय हो।हमारी ऊर्जा-भंडारण रणनीतियों को वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरियों द्वारा आकार दिया गया है - ऐसी तकनीक के अत्याधुनिक - लेकिन आने वाले वर्षों में हम क्या उम्मीद कर सकते हैं?
आइए बैटरी की कुछ बुनियादी बातों से शुरुआत करें।बैटरी एक या अधिक कोशिकाओं का एक पैक है, जिनमें से प्रत्येक में एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड), एक विभाजक और एक इलेक्ट्रोलाइट होता है।इनके लिए विभिन्न रसायनों और सामग्रियों का उपयोग बैटरी के गुणों को प्रभावित करता है - यह कितनी ऊर्जा संग्रहीत और आउटपुट कर सकता है, यह कितनी बिजली प्रदान कर सकता है या इसे कितनी बार डिस्चार्ज और रिचार्ज किया जा सकता है (इसे साइक्लिंग क्षमता भी कहा जाता है)।
बैटरी कंपनियाँ ऐसे रसायन खोजने के लिए लगातार प्रयोग कर रही हैं जो सस्ता, सघन, हल्का और अधिक शक्तिशाली हों।हमने साफ्ट अनुसंधान निदेशक पैट्रिक बर्नार्ड से बात की, जिन्होंने परिवर्तनकारी क्षमता वाली तीन नई बैटरी प्रौद्योगिकियों के बारे में बताया।
नई पीढ़ी की लिथियम-आयन बैटरियाँ
यह क्या है?
लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियों में, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से लिथियम आयनों को सकारात्मक से नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक आगे और पीछे ले जाकर ऊर्जा भंडारण और रिलीज प्रदान की जाती है।इस तकनीक में, सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रारंभिक लिथियम स्रोत के रूप में कार्य करता है और नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम के लिए मेजबान के रूप में कार्य करता है।सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय सामग्रियों की पूर्णता के करीब दशकों के चयन और अनुकूलन के परिणामस्वरूप, ली-आयन बैटरी के नाम से कई रसायन एकत्र किए गए हैं।लिथियेटेड धातु ऑक्साइड या फॉस्फेट वर्तमान सकारात्मक सामग्री के रूप में उपयोग की जाने वाली सबसे आम सामग्री हैं।ग्रेफाइट, लेकिन ग्रेफाइट/सिलिकॉन या लिथियेटेड टाइटेनियम ऑक्साइड का भी नकारात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।
वास्तविक सामग्रियों और सेल डिज़ाइनों के साथ, ली-आयन तकनीक के अगले आने वाले वर्षों में ऊर्जा सीमा तक पहुंचने की उम्मीद है।फिर भी, विघटनकारी सक्रिय सामग्रियों के नए परिवारों की हालिया खोजों से वर्तमान सीमाएं खुलनी चाहिए।ये नवीन यौगिक सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में अधिक लिथियम संग्रहीत कर सकते हैं और पहली बार ऊर्जा और शक्ति को संयोजित करने की अनुमति देंगे।इसके अलावा, इन नए यौगिकों के साथ कच्चे माल की कमी और गंभीरता को भी ध्यान में रखा जाता है।
इसके क्या फायदे हैं?
आज, सभी अत्याधुनिक भंडारण प्रौद्योगिकियों के बीच, ली-आयन बैटरी तकनीक उच्चतम स्तर की ऊर्जा घनत्व की अनुमति देती है।फास्ट चार्ज या तापमान ऑपरेटिंग विंडो (-50 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस तक) जैसे प्रदर्शन को सेल डिजाइन और रसायन शास्त्र की बड़ी पसंद से ठीक किया जा सकता है।इसके अलावा, ली-आयन बैटरियां अतिरिक्त लाभ प्रदर्शित करती हैं जैसे कि बहुत कम स्व-निर्वहन और बहुत लंबा जीवनकाल और साइक्लिंग प्रदर्शन, आमतौर पर हजारों चार्जिंग/डिस्चार्ज चक्र।
हम इसकी उम्मीद कब कर सकते हैं?
उन्नत ली-आयन बैटरियों की नई पीढ़ी को सॉलिड स्टेट बैटरियों की पहली पीढ़ी से पहले तैनात किए जाने की उम्मीद है।वे ऊर्जा भंडारण प्रणालियों जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए आदर्श होंगेनवीकरणीय ऊर्जाऔर परिवहन (समुद्री, रेलवे,विमाननऔर ऑफ-रोड गतिशीलता) जहां उच्च ऊर्जा, उच्च शक्ति और सुरक्षा अनिवार्य है।
लिथियम-सल्फर बैटरियां
यह क्या है?
ली-आयन बैटरियों में, लिथियम आयन सक्रिय सामग्रियों में संग्रहीत होते हैं जो चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान स्थिर मेजबान संरचनाओं के रूप में कार्य करते हैं।लिथियम-सल्फर (Li-S) बैटरियों में, कोई होस्ट संरचना नहीं होती है।निर्वहन करते समय, लिथियम एनोड का उपभोग किया जाता है और सल्फर विभिन्न प्रकार के रासायनिक यौगिकों में परिवर्तित हो जाता है;चार्जिंग के दौरान विपरीत प्रक्रिया होती है।
इसके क्या फायदे हैं?
ली-एस बैटरी बहुत हल्के सक्रिय पदार्थों का उपयोग करती है: सकारात्मक इलेक्ट्रोड में सल्फर और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में धातु लिथियम।यही कारण है कि इसका सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व असाधारण रूप से उच्च है: लिथियम-आयन से चार गुना अधिक।यह इसे विमानन और अंतरिक्ष उद्योगों के लिए उपयुक्त बनाता है।
साफ्ट ने सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रोलाइट पर आधारित सबसे आशाजनक ली-एस तकनीक का चयन और समर्थन किया है।यह तकनीकी पथ बहुत उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबा जीवन लाता है और तरल आधारित ली-एस (सीमित जीवन, उच्च स्व-निर्वहन, ...) की मुख्य कमियों को दूर करता है।
इसके अलावा, यह तकनीक अपने बेहतर ग्रेविमेट्रिक ऊर्जा घनत्व (डब्ल्यूएच/किग्रा में दांव पर +30%) के कारण ठोस अवस्था लिथियम-आयन की पूरक है।
हम इसकी उम्मीद कब कर सकते हैं?
प्रमुख प्रौद्योगिकी बाधाओं को पहले ही दूर कर लिया गया है और परिपक्वता स्तर पूर्ण पैमाने के प्रोटोटाइप की दिशा में बहुत तेज़ी से आगे बढ़ रहा है।
लंबे बैटरी जीवन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, इस तकनीक के ठोस अवस्था लिथियम-आयन के तुरंत बाद बाजार में आने की उम्मीद है।
सॉलिड स्टेट बैटरियाँ
यह क्या है?
सॉलिड स्टेट बैटरियां प्रौद्योगिकी के संदर्भ में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करती हैं।आधुनिक ली-आयन बैटरियों में, आयन तरल इलेक्ट्रोलाइट (जिसे आयनिक चालकता भी कहा जाता है) में एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक जाते हैं।सभी ठोस अवस्था वाली बैटरियों में, तरल इलेक्ट्रोलाइट को एक ठोस यौगिक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो फिर भी लिथियम आयनों को इसके भीतर स्थानांतरित होने की अनुमति देता है।यह अवधारणा नई से बहुत दूर है, लेकिन पिछले 10 वर्षों में - गहन विश्वव्यापी अनुसंधान के लिए धन्यवाद - तरल इलेक्ट्रोलाइट के समान, बहुत उच्च आयनिक चालकता के साथ ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के नए परिवारों की खोज की गई है, जिससे इस विशेष तकनीकी बाधा को दूर किया जा सका है।
आज,एस ए एफ टीअनुसंधान एवं विकास प्रयास 2 मुख्य सामग्री प्रकारों पर ध्यान केंद्रित करते हैं: पॉलिमर और अकार्बनिक यौगिक, जिसका लक्ष्य भौतिक-रासायनिक गुणों जैसे प्रक्रियाशीलता, स्थिरता, चालकता का तालमेल है...
इसके क्या फायदे हैं?
पहला बड़ा लाभ सेल और बैटरी स्तर पर सुरक्षा में उल्लेखनीय सुधार है: ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स अपने तरल समकक्षों के विपरीत, गर्म होने पर गैर-ज्वलनशील होते हैं।दूसरा, यह नवीन, उच्च-वोल्टेज उच्च-क्षमता वाली सामग्रियों के उपयोग की अनुमति देता है, जो कम स्व-निर्वहन के परिणामस्वरूप बेहतर शेल्फ-जीवन के साथ सघन, हल्की बैटरियों को सक्षम बनाता है।इसके अलावा, सिस्टम स्तर पर, यह सरलीकृत यांत्रिकी के साथ-साथ थर्मल और सुरक्षा प्रबंधन जैसे अतिरिक्त लाभ लाएगा।
चूंकि बैटरियां उच्च शक्ति-से-भार अनुपात प्रदर्शित कर सकती हैं, इसलिए वे इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग के लिए आदर्श हो सकती हैं।
हम इसकी उम्मीद कब कर सकते हैं?
जैसे-जैसे तकनीकी प्रगति जारी है, कई प्रकार की ऑल-सॉलिड स्टेट बैटरियां बाजार में आने की संभावना है।पहली ग्रेफाइट-आधारित एनोड वाली सॉलिड स्टेट बैटरियां होंगी, जो बेहतर ऊर्जा प्रदर्शन और सुरक्षा लाएंगी।समय के साथ, धातुई लिथियम एनोड का उपयोग करने वाली हल्की ठोस अवस्था वाली बैटरी प्रौद्योगिकियाँ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो जानी चाहिए।
पोस्ट करने का समय: अगस्त-03-2022