क्या आप पत्थरों से बनी बैटरियां नहीं चाहते? क्या हम रिचार्जेबल बैटरी के क्षेत्र में एक नई क्रांति की ओर अग्रसर हैं? इन सबके बारे में आज.
पूरी दुनिया में, तथाकथित हरित ऊर्जा की अधिकतम संभव दक्षता हासिल करने की लंबे समय से होड़ लगी हुई है। नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत जो वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन नहीं करते हैं, हमारी सभ्यता का भविष्य हैं, जिस पर किसी को संदेह नहीं है। यह अब सिर्फ एक सपना नहीं, बल्कि आज की जरूरत है। वैज्ञानिक अधिक से अधिक अलार्म बजा रहे हैं, हमसे बिजली बचाने और विद्युत उपकरणों का यथासंभव कुशलता से उपयोग करने का आग्रह कर रहे हैं।
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अधिकांश उपकरण बैटरी पर चलते हैं या बैटरियोंपुराने वॉकमैन खिलाड़ियों से लेकर लिथियम-आयन प्रौद्योगिकियों (ली-आयन) पर आधारित नवीनतम स्मार्टफोन या इलेक्ट्रिक कारों तक। अधिकांश विद्युत उपकरणों और तकनीकी उपकरणों में उनका उपयोग कई वर्षों से किया जा रहा है, हालांकि वे बहुत अधिक ऊर्जा कुशल और टिकाऊ नहीं हैं। इसके अलावा, समय के साथ उनका निपटान हमारे पर्यावरण की पारिस्थितिक स्थिति के लिए एक वास्तविक समस्या बन जाता है।
लिथियम-आयन बैटरियां लगभग हर जगह लगाई जाती हैं, क्योंकि वे सस्ती होती हैं और उनका प्रदर्शन उच्च होता है। चूंकि पिछले एक दशक में इन बैटरियों की लागत में काफी कमी आई है, इसलिए ये लंबी अवधि के उपयोग के लिए सबसे व्यवहार्य विकल्प बन रही हैं, केवल अपनी प्रचुर मात्रा के कारण। आज, इन बैटरियों ने तकनीकी सफलताओं के माध्यम से नहीं, बल्कि विनिर्माण विधियों, उपकरणों और दक्षता के सरल और लगातार इंजीनियरिंग अनुकूलन के माध्यम से कम लागत और बढ़ी हुई ऊर्जा घनत्व हासिल की है।
हालाँकि, बिजली उत्पादन की नई विधियों और प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, इसके भंडारण के कुशल तरीकों की माँग बढ़ रही है। छोटे पैमाने पर, इसमें कोई समस्या नहीं है - इसका समाधान विभिन्न प्रकार की बैटरियां और संचायक हैं, जो बिजली की तरह ही वास्तविकता का एक स्पष्ट तत्व हैं।
इनका उपयोग फोन को पावर देने, विभिन्न प्रकार की लाइटिंग के लिए किया जाता है, कभी इन्हें फ्लैशलाइट या म्यूजिक प्लेयर का उपयोग करने की आवश्यकता होती थी, हालांकि ये सभी अब हमारे स्मार्टफोन में हैं। लेकिन आप पूरे घर को बिजली देने के लिए आवश्यक ऊर्जा का भंडारण कैसे करते हैं? यह पता चला है कि बैटरियां इस मामले में भी काम आ सकती हैं। बेशक, हम दुकानों में उपलब्ध लोकप्रिय "उंगलियों" के प्रकार की बैटरियों के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, बल्कि पूरी तरह से नए उपकरणों के बारे में बात कर रहे हैं, जो अपने आप में रोमांचक इंजीनियरिंग उपलब्धियां हैं।
ऐसी नई बैटरियां विकसित करने के लिए काफी समय से अनुसंधान चल रहा है जो प्रदर्शन, लागत और स्थायित्व के मामले में लिथियम-आयन बैटरियों से प्रतिस्पर्धा कर सकें।
इनमें से कई नई प्रौद्योगिकियां पूरी तरह से नई नहीं हैं। संक्षेप में, वे लिथियम-आयन बैटरी के समान ही काम करते हैं, लेकिन विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करते हैं। यहां प्रौद्योगिकियों के कुछ सबसे दिलचस्प उदाहरण दिए गए हैं जो जल्द ही ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र में क्रांति ला सकते हैं।
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इस प्रकार की बैटरी, दूसरों के विपरीत, तरल या जेल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग नहीं करती है, बल्कि ठोस रूपों का उपयोग करती है। ऐसे इलेक्ट्रोलाइट्स आमतौर पर सिरेमिक, कांच, पॉलिमर या सल्फाइट्स के रूप में होते हैं। सॉलिड-स्टेट बैटरियां अधिक कुशल होती हैं क्योंकि वे अपने लिथियम-आयन समकक्षों के समान आयामों के लिए अधिक ऊर्जा प्रदान करती हैं। उनमें काफी संभावनाएं हैं, खासकर इलेक्ट्रिक वाहनों को पावर देने के क्षेत्र में।
एक सॉलिड-स्टेट बैटरी आज की लिथियम-आयन बैटरियों के साथ ऊपर सूचीबद्ध अधिकांश समस्याओं को हल करने की क्षमता रखती है। एक ग्लास सॉलिड-स्टेट बैटरी में क्षार धातु (लिथियम, सोडियम, या पोटेशियम) एनोड का उपयोग करके तीन गुना ऊर्जा घनत्व हो सकता है, जो कैथोड की ऊर्जा घनत्व को बढ़ाता है और लंबा जीवन प्रदान करता है। एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट को गैर-ज्वलनशील या कम से कम स्व-प्रज्वलन के लिए प्रतिरोधी माना जाता है। सॉलिड-स्टेट बैटरियों की गैर-ज्वलनशील प्रकृति ओवरहीटिंग के जोखिम को भी कम करती है, जिससे कोशिकाओं को अधिक कसकर पैक किया जा सकता है, जिससे डिजाइन लचीलापन और थोक घनत्व बढ़ता है।
इन बैटरियों से बड़ी उम्मीदें इस तथ्य से जुड़ी हैं कि ये लंबे समय तक चल सकती हैं। और यह आज की दुनिया में एक बड़ा प्लस है।
हालाँकि, सॉलिड-स्टेट बैटरियाँ वर्तमान में तकनीकी तत्परता के निम्न स्तर पर हैं, और मौलिक अनुसंधान अभी भी जारी है, जिससे उच्च उत्पादन लागत और स्केलेबिलिटी से संबंधित अनिश्चितता और चिंताएँ पैदा हो रही हैं। चुनौती यह भी है कि ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स को एक ऐसी प्रक्रिया में शामिल किया जाए जो आधुनिक विनिर्माण प्रथाओं के अनुकूल हो, जो अंतिम उत्पाद की स्थायित्व या लागत को प्रभावित न करे, साथ ही बेहतर ऊर्जा और बिजली घनत्व, बढ़ी हुई सुरक्षा और उच्च थ्रूपुट जैसे लाभ भी जोड़े। ...
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लिथियम-सल्फर (Li-S) बैटरियां ("लिथियम-सल्फर" के साथ भ्रमित न हों - ये शाश्वत बैटरियां यूक्रेनियन के विवादों से प्रेरित हैं) को एक प्रभावी उपकरण के रूप में पिछली शताब्दी के 60 के दशक से विकसित और शोध किया जाने लगा। प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके ऊर्जा का भंडारण करना। लिथियम-आयन बैटरी (एलआईबी) तकनीक के तेजी से विकास और व्यावसायीकरण के बावजूद, आने वाले दशकों में लिथियम-आयन बैटरी के सामने आने वाली महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौतियों को हल करने में कोई सफलता हासिल नहीं हुई है। इसलिए, 2000 के दशक में, ली-एस बैटरियों ने अपने फायदे - कम लागत और उच्च सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा के कारण डेवलपर्स से महत्वपूर्ण रुचि हासिल की। ये संकेतक वर्तमान लिथियम-आयन बैटरी की विशेषताओं से लगभग 3 गुना अधिक हैं। कम लागत और सल्फर की उच्च सामग्री (यानी सक्रिय कैथोड सामग्री) लिथियम-सल्फर बैटरी को लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में अधिक आकर्षक बनाती है, इस तथ्य को देखते हुए कि बाद वाली बैटरी कैथोड उत्पादन में कोबाल्ट और निकल जैसी महत्वपूर्ण सामग्रियों का उपयोग करती हैं।
और लिथियम-सल्फर बैटरी में, कैथोड, जो बैटरी में दो इलेक्ट्रोडों में से एक है, सल्फर से बना होगा। यह तत्व पारंपरिक निकल और कोबाल्ट से अधिक संतुलित है। ऐसी बैटरियां लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में अधिक कुशल होती हैं। इससे जाहिर तौर पर उन कारों की रेंज लंबी हो सकती है जिनमें उनका इस्तेमाल किया जाएगा। हम कह सकते हैं कि इन बैटरियों का बड़ा फायदा यह है कि सल्फर एक सस्ता और व्यापक कच्चा माल है। साथ ही, ऐसी बैटरियों की उत्पादन प्रक्रिया लिथियम-आयन बैटरियों के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया के समान ही होती है, जिसका अर्थ है कि उनके उत्पादन के लिए समान उपकरणों और उत्पादन क्षमताओं का उपयोग किया जा सकता है।
इस प्रकार की बैटरियों का एक अन्य लाभ यह है कि इनके निर्माण के लिए लगभग 25% कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ये सभी विशेषताएं लिथियम-सल्फर बैटरी के उत्पादन को बहुत लाभदायक बना सकती हैं।
विकास पहले से ही पूरे जोरों पर हैं। कंपनी लिटेन ने इस क्षेत्र में विशेष रूप से महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। इसमें पहले से ही संपूर्ण LytCell EV बैटरी प्लेटफ़ॉर्म है। कंपनी का कहना है कि इसकी बैटरी आज की लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में सस्ती और सुरक्षित है, और इस दशक के मध्य तक अमेरिका में बड़े पैमाने पर उत्पादित इलेक्ट्रिक वाहनों में इसका इस्तेमाल किया जा सकता है।
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इस प्रकार की बैटरी हवा का उपयोग करके लोहे के ऑक्सीकरण की प्रक्रिया के आधार पर काम करती है। रिचार्जिंग प्रक्रिया में, ऑक्सीकृत पदार्थ रिवर्स ऑक्सीकरण नामक प्रक्रिया में वापस लोहे में परिवर्तित हो जाते हैं। निकट भविष्य में आयरन-एयर बैटरियों के व्यापक होने की उम्मीद है, मुख्यतः क्योंकि वे लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में लगभग 25 गुना अधिक ऊर्जा भंडारण की अनुमति देते हैं।
लोहे और हवा दोनों के बहुत बड़े भंडार के कारण, ऐसी बैटरियों की लागत निश्चित रूप से बहुत कम होगी। अनुमान के मुताबिक इनकी कीमत मौजूदा बैटरियों से करीब 10 गुना तक कम हो सकती है! दुर्भाग्य से, ऐसी बैटरियों में एक महत्वपूर्ण खामी है - लोहे के ऑक्सीकरण की धीमी दर के कारण, उन्हें चार्ज करने में लंबा समय लग सकता है।
प्रसिद्ध मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के आधार पर उभरा स्टार्ट-अप फॉर्म एनर्जी सफलतापूर्वक आयरन-एयर बैटरी विकसित कर रहा है। डेवलपर्स के अनुसार, फॉर्म एनर्जी बैटरियां लिथियम से दस गुना सस्ती हैं, और वे लोहे का उपयोग करती हैं, जो दुनिया में प्रचुर मात्रा में है। वहीं, लौह-वायु बैटरियां लिथियम बैटरियों की तुलना में अधिक समय तक चल सकती हैं और ज्वलनशील न होने के कारण अधिक सुरक्षित भी होती हैं।
इस समय देखी जाने वाली एकमात्र कमी यह है कि ये बैटरियां चार्ज होने में धीमी हैं, जिससे ये लिथियम बैटरी की तुलना में कम व्यवहार्य विकल्प बन जाती हैं, उदाहरण के लिए लैपटॉप या स्मार्टफोन के मामले में। दूसरी ओर, वे राष्ट्रीय पावर ग्रिड के स्तर पर ऊर्जा भंडारण के लिए एक उत्कृष्ट समाधान हैं, क्योंकि वे लिथियम बैटरी की तुलना में 100 घंटे अधिक ऊर्जा भंडारण प्रदान कर सकते हैं, जो छह घंटे तक चल सकती है। इस तरह, वे बड़े पैमाने पर सौर पार्कों और पवन फार्मों के एकीकरण की सुविधा प्रदान कर सकते हैं।
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नई प्रकार की बैटरियों का एक और दिलचस्प उदाहरण वह है जो बिजली के बजाय गर्मी संग्रहित करती है। उदाहरण के लिए, इज़राइली कंपनी ब्रेनमिलर एनर्जी थर्मल ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए चट्टानों जैसी वैकल्पिक सामग्रियों का उपयोग करने पर काम कर रही है। 2012 से, ब्रेनमिलर एनर्जी पहले उत्पादन के लिए और फिर तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए कुचले हुए पत्थर का उपयोग कर रही है। बदले में, ऐसी तकनीकों का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, उद्योग में।
दिलचस्प बात यह है कि ऊर्जा भंडारण के लिए कुचले हुए पत्थर का उपयोग करने का विचार बिल्कुल नया नहीं है। नासा, जिसके पास कई नई प्रौद्योगिकियां हैं, पिछली सदी के सत्तर के दशक से थर्मल ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों का परीक्षण कर रहा है। पारंपरिक बैटरियों के विपरीत, इज़राइली कंपनी द्वारा उत्पादित बैटरियां भाप, गर्म पानी या गर्म हवा का उत्पादन करने के लिए ऊर्जा का उपयोग करती हैं। ब्रेनमिलर एनर्जी का कहना है कि उसका प्लांट, जिसे टेम्पो कहा जाता है, 35 मेगावाट तक ऊर्जा संग्रहीत करने में सक्षम होगा, जो प्रति घंटे 14 टन तक भाप का उत्पादन करेगा।
यह इज़रायली अर्थव्यवस्था के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जहां सभी ऊर्जा-संबंधी उत्सर्जन का 45 प्रतिशत तक औद्योगिक तापन क्षेत्र से आता है। यह परियोजना पारंपरिक जीवाश्म ईंधन पर चलने वाले भाप बॉयलरों को बदलने के लिए है।
नई वास्तविकताओं के लिए नए समाधानों की आवश्यकता होती है। नई प्रकार की बैटरियों का आगमन ऊर्जा बचत के क्षेत्र में प्रौद्योगिकियों के विकास में योगदान देगा। शायद कुछ सालों में आपके लैपटॉप या स्मार्टफोन को हर दिन चार्ज करने की जरूरत नहीं पड़ेगी, क्योंकि एक बार चार्ज करने पर यह एक महीने या शायद एक साल तक भी काम करेगा। और साथ ही, नई प्रकार की बैटरी न केवल ऊर्जा बचाएगी, बल्कि पर्यावरण के संरक्षण में भी योगदान देगी।
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