हम अपने आस-पास की अधिकांश तकनीक को हल्के में लेते हैं। उदाहरण के लिए, फोन के लिए माइक्रो कंप्यूटर जो पूरे दिन रिचार्ज किए बिना काम करते हैं। लेकिन मैं चाहता हूं कि फोन बिना रिचार्ज के 3-4 दिनों तक काम करे। या एक इलेक्ट्रिक कार जो 1000 किलोमीटर की यात्रा कर सकती है, मिनटों में चार्ज हो जाती है ... और गैसोलीन इंजन वाली कार से कम खर्च होती है। पिछले कुछ वर्षों में सॉलिड-स्टेट बैटरी के बारे में बहुत सारी बातें हुई हैं, लेकिन अब चीजें कैसी चल रही हैं? और हमें और कितना इंतज़ार करना होगा ठोस राज्य बैटरी हमारे उपकरणों के अंदर खत्म?
सबसे हालिया उदाहरण टोयोटा है, जिसने शीतकालीन ओलंपिक के दौरान एक ठोस-राज्य बैटरी कार की घोषणा की। आज हम जिस लिथियम-आयन बैटरियों का उपयोग करते हैं, वे जितनी महान हैं, उनमें कुछ कमियां हैं जिन्हें सॉलिड-स्टेट बैटरी हल करने का प्रयास करती हैं।
उन दोनों में क्या समान है?
दोनों प्रकार बिजली उत्पादन के लिए लिथियम का उपयोग करते हैं और उनकी सामान्य संरचना काफी समान होती है। सीधे शब्दों में कहें, उनके पास एक एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड), एक कैथोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) और एक इलेक्ट्रोलाइट होता है।
उनका मुख्य अंतर इलेक्ट्रोलाइट की स्थिति में है, जो चार्जिंग के दौरान कैथोड से आयनों को एनोड में स्थानांतरित करने में मदद करता है और इसके विपरीत निर्वहन के दौरान। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोलाइट बैटरी के नकारात्मक और सकारात्मक पक्षों के बीच विद्युत प्रवाह के प्रवाह को नियंत्रित करता है। जबकि लिथियम-आयन बैटरी तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं, सॉलिड-स्टेट बैटरी, जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, ठोस इलेक्ट्रोलाइट की पतली परतों का उपयोग करती हैं।
यह महत्वपूर्ण क्यों है?
ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के कई महत्वपूर्ण फायदे हैं:
- सुरक्षा: पीअम्लीय इलेक्ट्रोलाइट्स परिवर्तनशील और उच्च तापमान पर आसानी से प्रज्वलित होते हैं। उनके विपरीत, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स अधिक स्थिर होते हैं और आग या विस्फोट के जोखिम को कम करते हैं।
- उच्चतर ऊर्जा घनत्व और तेज़ चार्जिंग समय: pबढ़ी हुई स्थिरता का मतलब है कि सॉलिड-स्टेट बैटरियां अपने लिथियम-आयन समकक्षों की तुलना में 50% अधिक ऊर्जा स्टोर कर सकती हैं, जबकि उनके 80 मिनट के भीतर 12% चार्ज तक पहुंचने की उम्मीद है।
बाईं ओर हम लिथियम-आयन बैटरी की संरचना देखते हैं, और दाईं ओर हम एक सॉलिड-स्टेट बैटरी की संरचना देखते हैं।
3. हल्का वजन और आकार: जबकि लिथियम-आयन बैटरी के अंदर तरल उन्हें भारी बनाता है, सॉलिड-स्टेट बैटरी की कॉम्पैक्ट संरचना प्रति यूनिट क्षेत्र में उच्च ऊर्जा घनत्व की अनुमति देती है, जिसका अर्थ है कि कम बैटरी की आवश्यकता होती है।
क्या सॉलिड-स्टेट बैटरी लिथियम-आयन बैटरी की जगह लेगी?
सिद्धांत रूप में, हाँ, या कम से कम यही वह जगह है जहाँ चीजें आगे बढ़ रही हैं। वास्तव में, कई वाहन निर्माता पहले से ही इस तकनीक में निवेश कर रहे हैं, जिनमें वोक्सवैगन, टोयोटा, फोर्ड और बीएमडब्ल्यू शामिल हैं। हालांकि, व्यवहार में, प्रयोगशालाओं में एक-एक करके सॉलिड-स्टेट बैटरियों की कोशिकाओं का उत्पादन किया जाता है, और उन्हें बड़े पैमाने पर उत्पादन में लाने के लिए - एक महंगा और अभी भी अपर्याप्त रूप से विकसित कार्य।
एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट विकसित करना मुश्किल है जो स्थिर, रासायनिक रूप से निष्क्रिय और इलेक्ट्रोड के बीच आयनों का एक अच्छा संवाहक दोनों होगा। इसके अलावा, इलेक्ट्रोलाइट्स निर्माण के लिए बहुत महंगे हैं और उपयोग के दौरान विस्तारित और संपीड़ित होने पर उनकी भंगुरता के कारण क्रैकिंग के लिए प्रवण होते हैं। लेकिन शायद लिथियम-आयन बैटरी धीरे-धीरे अधिक किफायती हो जाएंगी, ऐसा होगा।
क्या अध्ययन पहले ही किए जा चुके हैं?
हाल के वर्षों में, इस समस्या को हल करने के उद्देश्य से कई दिलचस्प अध्ययन किए गए हैं। एमआईटी शोधकर्ताओं ने तथाकथित मिश्रित आयन-इलेक्ट्रॉन कंडक्टर (एमआईईसी), साथ ही इलेक्ट्रॉनिक और लिथियम-आयन इंसुलेटर (ईएलआई) विकसित किए हैं। यह नैनोस्केल MIEC ट्यूबों के साथ एक त्रि-आयामी सेलुलर वास्तुकला है। ट्यूब लिथियम से भरे होते हैं, जो एनोड बनाते हैं। इस खोज का एक महत्वपूर्ण हिस्सा यह है कि सेलुलर संरचना लिथियम को चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान विस्तार और अनुबंध करने के लिए जगह देती है। बैटरी का यह "श्वास" दरारों को रोकता है। ईएलआई ट्यूबों की कोटिंग उन्हें ठोस इलेक्ट्रोलाइट से बचाने में बाधा के रूप में कार्य करती है। यह एक सॉलिड-स्टेट बैटरी की संरचना है, जो हमें किसी भी तरल या जेल को जोड़ने की आवश्यकता से बचाती है, और इसलिए हमें डेंड्राइट से बचने की अनुमति देती है।
एक कंपनी जिसे . कहा जाता है आयन भंडारण प्रणाली लगभग 10 माइक्रोमीटर मोटी एक अल्ट्राथिन सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट विकसित की, जो आधुनिक प्लास्टिक विभाजकों के समान मोटाई के बारे में है जो तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं। सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट के प्रत्येक पक्ष को एल्यूमीनियम ऑक्साइड की एक सुपर-पतली परत के साथ लेपित किया जाता है जो प्रतिरोध को कम करने में मदद करता है। बैटरी प्रोटोटाइप की ऊर्जा क्षमता लगभग 300 Wh/kg है और इसे 5-10 मिनट में चार्ज किया जा सकता है। तुलना के लिए: आधुनिक NCA बैटरी लगभग 250 Wh/kg की ऊर्जा क्षमता तक पहुँचती हैं।
प्रदर्शनी में CES इस साल, Mecedes ने AVTR कॉन्सेप्ट कार का प्रदर्शन किया, जो पर्यावरण के अनुकूल सामग्री से बनी है, जिसमें पूरी तरह से रिसाइकिल करने योग्य बैटरी भी है। एक साक्षात्कार में, मर्सिडीज के वरिष्ठ बैटरी अनुसंधान प्रबंधक एंड्रियास हिंटेनच ने कहा कि बैटरी प्रौद्योगिकी वर्तमान में प्रयोगशाला परीक्षण से गुजर रही है और 10-15 वर्षों में तैयार हो जाएगी। CATL (टेस्ला के चीनी बैटरी पार्टनर) ने एक सैंपल सॉलिड-स्टेट बैटरी भी विकसित की है, लेकिन उन्होंने बताया कि यह 2030 तक बाजार में नहीं आएगी।
सॉलिड-स्टेट बैटरियों का निरंतर उत्पादन अपेक्षित है निर्धारित होगा 2025 से, लेकिन शुरू में मोटर वाहन उद्योग में नहीं।
यह भी पढ़ें: