एक बैटरी एक या एक से अधिक कोशिकाओं का एक पैकेट 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 स्टोर और आउटपुट कर सकता है, यह कितनी शक्ति प्रदान कर सकता है या कितनी बार इसे डिस्चार्ज और रिचार्ज किया जा सकता है (जिसे साइकिलिंग क्षमता भी कहा जाता है)।
बैटरी कंपनियां सस्ता, सघन, हल्का और अधिक शक्तिशाली रसायन खोजने के लिए लगातार प्रयोग कर रही हैं। साफ्ट रिसर्च के निदेशक पैट्रिक बर्नार्ड अनुसार परिवर्तनकारी क्षमता वाली तीन नई बैटरी तकनीक हैं।
लिथियम-आयन
लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरी में, ऊर्जा भंडारण और रिलीज इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से सकारात्मक से नकारात्मक इलेक्ट्रोड तक लिथियम आयनों की गति द्वारा 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 शास्त्र एकत्र किए जाते हैं। लिथियेटेड धातु ऑक्साइड या फॉस्फेट वर्तमान सकारात्मक सामग्री के रूप में उपयोग की जाने वाली सबसे आम सामग्री है। ग्रेफाइट, लेकिन ग्रेफाइट/सिलिकॉन या लिथियेटेड टाइटेनियम ऑक्साइड भी नकारात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
वास्तविक सामग्री और सेल डिजाइन के साथ, ली-आयन प्रौद्योगिकी अगले आने वाले वर्षों में ऊर्जा सीमा तक पहुंचने की उम्मीद है। फिर भी, विघटनकारी सक्रिय सामग्रियों के नए परिवारों की हाल की खोजों को वर्तमान सीमाओं को खोलना चाहिए। ये अभिनव यौगिक सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में अधिक लिथियम स्टोर 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 महत्वपूर्णता को भी ध्यान में रखा जाता है।
इसके फायदे
आज, सभी अत्याधुनिक भंडारण प्रौद्योगिकियों के बीच, ली-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी उच्चतम स्तर की ऊर्जा घनत्व की अनुमति देती है। फास्ट चार्ज या तापमान ऑपरेटिंग विंडो (-50 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस तक) जैसे प्रदर्शनों को सेल डिजाइन और केमिस्ट्री की बड़ी पसंद से ठीक किया जा सकता है। इसके अलावा, ली-आयन बैटरी अतिरिक्त लाभ प्रदर्शित करती हैं जैसे कि बहुत कम स्व-निर्वहन और बहुत लंबा जीवनकाल और साइकिल चलाना प्रदर्शन, आमतौर पर हजारों चार्जिंग / डिस्चार्जिंग चक्र।
हम इसकी अपेक्षा कब कर सकते हैं?
नई पीढ़ी की उन्नत ली-आयन बैटरियों को सॉलिड-स्टेट बैटरी की पहली पीढ़ी से पहले तैनात किए जाने की उम्मीद है। वे अक्षय ऊर्जा और परिवहन (समुद्री, रेलवे, विमानन और ऑफ रोड गतिशीलता) के लिए ऊर्जा भंडारण प्रणालियों जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए आदर्श होंगे जहां उच्च ऊर्जा, उच्च शक्ति और सुरक्षा अनिवार्य है।
लिथियम सल्फर
ली-आयन बैटरी में, लिथियम आयन चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान स्थिर मेजबान संरचनाओं के रूप में कार्य करने वाली सक्रिय सामग्रियों में संग्रहीत होते हैं। लिथियम-सल्फर (Li-S) बैटरियों में कोई परपोषी 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 रिवर्स प्रोसेस होता है।
इसके फायदे
एक 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: ली-आयन की तुलना में चार गुना अधिक। यह इसे विमानन और अंतरिक्ष उद्योगों के लिए उपयुक्त बनाता है।
सॉफ़्ट ने सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रोलाइट पर आधारित सबसे होनहार Li-S तकनीक का चयन किया है और उसका समर्थन किया है। यह तकनीकी मार्ग बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व, लंबा जीवन लाता है और तरल आधारित ली-एस (सीमित जीवन, उच्च स्व-निर्वहन, ...) की मुख्य कमियों को दूर करता है।
हम इसकी अपेक्षा कब कर सकते हैं?
प्रमुख प्रौद्योगिकी बाधाओं को पहले ही दूर कर लिया गया है और परिपक्वता स्तर बहुत तेजी से पूर्ण पैमाने के प्रोटोटाइप की ओर बढ़ रहा है।
लंबे बैटरी जीवन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, इस तकनीक के सॉलिड-स्टेट ली-आयन के ठीक बाद बाजार में पहुंचने की उम्मीद है।
ठोस अवस्था
सॉलिड-स्टेट बैटरियां प्रौद्योगिकी के मामले में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करती हैं। आधुनिक ली-आयन बैटरी में, आयन एक इलेक्ट्रोड से दूसरे में तरल इलेक्ट्रोलाइट (जिसे आयनिक चालकता भी कहा जाता है) में चलते हैं। ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों में, तरल इलेक्ट्रोलाइट को एक ठोस यौगिक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो फिर भी लिथियम आयनों को इसके भीतर स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। यह अवधारणा नई से बहुत दूर है, लेकिन पिछले 10 वर्षों में - गहन विश्वव्यापी शोध के लिए धन्यवाद - ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के नए परिवारों को तरल इलेक्ट्रोलाइट के समान बहुत अधिक आयनिक चालकता के साथ खोजा गया है, जिससे इस विशेष तकनीकी बाधा को दूर किया जा सकता है।
आज, साफ्ट आर एंड डी प्रयास 2 मुख्य सामग्री प्रकारों पर ध्यान केंद्रित करते हैं: पॉलिमर और अकार्बनिक यौगिक, भौतिक-रासायनिक गुणों जैसे कि प्रक्रियात्मकता, स्थिरता, चालकता के तालमेल को लक्षित करते हैं ...
इसके फायदे
पहला बड़ा फायदा सेल और बैटरी स्तरों पर सुरक्षा में एक उल्लेखनीय सुधार है: ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स अपने तरल समकक्षों के विपरीत, गर्म होने पर गैर-ज्वलनशील होते हैं। दूसरा, यह अभिनव, उच्च-वोल्टेज उच्च-क्षमता सामग्री के उपयोग की अनुमति देता है, कम आत्म-निर्वहन के परिणामस्वरूप बेहतर शेल्फ-लाइफ के साथ सघन, हल्की बैटरी को सक्षम करता है। इसके अलावा, सिस्टम स्तर पर, यह सरल यांत्रिकी के साथ-साथ थर्मल और सुरक्षा प्रबंधन जैसे अतिरिक्त लाभ लाएगा।
चूंकि बैटरियां एक उच्च शक्ति-से-भार अनुपात प्रदर्शित कर सकती हैं, वे इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग के लिए आदर्श हो सकती हैं।
हम इसकी अपेक्षा कब कर सकते हैं?
जैसे-जैसे तकनीकी प्रगति जारी है, कई प्रकार की ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी बाजार में आने की संभावना है। पहली सॉलिड-स्टेट बैटरी होगी जिसमें ग्रेफाइट-आधारित एनोड होंगे, जो बेहतर ऊर्जा प्रदर्शन और सुरक्षा लाएंगे। समय के साथ, धातु लिथियम एनोड का उपयोग करने वाली हल्की सॉलिड-स्टेट बैटरी प्रौद्योगिकियां व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होनी चाहिए।
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