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Argonne National Laboratory और इलिनोइस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक ठोस-राज्य बैटरी बनाई है जिसका उपयोग EVs की सीमा का विस्तार करने के लिए किया जा सकता है, और यह छोटे-ढोने वाले विमानों और भारी ट्रकों पर बैटरी का उपयोग करने की क्षमता को अनलॉक कर सकता है।
लेकिन अभी के लिए यह एक डाइम के आकार का लैब-स्केल बैटरी सेल है। इस जानकारी को रिसर्च करने वाले दो लोगो अपनी बात रखी है।
Argonne के एक वरिष्ठ रसायनज्ञ लैरी कर्टिस ने कहा, “शुरुआत में मुझे संदेह था।” वह 40 से अधिक वर्षों से प्रयोगशाला में हैं और अनुभव से जानते हैं कि प्रारंभिक परिणाम दोहराए जाने योग्य नहीं हो सकते हैं। लेकिन शिकागो-क्षेत्र के दो संस्थानों के उनके और उनके सहयोगियों ने पाया कि उनके काम को दोहराया जा सकता है।
कुछ बैटरी की मूल बातें:
अधिकांश ईवी आज लिथियम-आयन बैटरी पर चलते हैं। जब बैटरी चार्ज हो रही होती है, तो आयन एक तरफ (कैथोड) से दूसरी तरफ (एनोड) में प्रवाहित होते हैं, और फिर डिस्चार्ज होने पर उलट जाते हैं। आयन एक इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हुए यह यात्रा करते हैं, जो एक तरल या जेल है।
ठोस अवस्था बैटरियों में, इलेक्ट्रोलाइट ठोस होता है, अक्सर एक सिरेमिक सामग्री। विभिन्न डिज़ाइन कारणों से समग्र बैटरी वर्तमान लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में द्रव्यमान की प्रति इकाई अधिक बिजली धारण कर सकती है।
ठोस अवस्था बैटरियों में, इलेक्ट्रोलाइट ठोस होता है, अक्सर एक सिरेमिक सामग्री। विभिन्न डिज़ाइन कारणों से समग्र बैटरी वर्तमान लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में द्रव्यमान की प्रति इकाई अधिक बिजली धारण कर सकती है।
वाहन निर्माता और बैटरी निर्माता सॉलिड-स्टेट बैटरी विकसित करने के लिए काम कर रहे हैं। वे उच्च ऊर्जा घनत्व के कारण लंबी दूरी की क्षमता देखते हैं, और बैटरी अधिक सुरक्षित होंगी क्योंकि वे वर्तमान लिथियम-आयन प्रणालियों की तुलना में कम ज्वलनशील हैं।
Argonne और इलिनोइस टेक में डिज़ाइन लिथियम-एयर बैटरी का एक संस्करण है, एक ऐसी श्रेणी जो लगभग एक दशक तक रही है लेकिन अभी तक व्यावसायिक सफलता नहीं मिली है।
इस विशिष्ट बैटरी में, एनोड लिथियम के ठोस रूप से बना होता है। “वायु” भाग बाहरी हवा से आता है जो कैथोड में छोटे छिद्रों से होकर बहती है। हवा से ऑक्सीजन लिथियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है जो ठोस इलेक्ट्रोलाइट से गुजरे हैं। इलेक्ट्रोलाइट सिरेमिक और बहुलक सामग्री के संयोजन से बना है – एक ठोस जो अभी भी आयनों के पारित होने की अनुमति देता है।
यह समझने के लिए कि यह बैटरी क्या अलग बनाती है, यह जानने में मदद मिलती है कि पिछली लिथियम-एयर बैटरी में प्रत्येक ऑक्सीजन अणु एक या दो इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करेगा।
इस नई बैटरी में, प्रत्येक ऑक्सीजन अणु अधिकतम चार इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करता है।
इसे ऐसे समझें जब आप कार से किराने की थैलियों का एक ट्रंक उतार रहे हों। यदि आप एक या दो के विपरीत प्रत्येक यात्रा पर चार बैग ले जा सकते हैं तो यह बहुत अधिक कुशल है।
तो इस बैटरी में ऑक्सीजन के अणु अधिक इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया क्यों कर रहे हैं? यह जटिल है, और शोधकर्ता अभी भी उस प्रश्न का उत्तर देने की प्रक्रिया में हैं। लेकिन सबसे संभावित उत्तर यह है कि सामग्रियों के संयोजन के परिणामस्वरूप ऐसा वातावरण बनता है जो ऑक्सीजन को चार-इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया के लिए फुसलाता है।
प्रौद्योगिकी के वास्तविक विश्व निहितार्थ पर्याप्त हैं, बैटरी की क्षमता के साथ जो एक बार चार्ज करने पर 1,000 मील तक ईवी को शक्ति प्रदान कर सकती है। सॉलिड स्टेट बैटरी के लिए अन्य डिज़ाइनों की तुलना में यह बहुत अधिक है, और यह अधिकांश मौजूदा ईवीएस की तुलना में तीन से चार गुना अधिक है।
इलिनोइस टेक में एक केमिकल इंजीनियर मोहम्मद असदी, टीम के एक अन्य नेता थे जिन्होंने बैटरी और कागज के सह-लेखक का विकास किया।
“यह रसायन विज्ञान और ऊर्जा घनत्व के बारे में है,” उन्होंने कहा कि इस बैटरी को क्या खास बनाता है।
उनके लिए, इस शोध के सबसे रोमांचक पहलुओं में से एक समुद्री परिवहन और विमानन में उपयोग के लिए बैटरी विकसित करने की क्षमता है। परिवहन के उन तरीकों को इतनी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है कि पर्याप्त आकार और वजन की आवश्यकता के कारण बैटरी पैक अव्यावहारिक हो गए हैं।
कारों की क्षमता को देखते हुए, बैटरी का उपयोग ईवी के लिए सुपर लंबी रेंज के साथ किया जा सकता है, लेकिन मुझे यह सबसे व्यावहारिक उपयोग के रूप में नहीं दिखता है। ईवीएस बनाने में मदद करने के लिए एक बेहतर उपयोग होगा जिसमें आज की तुलना में बहुत छोटे बैटरी पैक हैं लेकिन अभी भी पर्याप्त रेंज हो सकती है। इससे कार का वजन और उसकी कीमत कम होगी।
लेकिन यह प्रारंभिक चरण का शोध है जो बाजार में आने से शायद एक दशक या उससे भी दूर है, अगर यह कभी बाजार में आता है। शुरुआती चुनौतियों में से एक लैब-स्केल सेल को एक प्रोटोटाइप में बदलना होगा, जो लगभग 100 गुना बड़ा होगा।
इस बीच, वाहन निर्माता और बैटरी निर्माता ठोस राज्य बैटरी वाली पहली कारों को जारी करने से कुछ ही साल दूर हैं।
टोयोटा ने पिछले साल कहा था कि उसके पास 2025 तक सॉलिड-स्टेट बैटरी होगी, लेकिन यह पूरी तरह से इलेक्ट्रिक वाहन के विपरीत गैस-इलेक्ट्रिक हाइब्रिड में होगी। ईवी नहीं बनाने का निर्णय सिर खुजाने वाला है, लेकिन यह हाइब्रिड के लिए टोयोटा के निरंतर शौक के अनुरूप है।
प्रत्येक प्रमुख ऑटोमेकर सॉलिड-स्टेट बैटरी पर काम कर रहा है, या तो इन-हाउस या क्वांटमस्केप और सॉलिड पावर जैसे बैटरी निर्माताओं के साथ साझेदारी के माध्यम से। योजनाएं अलग-अलग होती हैं, लेकिन वे लगभग पांच वर्षों के भीतर बाजार में बैटरी के साथ कुछ ईवी होने और 2030 के दशक की शुरुआत में बाजार में बहुत अधिक होने की ओर इशारा करते हैं।
निसान ने दो साल पहले 2028 तक प्रौद्योगिकी के साथ ईवी की बिक्री शुरू करने के लिए ठोस राज्य बैटरी उत्पादन को गति देने का लक्ष्य रखा था, और कंपनी के एक कार्यकारी ने पिछले महीने कहा था कि कंपनी उस लक्ष्य को हासिल करने के लिए ट्रैक पर है।
लेकिन संभावनाओं और समय सारिणी को लेकर कुछ संदेह भी है। ईवी बैटरी मार्केट शेयर में ग्लोबल लीडर CATL के चेयरमैन ने पिछले महीने कहा था कि उनकी कंपनी को सॉलिड-स्टेट बैटरी विकसित करने में मुश्किल हो रही है। चीन स्थित CATL दूसरों के बीच टेस्ला के लिए एक आपूर्तिकर्ता है, और यह तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हुए अपनी बैटरी रेंज का विस्तार करने और लागत कम करने में सक्षम है।
ऑटो उद्योग द्वारा विकास गतिविधियों की भीड़, और Argonne और इलिनोइस टेक जैसे स्थानों पर जारी अनुसंधान, ईवीएस को उपभोक्ताओं के लिए और अधिक आकर्षक बनाने में मदद करने के लिए ठोस-राज्य बैटरी का वादा दिखाता है।
निकट भविष्य में, ईवीएस समकक्ष गैसोलीन वाहनों की तुलना में कम खर्चीले होने की संभावना है, और ईवी को एक ही चार्ज पर अधिक समय तक यात्रा करने में सक्षम होना चाहिए क्योंकि गैसोलीन मॉडल एक टैंक पर जा सकते हैं।
या, जैसा कि कर्टिस कहते हैं, सॉलिड-स्टेट बैटरी “कारों को सस्ता बनाने के साथ-साथ आगे भी जा सकती है।”
