બેટરી ટેકનોલોજીનું ભવિષ્ય: સિલિકોન એનોડ, ગ્રેફિન, એલ્યુમિનિયમ-ઓક્સિજન બેટરી, વગેરે.

સંપાદકની નોંધ: ઇલેક્ટ્રિક ટેકનોલોજી એ ગ્રીન અર્થનું ભવિષ્ય છે, અને બેટરી ટેકનોલોજી એ ઇલેક્ટ્રિક ટેકનોલોજીનો પાયો છે અને ઇલેક્ટ્રિક ટેકનોલોજીના મોટા પાયે વિકાસને પ્રતિબંધિત કરવાની ચાવી છે. વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહની બેટરી ટેકનોલોજી લિથિયમ-આયન બેટરી છે, જેમાં સારી ઉર્જા ઘનતા અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા છે. જો કે, લિથિયમ ઊંચી કિંમત અને મર્યાદિત સંસાધનો સાથે એક દુર્લભ તત્વ છે. તે જ સમયે, જેમ જેમ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ વધે છે, તેમ તેમ લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉર્જા ઘનતા હવે પૂરતી નથી. કેવી રીતે પ્રતિક્રિયા આપવી? મયંક જૈને ભવિષ્યમાં ઉપયોગમાં લઈ શકાય તેવી કેટલીક બેટરી તકનીકોનો સ્ટોક લીધો છે. મૂળ લેખ માધ્યમ પર પ્રકાશિત થયો હતો: બેટરી ટેકનોલોજીનું ભવિષ્ય

પૃથ્વી ઊર્જાથી ભરેલી છે, અને આપણે તે ઊર્જાને ભેગી કરવા અને તેનો સારો ઉપયોગ કરવા માટે શક્ય તેટલું બધું કરી રહ્યા છીએ. નવીનીકરણીય ઊર્જા તરફ સંક્રમણમાં આપણે વધુ સારું કામ કર્યું હોવા છતાં, ઊર્જા સંગ્રહ કરવામાં આપણે બહુ પ્રગતિ કરી નથી.
હાલમાં, બેટરી ટેકનોલોજીનો ઉચ્ચતમ ધોરણ લિથિયમ-આયન બેટરી છે. આ બેટરી શ્રેષ્ઠ ઉર્જા ઘનતા, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા (લગભગ 99%) અને લાંબુ આયુષ્ય ધરાવે છે.
તો શું ખોટું છે? જેમ જેમ આપણે નવીનીકરણીય ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તેમ તેમ લિથિયમ-આયન બેટરીની ઊર્જા ઘનતા હવે પૂરતી રહી નથી.
આપણે બેચમાં બેટરીનું ઉત્પાદન ચાલુ રાખી શકીએ છીએ, તેથી આ કોઈ મોટી વાત નથી લાગતી, પરંતુ સમસ્યા એ છે કે લિથિયમ પ્રમાણમાં દુર્લભ ધાતુ છે, તેથી તેની કિંમત ઓછી નથી. જોકે બેટરી ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટી રહ્યો છે, ઊર્જા સંગ્રહની જરૂરિયાત પણ ઝડપથી વધી રહી છે.
આપણે એવા તબક્કે પહોંચી ગયા છીએ જ્યાં એકવાર લિથિયમ આયન બેટરીનું ઉત્પાદન થઈ જાય, પછી તેની ઊર્જા ઉદ્યોગ પર મોટી અસર પડશે.
અશ્મિભૂત ઇંધણની ઉર્જા ઘનતા વધારે છે તે એક હકીકત છે, અને આ એક મોટું પ્રભાવિત પરિબળ છે જે નવીનીકરણીય ઉર્જા પર સંપૂર્ણ નિર્ભરતા તરફ સંક્રમણને અવરોધે છે. આપણને એવી બેટરીઓની જરૂર છે જે આપણા વજન કરતાં વધુ ઉર્જા ઉત્સર્જન કરે છે.
લિથિયમ-આયન બેટરી કેવી રીતે કામ કરે છે
લિથિયમ બેટરીની કાર્યપદ્ધતિ સામાન્ય AA અથવા AAA રાસાયણિક બેટરી જેવી જ હોય ​​છે. તેમાં એનોડ અને કેથોડ ટર્મિનલ હોય છે, અને વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ હોય છે. સામાન્ય બેટરીથી વિપરીત, લિથિયમ-આયન બેટરીમાં ડિસ્ચાર્જ પ્રતિક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવી હોય છે, તેથી બેટરીને વારંવાર રિચાર્જ કરી શકાય છે.

કેથોડ (+ ટર્મિનલ) લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટથી બનેલો છે, એનોડ (-ટર્મિનલ) ગ્રેફાઇટથી બનેલો છે, અને ગ્રેફાઇટ કાર્બનથી બનેલો છે. વીજળી એ ફક્ત ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ છે. આ બેટરીઓ એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે લિથિયમ આયનોને ખસેડીને વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે.
જ્યારે ચાર્જ થાય છે, ત્યારે આયનો એનોડ તરફ જાય છે, અને જ્યારે ડિસ્ચાર્જ થાય છે, ત્યારે આયનો કેથોડ તરફ જાય છે.
આયનોની આ હિલચાલ સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલનું કારણ બને છે, તેથી લિથિયમ આયનની હિલચાલ અને ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ સંબંધિત છે.
સિલિકોન એનોડ બેટરી
BMW જેવી ઘણી મોટી કાર કંપનીઓ સિલિકોન એનોડ બેટરીના વિકાસમાં રોકાણ કરી રહી છે. સામાન્ય લિથિયમ-આયન બેટરીની જેમ, આ બેટરીઓ લિથિયમ એનોડનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ કાર્બન-આધારિત એનોડને બદલે, તેઓ સિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે.
એનોડ તરીકે, સિલિકોન ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારું છે કારણ કે તેને લિથિયમ રાખવા માટે 4 કાર્બન અણુઓની જરૂર પડે છે, અને 1 સિલિકોન અણુ 4 લિથિયમ આયનોને પકડી શકે છે. આ એક મોટો સુધારો છે ... સિલિકોનને ગ્રેફાઇટ કરતાં 3 ગણું મજબૂત બનાવે છે.

તેમ છતાં, લિથિયમનો ઉપયોગ હજુ પણ બેધારી તલવાર છે. આ સામગ્રી હજુ પણ મોંઘી છે, પરંતુ ઉત્પાદન સુવિધાઓને સિલિકોન કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કરવી પણ સરળ છે. જો બેટરીઓ સંપૂર્ણપણે અલગ હોય, તો ફેક્ટરીને સંપૂર્ણપણે ફરીથી ડિઝાઇન કરવી પડશે, જેના કારણે સ્વિચિંગનું આકર્ષણ થોડું ઓછું થશે.
સિલિકોન એનોડ રેતીને ટ્રીટ કરીને શુદ્ધ સિલિકોન ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે, પરંતુ હાલમાં સંશોધકો જે સૌથી મોટી સમસ્યાનો સામનો કરી રહ્યા છે તે એ છે કે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે સિલિકોન એનોડ ફૂલી જાય છે. આનાથી બેટરી ખૂબ ઝડપથી બગડી શકે છે. મોટા પ્રમાણમાં એનોડનું ઉત્પાદન કરવું પણ મુશ્કેલ છે.

ગ્રાફીન બેટરી
ગ્રાફીન એ કાર્બન ફ્લેકનો એક પ્રકાર છે જે પેન્સિલ જેવી જ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ ગ્રેફાઇટને ફ્લેક્સ સાથે જોડવામાં ઘણો સમય લાગે છે. ઘણા ઉપયોગના કિસ્સાઓમાં તેના ઉત્તમ પ્રદર્શન માટે ગ્રાફીનની પ્રશંસા કરવામાં આવે છે, અને બેટરી તેમાંથી એક છે.

કેટલીક કંપનીઓ એવી ગ્રેફિન બેટરી પર કામ કરી રહી છે જે મિનિટોમાં સંપૂર્ણપણે ચાર્જ થઈ શકે છે અને લિથિયમ-આયન બેટરી કરતા 33 ગણી ઝડપથી ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે આ ખૂબ મૂલ્યવાન છે.
ફોમ બેટરી
હાલમાં, પરંપરાગત બેટરીઓ દ્વિ-પરિમાણીય હોય છે. તે કાં તો લિથિયમ બેટરીની જેમ સ્ટેક કરવામાં આવે છે અથવા સામાન્ય AA અથવા લિથિયમ-આયન બેટરીની જેમ વળેલી હોય છે.
ફોમ બેટરી એ એક નવો ખ્યાલ છે જેમાં 3D અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની હિલચાલનો સમાવેશ થાય છે.
આ ત્રિ-પરિમાણીય રચના ચાર્જિંગ સમયને ઝડપી બનાવી શકે છે અને ઉર્જા ઘનતા વધારી શકે છે, આ બેટરીના અત્યંત મહત્વપૂર્ણ ગુણો છે. મોટાભાગની અન્ય બેટરીઓની તુલનામાં, ફોમ બેટરીમાં કોઈ હાનિકારક પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ હોતા નથી.
ફોમ બેટરી પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને બદલે ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરે છે. આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ફક્ત લિથિયમ આયનોનું સંચાલન જ નથી કરતું, પરંતુ અન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને પણ ઇન્સ્યુલેટ કરે છે.

બેટરીના નકારાત્મક ચાર્જને પકડી રાખતો એનોડ ફોમવાળા કોપરથી બનેલો હોય છે અને જરૂરી સક્રિય સામગ્રીથી કોટેડ હોય છે.
ત્યારબાદ એનોડની આસપાસ એક ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ લાગુ કરવામાં આવે છે.
છેલ્લે, બેટરીની અંદરના ખાલી જગ્યાઓ ભરવા માટે કહેવાતા "પોઝિટિવ પેસ્ટ"નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ બેટરી

આ બેટરીઓમાં કોઈપણ બેટરી કરતાં સૌથી વધુ ઉર્જા ઘનતા હોય છે. તેની ઉર્જા વર્તમાન લિથિયમ-આયન બેટરી કરતાં વધુ શક્તિશાળી અને હળવી હોય છે. કેટલાક લોકો દાવો કરે છે કે આ બેટરીઓ 2,000 કિલોમીટર ઇલેક્ટ્રિક વાહનો પૂરા પાડી શકે છે. આ ખ્યાલ શું છે? સંદર્ભ માટે, ટેસ્લાની મહત્તમ ક્રુઝિંગ રેન્જ લગભગ 600 કિલોમીટર છે.
આ બેટરીઓની સમસ્યા એ છે કે તેમને ચાર્જ કરી શકાતી નથી. તેઓ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે અને પાણી આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં એલ્યુમિનિયમ અને ઓક્સિજનની પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઊર્જા મુક્ત કરે છે. બેટરીનો ઉપયોગ એનોડ તરીકે એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ કરે છે.
સોડિયમ બેટરી
હાલમાં, જાપાની વૈજ્ઞાનિકો લિથિયમને બદલે સોડિયમનો ઉપયોગ કરતી બેટરી બનાવવા પર કામ કરી રહ્યા છે.
આ વિક્ષેપકારક હશે, કારણ કે સોડિયમ બેટરી સૈદ્ધાંતિક રીતે લિથિયમ બેટરી કરતાં 7 ગણી વધુ કાર્યક્ષમ છે. બીજો મોટો ફાયદો એ છે કે સોડિયમ પૃથ્વીના ભંડારમાં છઠ્ઠા ક્રમનું સૌથી ધનિક તત્વ છે, લિથિયમની તુલનામાં, જે એક દુર્લભ તત્વ છે.