ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി: സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ, ഗ്രാഫീൻ, അലുമിനിയം-ഓക്സിജൻ ബാറ്ററികൾ മുതലായവ.

എഡിറ്ററുടെ കുറിപ്പ്: ഇലക്ട്രിക് സാങ്കേതികവിദ്യ പച്ച ഭൂമിയുടെ ഭാവിയാണ്, ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യ ഇലക്ട്രിക് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അടിത്തറയും വലിയ തോതിലുള്ള ഇലക്ട്രിക് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള താക്കോലുമാണ്. നിലവിലെ മുഖ്യധാരാ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളാണ്, അവയ്ക്ക് നല്ല ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന ചെലവും പരിമിതമായ വിഭവങ്ങളുമുള്ള ഒരു അപൂർവ ഘടകമാണ് ലിഥിയം. അതേസമയം, പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളുടെ ഉപയോഗം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഇനി പര്യാപ്തമല്ല. എങ്ങനെ പ്രതികരിക്കണം? ഭാവിയിൽ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ചില ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ ശേഖരം മായങ്ക് ജെയിൻ എടുത്തിട്ടുണ്ട്. യഥാർത്ഥ ലേഖനം മീഡിയത്തിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്: ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി.

ഭൂമി ഊർജ്ജം കൊണ്ട് നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു, ആ ഊർജ്ജം പിടിച്ചെടുക്കാനും നന്നായി ഉപയോഗിക്കാനും നമ്മൾ കഴിയുന്നതെല്ലാം ചെയ്യുന്നുണ്ട്. പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തിൽ നമ്മൾ മികച്ച പ്രവർത്തനം കാഴ്ചവച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഊർജ്ജം സംഭരിക്കുന്നതിൽ നമുക്ക് വലിയ പുരോഗതി കൈവരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല.
നിലവിൽ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന നിലവാരം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളാണ്. ഈ ബാറ്ററിക്ക് മികച്ച ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത (ഏകദേശം 99%), ദീർഘായുസ്സ് എന്നിവയുള്ളതായി തോന്നുന്നു.
അപ്പോൾ എന്താണ് കുഴപ്പം? നമ്മൾ പിടിച്ചെടുക്കുന്ന പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുമ്പോൾ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഇനി പര്യാപ്തമല്ലാതാകുന്നു.
ബാച്ചുകളായി ബാറ്ററികൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത് തുടരാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, ഇത് വലിയ കാര്യമാണെന്ന് തോന്നുന്നില്ല, പക്ഷേ ലിഥിയം താരതമ്യേന അപൂർവമായ ഒരു ലോഹമാണ് എന്നതാണ് പ്രശ്നം, അതിനാൽ അതിന്റെ വില കുറവല്ല. ബാറ്ററി ഉൽപാദനച്ചെലവ് കുറയുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിന്റെ ആവശ്യകതയും അതിവേഗം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.
ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി നിർമ്മിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, അത് ഊർജ്ജ വ്യവസായത്തിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്ന ഒരു ഘട്ടത്തിലെത്തി.
ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഒരു വസ്തുതയാണ്, പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തെ പൂർണ്ണമായും ആശ്രയിക്കുന്നതിനുള്ള പരിവർത്തനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു വലിയ സ്വാധീന ഘടകമാണിത്. നമ്മുടെ ഭാരത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ബാറ്ററികൾ നമുക്ക് ആവശ്യമാണ്.
ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു
ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തന സംവിധാനം സാധാരണ AA അല്ലെങ്കിൽ AAA കെമിക്കൽ ബാറ്ററികൾക്ക് സമാനമാണ്. അവയ്ക്ക് ആനോഡ്, കാഥോഡ് ടെർമിനലുകൾ ഉണ്ട്, അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റും ഉണ്ട്. സാധാരണ ബാറ്ററികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയിലെ ഡിസ്ചാർജ് പ്രതികരണം പഴയപടിയാക്കാൻ കഴിയും, അതിനാൽ ബാറ്ററി ആവർത്തിച്ച് റീചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

കാഥോഡ് (+ ടെർമിനൽ) ലിഥിയം ഇരുമ്പ് ഫോസ്ഫേറ്റ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ആനോഡ് (-ടെർമിനൽ) ഗ്രാഫൈറ്റ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഗ്രാഫൈറ്റ് കാർബൺ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. വൈദ്യുതി ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒഴുക്ക് മാത്രമാണ്. ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകൾ നീക്കി ഈ ബാറ്ററികൾ വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.
ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ ആനോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ കാഥോഡിലേക്ക് ഓടുന്നു.
അയോണുകളുടെ ഈ ചലനം സർക്യൂട്ടിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തിന് കാരണമാകുന്നു, അതിനാൽ ലിഥിയം അയോണുകളുടെ ചലനവും ഇലക്ട്രോൺ ചലനവും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
സിലിക്കൺ ആനോഡ് ബാറ്ററി
ബിഎംഡബ്ല്യു പോലുള്ള നിരവധി വലിയ കാർ കമ്പനികൾ സിലിക്കൺ ആനോഡ് ബാറ്ററികളുടെ വികസനത്തിൽ നിക്ഷേപം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്. സാധാരണ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളെപ്പോലെ, ഈ ബാറ്ററികളും ലിഥിയം ആനോഡുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, എന്നാൽ കാർബൺ അധിഷ്ഠിത ആനോഡുകൾക്ക് പകരം അവ സിലിക്കൺ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ഒരു ആനോഡ് എന്ന നിലയിൽ, സിലിക്കൺ ഗ്രാഫൈറ്റിനേക്കാൾ മികച്ചതാണ്, കാരണം ലിഥിയം നിലനിർത്താൻ 4 കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ 1 സിലിക്കൺ ആറ്റത്തിന് 4 ലിഥിയം അയോണുകൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും. ഇതൊരു പ്രധാന നവീകരണമാണ് ... സിലിക്കണിനെ ഗ്രാഫൈറ്റിനേക്കാൾ 3 മടങ്ങ് ശക്തമാക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, ലിഥിയം ഉപയോഗം ഇപ്പോഴും ഇരുതല മൂർച്ചയുള്ള വാളാണ്. ഈ മെറ്റീരിയൽ ഇപ്പോഴും ചെലവേറിയതാണ്, പക്ഷേ ഉൽപ്പാദന സൗകര്യങ്ങൾ സിലിക്കൺ സെല്ലുകളിലേക്ക് മാറ്റുന്നതും എളുപ്പമാണ്. ബാറ്ററികൾ പൂർണ്ണമായും വ്യത്യസ്തമാണെങ്കിൽ, ഫാക്ടറി പൂർണ്ണമായും പുനർരൂപകൽപ്പന ചെയ്യേണ്ടിവരും, ഇത് സ്വിച്ചിംഗിന്റെ ആകർഷണീയത ചെറുതായി കുറയ്ക്കാൻ കാരണമാകും.
മണലിൽ നിന്ന് ശുദ്ധമായ സിലിക്കൺ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നു, എന്നാൽ നിലവിൽ ഗവേഷകർ നേരിടുന്ന ഏറ്റവും വലിയ പ്രശ്നം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ വീർക്കുന്നു എന്നതാണ്. ഇത് ബാറ്ററി വളരെ വേഗത്തിൽ വിഘടിക്കാൻ കാരണമാകും. ആനോഡുകൾ വൻതോതിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതും ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

ഗ്രാഫീൻ ബാറ്ററി
ഗ്രാഫീൻ ഒരു തരം കാർബൺ ഫ്ലേക്കാണ്, പെൻസിലിന്റെ അതേ മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഫ്ലേക്കുകളിൽ ഘടിപ്പിക്കാൻ ധാരാളം സമയം ചിലവാകും. പല ഉപയോഗ സന്ദർഭങ്ങളിലും ഗ്രാഫീൻ അതിന്റെ മികച്ച പ്രകടനത്തിന് പ്രശംസിക്കപ്പെടുന്നു, ബാറ്ററികളും അതിലൊന്നാണ്.

ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളേക്കാൾ 33 മടങ്ങ് വേഗത്തിൽ ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും മിനിറ്റുകൾക്കുള്ളിൽ പൂർണ്ണമായും ചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയുന്ന ഗ്രാഫീൻ ബാറ്ററികളിൽ ചില കമ്പനികൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ട്. ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾക്ക് ഇത് വളരെ മൂല്യവത്താണ്.
ഫോം ബാറ്ററി
നിലവിൽ, പരമ്പരാഗത ബാറ്ററികൾ ദ്വിമാനങ്ങളാണ്. അവ ഒരു ലിഥിയം ബാറ്ററി പോലെ അടുക്കി വച്ചിരിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ ഒരു സാധാരണ AA അല്ലെങ്കിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി പോലെ ചുരുട്ടി വച്ചിരിക്കുന്നു.
3D സ്‌പെയ്‌സിൽ വൈദ്യുത ചാർജിന്റെ ചലനം ഉൾപ്പെടുന്ന ഒരു പുതിയ ആശയമാണ് ഫോം ബാറ്ററി.
ഈ ത്രിമാന ഘടനയ്ക്ക് ചാർജിംഗ് സമയം വേഗത്തിലാക്കാനും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയും, ഇവ ബാറ്ററിയുടെ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഗുണങ്ങളാണ്. മറ്റ് മിക്ക ബാറ്ററികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഫോം ബാറ്ററികളിൽ ദോഷകരമായ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഇല്ല.
ഫോം ബാറ്ററികളിൽ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് പകരം ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ലിഥിയം അയോണുകൾ കടത്തിവിടുക മാത്രമല്ല, മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളെ ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ് ചാർജ് നിലനിർത്തുന്ന ആനോഡ്, നുരയെ പുരട്ടിയ ചെമ്പ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ആവശ്യമായ സജീവ പദാർത്ഥം അതിൽ പൊതിഞ്ഞിരിക്കുന്നു.
പിന്നീട് ആനോഡിന് ചുറ്റും ഒരു ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് പ്രയോഗിക്കുന്നു.
അവസാനമായി, ബാറ്ററിക്കുള്ളിലെ വിടവുകൾ നികത്താൻ "പോസിറ്റീവ് പേസ്റ്റ്" എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒന്ന് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് ബാറ്ററി

ഏതൊരു ബാറ്ററിയിലും ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഈ ബാറ്ററികൾക്കുണ്ട്. നിലവിലുള്ള ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളേക്കാൾ ശക്തവും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമാണ് ഇതിന്റെ ഊർജ്ജം. 2,000 കിലോമീറ്റർ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ നൽകാൻ ഈ ബാറ്ററികൾക്ക് കഴിയുമെന്ന് ചിലർ അവകാശപ്പെടുന്നു. എന്താണ് ഈ ആശയം? റഫറൻസിനായി, ടെസ്‌ലയുടെ പരമാവധി ക്രൂയിസിംഗ് ശ്രേണി ഏകദേശം 600 കിലോമീറ്ററാണ്.
ഈ ബാറ്ററികളുടെ പ്രശ്നം അവ ചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ്. അവ അലുമിനിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൽ അലുമിനിയത്തിന്റെയും ഓക്സിജന്റെയും പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാറ്ററികളുടെ ഉപയോഗം അലുമിനിയം ഒരു ആനോഡായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സോഡിയം ബാറ്ററി
നിലവിൽ, ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ലിഥിയത്തിന് പകരം സോഡിയം ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററികൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.
ഇത് തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നതാണ്, കാരണം സോഡിയം ബാറ്ററികൾ സൈദ്ധാന്തികമായി ലിഥിയം ബാറ്ററികളേക്കാൾ 7 മടങ്ങ് കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമാണ്. മറ്റൊരു വലിയ നേട്ടം, ഭൂമിയുടെ കരുതൽ ശേഖരത്തിൽ ലിഥിയത്തേക്കാൾ ആറാമത്തെ സമ്പന്നമായ മൂലകമാണ് സോഡിയം എന്നതാണ്, ഇത് ഒരു അപൂർവ മൂലകമാണ്.