संपादकीय टीप: विद्युत तंत्रज्ञान हे हरित पृथ्वीचे भविष्य आहे, आणि बॅटरी तंत्रज्ञान हे विद्युत तंत्रज्ञानाचा पाया तसेच त्याच्या मोठ्या प्रमाणावरील विकासाला मर्यादित करणारी गुरुकिल्ली आहे. सध्याचे मुख्य प्रवाहातील बॅटरी तंत्रज्ञान लिथियम-आयन बॅटरी आहे, ज्यात चांगली ऊर्जा घनता आणि उच्च कार्यक्षमता असते. तथापि, लिथियम हा एक दुर्मिळ घटक असून तो महाग आहे आणि त्याचे स्रोत मर्यादित आहेत. त्याच वेळी, अक्षय ऊर्जा स्रोतांचा वापर वाढत असल्यामुळे, लिथियम-आयन बॅटरीची ऊर्जा घनता आता पुरेशी राहिलेली नाही. यावर काय प्रतिसाद द्यावा? मयंक जैन यांनी भविष्यात वापरल्या जाऊ शकणाऱ्या काही बॅटरी तंत्रज्ञानांचा आढावा घेतला आहे. मूळ लेख 'द फ्युचर ऑफ बॅटरी टेक्नॉलॉजी' या शीर्षकासह मीडियमवर प्रकाशित झाला होता.
पृथ्वी ऊर्जेने परिपूर्ण आहे आणि ती ऊर्जा मिळवून तिचा चांगला उपयोग करण्यासाठी आम्ही शक्य ते सर्व प्रयत्न करत आहोत. नवीकरणीय ऊर्जेकडे संक्रमण करण्याच्या बाबतीत आपण अधिक चांगली कामगिरी केली असली तरी, ऊर्जा साठवण्याच्या बाबतीत आपण फारशी प्रगती केलेली नाही.
सध्या, बॅटरी तंत्रज्ञानातील सर्वोच्च दर्जा लिथियम-आयन बॅटरीचा आहे. या बॅटरीमध्ये सर्वोत्तम ऊर्जा घनता, उच्च कार्यक्षमता (सुमारे ९९%) आणि दीर्घायुष्य असल्याचे दिसून येते.
मग अडचण काय आहे? आपण मिळवत असलेल्या नवीकरणीय ऊर्जेत जसजशी वाढ होत आहे, तसतशी लिथियम-आयन बॅटरीची ऊर्जा घनता आता पुरेशी राहत नाही.
आपण बॅचमध्ये बॅटरीचे उत्पादन सुरू ठेवू शकत असल्यामुळे, ही काही मोठी अडचण वाटत नाही, परंतु समस्या ही आहे की लिथियम हा एक तुलनेने दुर्मिळ धातू आहे, त्यामुळे त्याची किंमत कमी नाही. बॅटरी उत्पादनाचा खर्च कमी होत असला तरी, ऊर्जा साठवणुकीची गरजही झपाट्याने वाढत आहे.
आपण अशा टप्प्यावर पोहोचलो आहोत की, एकदा लिथियम आयन बॅटरीचे उत्पादन झाले की, ऊर्जा उद्योगावर त्याचा मोठा प्रभाव पडेल.
जीवाश्म इंधनांची उच्च ऊर्जा घनता ही एक वस्तुस्थिती आहे, आणि हा एक मोठा प्रभावशाली घटक आहे जो अक्षय ऊर्जेवरील संपूर्ण अवलंबित्वाकडे होणाऱ्या संक्रमणात अडथळा आणतो. आपल्याला अशा बॅटरींची गरज आहे ज्या आपल्या वजनापेक्षा जास्त ऊर्जा उत्सर्जित करतील.
लिथियम-आयन बॅटरी कशा काम करतात
लिथियम बॅटरीची कार्यप्रणाली सामान्य AA किंवा AAA रासायनिक बॅटरीसारखीच असते. त्यांना ॲनोड आणि कॅथोड टर्मिनल असतात आणि त्यांच्यामध्ये इलेक्ट्रोलाइट असतो. सामान्य बॅटरींच्या विपरीत, लिथियम-आयन बॅटरीमधील डिस्चार्जची प्रक्रिया उलटवता येण्याजोगी असते, त्यामुळे बॅटरी वारंवार रिचार्ज केली जाऊ शकते.
कॅथोड (+ टर्मिनल) लिथियम आयर्न फॉस्फेटपासून बनलेला असतो, ॲनोड (- टर्मिनल) ग्रॅफाइटपासून बनलेला असतो आणि ग्रॅफाइट कार्बनपासून बनलेला असतो. वीज म्हणजे केवळ इलेक्ट्रॉन्सचा प्रवाह होय. या बॅटरी ॲनोड आणि कॅथोड दरम्यान लिथियम आयन फिरवून वीज निर्माण करतात.
चार्ज झाल्यावर आयन ॲनोडकडे जातात आणि डिस्चार्ज झाल्यावर आयन कॅथोडकडे जातात.
आयनांच्या या हालचालीमुळे सर्किटमधील इलेक्ट्रॉनची हालचाल होते, म्हणून लिथियम आयनची हालचाल आणि इलेक्ट्रॉनची हालचाल एकमेकांशी संबंधित आहेत.
सिलिकॉन ॲनोड बॅटरी
बीएमडब्ल्यू सारख्या अनेक मोठ्या कार कंपन्या सिलिकॉन ॲनोड बॅटरीच्या विकासात गुंतवणूक करत आहेत. सामान्य लिथियम-आयन बॅटरीप्रमाणेच, या बॅटरींमध्ये लिथियम ॲनोडचा वापर केला जातो, परंतु कार्बन-आधारित ॲनोडऐवजी त्यात सिलिकॉनचा वापर होतो.
अॅनोड म्हणून सिलिकॉन ग्रॅफाइटपेक्षा उत्तम आहे, कारण लिथियमला धरून ठेवण्यासाठी ग्रॅफाइटला ४ कार्बन अणूंची आवश्यकता असते, तर सिलिकॉनचा १ अणू ४ लिथियम आयनला धरून ठेवू शकतो. ही एक मोठी सुधारणा आहे… ज्यामुळे सिलिकॉन ग्रॅफाइटपेक्षा ३ पट अधिक मजबूत बनते.
तरीही, लिथियमचा वापर ही एक दुधारी तलवार आहे. हे मटेरियल अजूनही महाग आहे, पण उत्पादन सुविधा सिलिकॉन सेलकडे हस्तांतरित करणे अधिक सोपे आहे. जर बॅटरी पूर्णपणे वेगळ्या असतील, तर कारखान्याची संपूर्णपणे पुनर्रचना करावी लागेल, ज्यामुळे बदल करण्याचे आकर्षण थोडे कमी होईल.
वाळूवर प्रक्रिया करून शुद्ध सिलिकॉन मिळवून सिलिकॉन ॲनोड बनवले जातात, परंतु सध्या संशोधकांसमोरील सर्वात मोठी समस्या ही आहे की वापरताना सिलिकॉन ॲनोड फुगतात. यामुळे बॅटरी खूप लवकर खराब होऊ शकते. तसेच, ॲनोडचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करणे देखील अवघड आहे.
ग्राफीन बॅटरी
ग्राफीन हा एक प्रकारचा कार्बन फ्लेक आहे, जो पेन्सिलप्रमाणेच त्याच सामग्रीचा वापर करून बनवला जातो, परंतु या फ्लेक्सना ग्राफाईट जोडण्यासाठी बराच वेळ लागतो. अनेक उपयोगांमध्ये त्याच्या उत्कृष्ट कामगिरीमुळे ग्राफीनची प्रशंसा केली जाते आणि बॅटरी हे त्यापैकीच एक उदाहरण आहे.
काही कंपन्या ग्राफीन बॅटरींवर काम करत आहेत, ज्या काही मिनिटांत पूर्णपणे चार्ज होऊ शकतात आणि लिथियम-आयन बॅटरींपेक्षा ३३ पट अधिक वेगाने डिस्चार्ज होतात. इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी हे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.
फोम बॅटरी
सध्या, पारंपरिक बॅटरी द्विमितीय असतात. त्या एकतर लिथियम बॅटरीप्रमाणे एकावर एक रचलेल्या असतात किंवा सर्वसाधारण एए (AA) किंवा लिथियम-आयन बॅटरीप्रमाणे गुंडाळलेल्या असतात.
फोम बॅटरी ही एक नवीन संकल्पना आहे, ज्यामध्ये त्रिमितीय अवकाशात विद्युत प्रभाराची हालचाल होते.
ही त्रिमितीय रचना चार्जिंगचा वेळ कमी करू शकते आणि उर्जेची घनता वाढवू शकते, हे बॅटरीचे अत्यंत महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत. इतर बहुतेक बॅटरींच्या तुलनेत, फोम बॅटरीमध्ये कोणतेही हानिकारक द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स नसतात.
फोम बॅटरीमध्ये द्रव इलेक्ट्रोलाइटऐवजी घन इलेक्ट्रोलाइट वापरला जातो. हा इलेक्ट्रोलाइट केवळ लिथियम आयनचे वहन करत नाही, तर इतर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना विद्युतरोधक देखील ठेवतो.
बॅटरीचा ऋण प्रभार धारण करणारा ॲनोड हा फेनयुक्त तांब्यापासून बनवलेला असतो आणि त्यावर आवश्यक सक्रिय पदार्थाचा लेप दिलेला असतो.
त्यानंतर ॲनोडच्या भोवती एक घन इलेक्ट्रोलाइट लावला जातो.
शेवटी, बॅटरीच्या आतील पोकळ्या भरण्यासाठी तथाकथित “पॉझिटिव्ह पेस्ट” वापरली जाते.
ॲल्युमिनियम ऑक्साईड बॅटरी
या बॅटरींची ऊर्जा घनता इतर कोणत्याही बॅटरीपेक्षा सर्वाधिक आहे. सध्याच्या लिथियम-आयन बॅटरींच्या तुलनेत यांची ऊर्जा अधिक शक्तिशाली आणि वजनाने हलकी आहे. काही लोकांचा दावा आहे की या बॅटरी इलेक्ट्रिक वाहनांना २,००० किलोमीटरची ऊर्जा पुरवू शकतात. ही संकल्पना काय आहे? माहितीसाठी सांगायचे झाल्यास, टेस्लाची कमाल क्रूझिंग रेंज सुमारे ६०० किलोमीटर आहे.
या बॅटरींची समस्या ही आहे की त्या चार्ज करता येत नाहीत. त्या पाण्यावर आधारित इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ॲल्युमिनियम आणि ऑक्सिजनच्या अभिक्रियेद्वारे ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड तयार करतात आणि ऊर्जा मुक्त करतात. बॅटरींच्या वापरामुळे ॲनोड म्हणून ॲल्युमिनियमचा वापर होतो.
सोडियम बॅटरी
सध्या, जपानी शास्त्रज्ञ लिथियमऐवजी सोडियमचा वापर करणाऱ्या बॅटरी बनवण्यावर काम करत आहेत.
हे एक क्रांतीकारक पाऊल ठरेल, कारण सैद्धांतिकदृष्ट्या सोडियम बॅटरी लिथियम बॅटरीपेक्षा ७ पट अधिक कार्यक्षम असतात. दुसरा मोठा फायदा हा आहे की, लिथियम हे एक दुर्मिळ मूलद्रव्य आहे, तर सोडियम हे पृथ्वीच्या साठ्यांमधील सहावे सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: ०२-डिसेंबर-२०१९