బ్యాటరీ సాంకేతికత యొక్క భవిష్యత్తు: సిలికాన్ ఆనోడ్‌లు, గ్రాఫేన్, అల్యూమినియం-ఆక్సిజన్ బ్యాటరీలు మొదలైనవి.

సంపాదకీయ గమనిక: విద్యుత్ సాంకేతికత భూమాతకు భవిష్యత్తు, మరియు బ్యాటరీ సాంకేతికత విద్యుత్ సాంకేతికతకు పునాది మరియు దాని భారీస్థాయి అభివృద్ధిని పరిమితం చేసే కీలక అంశం. ప్రస్తుత ప్రధాన బ్యాటరీ సాంకేతికత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, ఇవి మంచి శక్తి సాంద్రత మరియు అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయితే, లిథియం ఒక అరుదైన మూలకం, దీని ధర ఎక్కువ మరియు వనరులు పరిమితంగా ఉన్నాయి. అదే సమయంలో, పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల వాడకం పెరుగుతున్న కొద్దీ, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత ఇకపై సరిపోవడం లేదు. దీనికి ఎలా స్పందించాలి? భవిష్యత్తులో ఉపయోగపడే కొన్ని బ్యాటరీ సాంకేతికతలను మయాంక్ జైన్ సమీక్షించారు. ఈ అసలు వ్యాసం మీడియంలో "బ్యాటరీ సాంకేతికత యొక్క భవిష్యత్తు" అనే శీర్షికతో ప్రచురించబడింది.

భూమి శక్తితో నిండి ఉంది, మరియు ఆ శక్తిని సంగ్రహించి, సద్వినియోగం చేసుకోవడానికి మనం చేయగలిగినదంతా చేస్తున్నాము. పునరుత్పాదక శక్తి వైపు పరివర్తనలో మనం మెరుగైన పనితీరు కనబరిచినప్పటికీ, శక్తిని నిల్వ చేయడంలో మనం పెద్దగా పురోగతి సాధించలేదు.
ప్రస్తుతం, బ్యాటరీ సాంకేతికతలో అత్యున్నత ప్రమాణం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు. ఈ బ్యాటరీ అత్యుత్తమ శక్తి సాంద్రత, అధిక సామర్థ్యం (సుమారు 99%), మరియు సుదీర్ఘ జీవితకాలం కలిగి ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది.
మరి సమస్య ఏమిటి? మనం సంగ్రహించే పునరుత్పాదక శక్తి పెరుగుతూనే ఉన్నందున, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత ఇకపై సరిపోవడం లేదు.
మనం బ్యాటరీలను బ్యాచ్‌లలో ఉత్పత్తి చేయడాన్ని కొనసాగించగలం కాబట్టి, ఇది పెద్ద సమస్యగా అనిపించకపోవచ్చు, కానీ సమస్య ఏమిటంటే లిథియం సాపేక్షంగా అరుదైన లోహం, కాబట్టి దాని ధర తక్కువ కాదు. బ్యాటరీ ఉత్పత్తి ఖర్చులు తగ్గుతున్నప్పటికీ, శక్తి నిల్వ అవసరం కూడా వేగంగా పెరుగుతోంది.
మనం ఒక కీలక దశకు చేరుకున్నాము, అదేమిటంటే, ఒకసారి లిథియం అయాన్ బ్యాటరీని తయారు చేస్తే, అది ఇంధన పరిశ్రమపై భారీ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.
శిలాజ ఇంధనాల అధిక శక్తి సాంద్రత ఒక వాస్తవం, మరియు పునరుత్పాదక శక్తిపై పూర్తి ఆధారపడటానికి మారడాన్ని అడ్డుకునే ఒక ప్రధాన ప్రభావ కారకం ఇది. మన బరువు కంటే ఎక్కువ శక్తిని విడుదల చేసే బ్యాటరీలు మనకు అవసరం.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఎలా పనిచేస్తాయి
లిథియం బ్యాటరీల పనితీరు సాధారణ AA లేదా AAA రసాయన బ్యాటరీల మాదిరిగానే ఉంటుంది. వాటికి ఆనోడ్ మరియు కాథోడ్ టెర్మినల్స్, మరియు వాటి మధ్య ఎలక్ట్రోలైట్ ఉంటాయి. సాధారణ బ్యాటరీల వలె కాకుండా, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలో డిశ్చార్జ్ చర్య పునరావృతమవుతుంది, కాబట్టి బ్యాటరీని పదేపదే రీఛార్జ్ చేయవచ్చు.

కాథోడ్ (+ టెర్మినల్) లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్‌తో, ఆనోడ్ (- టెర్మినల్) గ్రాఫైట్‌తో తయారు చేయబడతాయి, మరియు గ్రాఫైట్ కార్బన్‌తో తయారవుతుంది. విద్యుత్ అంటే కేవలం ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహం. ఈ బ్యాటరీలు ఆనోడ్ మరియు కాథోడ్ మధ్య లిథియం అయాన్లను కదిలించడం ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
ఆవేశం చెందినప్పుడు, అయాన్లు యానోడ్ వైపు కదులుతాయి, మరియు ఉత్సర్గం చెందినప్పుడు, అయాన్లు కాథోడ్ వైపు పరుగెడతాయి.
అయాన్ల ఈ కదలిక సర్క్యూట్‌లో ఎలక్ట్రాన్ల కదలికకు కారణమవుతుంది, కాబట్టి లిథియం అయాన్ కదలిక మరియు ఎలక్ట్రాన్ కదలిక ఒకదానికొకటి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి.
సిలికాన్ యానోడ్ బ్యాటరీ
BMW వంటి అనేక పెద్ద కార్ల కంపెనీలు సిలికాన్ ఆనోడ్ బ్యాటరీల అభివృద్ధిలో పెట్టుబడులు పెడుతున్నాయి. సాధారణ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల మాదిరిగానే, ఈ బ్యాటరీలు కూడా లిథియం ఆనోడ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, కానీ కార్బన్ ఆధారిత ఆనోడ్‌లకు బదులుగా, ఇవి సిలికాన్‌ను వాడతాయి.
యానోడ్‌గా గ్రాఫైట్ కంటే సిలికాన్ ఉత్తమమైనది, ఎందుకంటే లిథియంను పట్టుకోవడానికి దానికి 4 కార్బన్ పరమాణువులు అవసరం కాగా, ఒక సిలికాన్ పరమాణువు 4 లిథియం అయాన్‌లను పట్టుకోగలదు. ఇది ఒక ప్రధానమైన మెరుగుదల... దీనివల్ల సిలికాన్ గ్రాఫైట్ కంటే 3 రెట్లు బలంగా ఉంటుంది.

అయినప్పటికీ, లిథియం వాడకం ఇప్పటికీ ఒక ద్విముఖ కత్తి లాంటిది. ఈ పదార్థం ఇప్పటికీ ఖరీదైనదే, కానీ ఉత్పత్తి సౌకర్యాలను సిలికాన్ సెల్స్‌కు మార్చడం కూడా సులభం. ఒకవేళ బ్యాటరీలు పూర్తిగా భిన్నంగా ఉంటే, ఫ్యాక్టరీని పూర్తిగా పునఃరూపకల్పన చేయాల్సి ఉంటుంది, దీనివల్ల మారడంలో ఉన్న ఆకర్షణ కొద్దిగా తగ్గుతుంది.
ఇసుకను శుద్ధి చేసి శుద్ధమైన సిలికాన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడం ద్వారా సిలికాన్ ఆనోడ్‌లను తయారు చేస్తారు, కానీ ప్రస్తుతం పరిశోధకులు ఎదుర్కొంటున్న అతిపెద్ద సమస్య ఏమిటంటే, సిలికాన్ ఆనోడ్‌లను ఉపయోగించినప్పుడు అవి ఉబ్బుతాయి. దీనివల్ల బ్యాటరీ చాలా త్వరగా క్షీణించవచ్చు. అంతేకాకుండా, ఆనోడ్‌లను భారీ స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయడం కూడా కష్టం.

గ్రాఫేన్ బ్యాటరీ
గ్రాఫేన్ అనేది ఒక రకమైన కార్బన్ రేకులు, దీని తయారీకి పెన్సిల్ తయారీలో వాడే పదార్థాన్నే ఉపయోగిస్తారు, కానీ ఈ రేకులకు గ్రాఫైట్‌ను అంటించడానికి చాలా సమయం పడుతుంది. గ్రాఫేన్ అనేక వినియోగ సందర్భాలలో దాని అద్భుతమైన పనితీరుకు ప్రశంసలు అందుకుంది, మరియు బ్యాటరీలు వాటిలో ఒకటి.

కొన్ని కంపెనీలు నిమిషాల్లో పూర్తిగా ఛార్జ్ అయ్యే మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే 33 రెట్లు వేగంగా డిశ్చార్జ్ అయ్యే గ్రాఫేన్ బ్యాటరీలపై పనిచేస్తున్నాయి. ఇది ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు ఎంతో విలువైనది.
ఫోమ్ బ్యాటరీ
ప్రస్తుతం, సాంప్రదాయ బ్యాటరీలు ద్విమితీయంగా ఉంటాయి. వాటిని లిథియం బ్యాటరీలా ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చవచ్చు లేదా సాధారణ AA లేదా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలా చుట్టవచ్చు.
ఫోమ్ బ్యాటరీ అనేది 3D ప్రదేశంలో విద్యుత్ ఆవేశం కదలడాన్ని కలిగి ఉండే ఒక కొత్త భావన.
ఈ త్రిమితీయ నిర్మాణం ఛార్జింగ్ సమయాన్ని వేగవంతం చేసి, శక్తి సాంద్రతను పెంచుతుంది, ఇవి బ్యాటరీకి అత్యంత ముఖ్యమైన లక్షణాలు. చాలా ఇతర బ్యాటరీలతో పోలిస్తే, ఫోమ్ బ్యాటరీలలో హానికరమైన ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్లు ఉండవు.
ఫోమ్ బ్యాటరీలు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు బదులుగా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ఉపయోగిస్తాయి. ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ లిథియం అయాన్‌లను ప్రసరింపజేయడమే కాకుండా, ఇతర ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను కూడా ఇన్సులేట్ చేస్తుంది.

బ్యాటరీ యొక్క రుణాత్మక చార్జ్‌ను నిల్వ ఉంచే ఆనోడ్, నురుగు రాగితో తయారు చేయబడి, అవసరమైన క్రియాశీల పదార్థంతో పూత పూయబడి ఉంటుంది.
ఆ తర్వాత యానోడ్ చుట్టూ ఒక ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ను పూస్తారు.
చివరగా, బ్యాటరీ లోపల ఉన్న ఖాళీలను పూరించడానికి “పాజిటివ్ పేస్ట్” అని పిలవబడే పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ బ్యాటరీ

ఈ బ్యాటరీలు ఏ ఇతర బ్యాటరీల కన్నా అత్యధిక శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి. దీని శక్తి ప్రస్తుత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే మరింత శక్తివంతమైనది మరియు తేలికైనది. ఈ బ్యాటరీలు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు 2,000 కిలోమీటర్ల ప్రయాణ పరిధిని అందించగలవని కొందరు వాదిస్తున్నారు. ఈ భావన ఏమిటి? పోల్చి చూస్తే, టెస్లా యొక్క గరిష్ట ప్రయాణ పరిధి సుమారు 600 కిలోమీటర్లు.
ఈ బ్యాటరీలతో ఉన్న సమస్య ఏమిటంటే, వాటిని ఛార్జ్ చేయలేము. అవి నీటి ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అల్యూమినియం మరియు ఆక్సిజన్ మధ్య జరిగే చర్య ద్వారా అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఉత్పత్తి చేసి శక్తిని విడుదల చేస్తాయి. బ్యాటరీల వాడకంలో అల్యూమినియం యానోడ్‌గా వినియోగించబడుతుంది.
సోడియం బ్యాటరీ
ప్రస్తుతం, జపనీస్ శాస్త్రవేత్తలు లిథియంకు బదులుగా సోడియంను ఉపయోగించే బ్యాటరీలను తయారు చేయడానికి కృషి చేస్తున్నారు.
ఇది విప్లవాత్మకమైనది, ఎందుకంటే సైద్ధాంతికంగా సోడియం బ్యాటరీలు లిథియం బ్యాటరీల కంటే 7 రెట్లు ఎక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. మరో పెద్ద ప్రయోజనం ఏమిటంటే, అరుదైన మూలకమైన లిథియంతో పోలిస్తే, సోడియం భూమి నిల్వలలో ఆరవ అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం.