पुर्तगाली शोधकर्ता ने खोज ली होगी भविष्य की बैटरी

इस नाम को ठीक करें: मारिया हेलेना ब्रागा। इसके पीछे आमतौर पर पुर्तगाली नाम, हमें पोर्टो विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग संकाय से एक शोधकर्ता मिलता है, जिसने अपने काम के लिए धन्यवाद, लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी की निश्चित प्रगति में योगदान दिया हो सकता है।

उनका योगदान इलेक्ट्रोलाइट ग्लास की खोज के इर्द-गिर्द घूमता है, और बैटरी की एक नई पीढ़ी को जन्म दे सकता है - ठोस अवस्था -, जो अधिक सुरक्षित, अधिक पारिस्थितिक, सस्ती और 3x अधिक क्षमता तक हो सकती है। यह समझने के लिए कि इतना उत्साह क्यों है, लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरी के बारे में जानना एक अच्छा विचार है।

ली-आयन बैटरी आज सबसे आम हैं। अन्य प्रकार की बैटरियों की तुलना में उनके बहुत सारे फायदे हैं, लेकिन उनकी अपनी सीमाएँ भी हैं।

हम उन्हें स्मार्टफोन, इलेक्ट्रिक वाहनों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर पा सकते हैं। आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति के लिए, वे लिथियम आयनों को एनोड (बैटरी का नकारात्मक पक्ष) और कैथोड (सकारात्मक पक्ष) के बीच परिवहन के लिए एक तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं।

यह तरल पदार्थ के केंद्र में है। लिथियम बैटरियों को तेजी से चार्ज करने या डिस्चार्ज करने से डेंड्राइट्स बन सकते हैं, जो लिथियम फिलामेंट्स (कंडक्टर) होते हैं। ये तंतु आंतरिक शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकते हैं जो आग और यहां तक कि विस्फोट का कारण बन सकते हैं।

मारिया हेलेना ब्रागा की खोज

तरल इलेक्ट्रोलाइट को एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ बदलने से डेंड्राइट्स के गठन को रोकता है। यह ठीक एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट था जिसे मारिया हेलेना ब्रागा ने जॉर्ज फेरेरा के साथ मिलकर खोजा था, जब उन्होंने ऊर्जा और भूविज्ञान के लिए राष्ट्रीय प्रयोगशाला में काम किया था।

नवाचार में एक ठोस ग्लास इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग शामिल है, जो क्षार धातुओं (लिथियम, ठोस या पोटेशियम) में निर्मित एनोड के उपयोग की अनुमति देता है। कुछ ऐसा जो अब तक संभव नहीं था। एक कांच के इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग ने संभावनाओं की दुनिया खोल दी है, जैसे कैथोड की ऊर्जा घनत्व में वृद्धि और बैटरी जीवन चक्र का विस्तार करना।

खोज 2014 में एक लेख में प्रकाशित हुई थी और वैज्ञानिक समुदाय का ध्यान आकर्षित किया था। समुदाय जिसमें आज की लिथियम बैटरी के "पिता" जॉन गुडएनफ शामिल हैं। 37 साल पहले उन्होंने उस तकनीकी प्रगति का सह-आविष्कार किया था जिसने लिथियम-आयन बैटरी को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनने की अनुमति दी थी। टेक्सास विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर, 94 वर्षीय पुर्तगाली शोधकर्ता की खोज के लिए अपने उत्साह को रोक नहीं पाए।

मारिया हेलेना ब्रागा को जॉन गुडएनफ को यह दिखाने के लिए अमेरिका की यात्रा करने में देर नहीं लगी कि उनका कांच का इलेक्ट्रोलाइट एक तरल इलेक्ट्रोलाइट के समान गति से आयनों का संचालन कर सकता है। तब से, दोनों ने सॉलिड-स्टेट बैटरी अनुसंधान और विकास पर सहयोग किया है। इस सहयोग ने पहले ही इलेक्ट्रोलाइट के एक नए संस्करण को जन्म दिया है।

सॉलिड-स्टेट बैटरी के सहयोग और विकास में गुडइनफ के हस्तक्षेप ने इस खोज को आवश्यक विश्वसनीयता प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

सॉलिड स्टेट बैटरी के फायदे

फायदे आशाजनक हैं:

• वोल्टेज में वृद्धि जो समान मात्रा के लिए अधिक ऊर्जा घनत्व की अनुमति देगा - अधिक कॉम्पैक्ट बैटरी की अनुमति देता है
• डेन्ड्राइट उत्पादन के बिना तेजी से लोडिंग की अनुमति देता है - 1200 से अधिक चक्र
• अधिक चार्ज/डिस्चार्ज चक्र जो लंबे बैटरी जीवन की अनुमति देते हैं
• गिरावट के बिना व्यापक तापमान रेंज में संचालित करने की अनुमति देता है - पहली बैटरी -60º सेल्सियस पर संचालित करने में सक्षम होने के लिए
• संभावित रूप से कम लागत लिथियम के बजाय सोडियम जैसी सामग्री के उपयोग के लिए धन्यवाद

एक और महान लाभ यह है कि कोशिकाओं को पर्यावरण के अनुकूल सामग्री के साथ बनाया जा सकता है, जैसे कि उपरोक्त सोडियम, जिसे समुद्र के पानी से निकाला जा सकता है। और यहां तक कि उनकी पुनर्चक्रण क्षमता भी कोई मुद्दा नहीं है। केवल नकारात्मक पक्ष, यदि आप इसे कह सकते हैं, तो यह है कि इन ठोस बैटरियों को माउंट करने के लिए शुष्क और अधिमानतः ऑक्सीजन मुक्त वातावरण की आवश्यकता होती है।

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मारिया हेलेना ब्रागा का कहना है कि पहले से ही सॉलिड स्टेट बैटरियां हैं: सिक्का या बटन सेल, सिक्के के आकार की बैटरियां जिनका उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, कुछ घड़ियों में। अन्य आयामों वाली बैटरियों का भी प्रयोगशाला में परीक्षण किया गया है।

कार में इस प्रकार की बैटरी कब लगेगी?

मारिया हेलेना ब्रागा के मुताबिक अब ये इंडस्ट्री पर निर्भर करेगा. यह शोधकर्ता और गुडइनफ पहले ही अवधारणा की वैधता साबित कर चुके हैं। विकास दूसरों को करना होगा। दूसरे शब्दों में, यह कल या अगले वर्ष नहीं होगा।

इन प्रयोगशाला प्रगति से वाणिज्यिक उत्पादों की ओर बढ़ना एक बड़ी चुनौती है। इस नई प्रकार की बैटरी को इलेक्ट्रिक वाहनों पर लागू होते देखने में हमें 15 साल और लग सकते हैं।

मूल रूप से, स्केलेबल और लागत प्रभावी औद्योगिक प्रक्रियाओं को खोजना आवश्यक है जो इस नए प्रकार की बैटरी के औद्योगीकरण और व्यावसायीकरण की अनुमति देते हैं। एक अन्य कारण सबसे विविध संस्थाओं द्वारा लिथियम बैटरी की उन्नति में पहले से किए गए बड़े निवेश से संबंधित है। सबसे लोकप्रिय उदाहरण टेस्ला की गिगाफैक्ट्री होगी।

दूसरे शब्दों में, अगले 10 वर्षों में हमें लिथियम बैटरी के विकास को देखना जारी रखना चाहिए। उनका ऊर्जा घनत्व लगभग 50% बढ़ने की उम्मीद है और उनकी लागत में 50% की कमी आने की उम्मीद है। ऑटोमोटिव उद्योग में सॉलिड-स्टेट बैटरियों में तेजी से बदलाव की उम्मीद नहीं है।

विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ अन्य प्रकार की बैटरी की ओर भी निवेश किया जा रहा है, जो वर्तमान लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में 20 गुना अधिक ऊर्जा घनत्व प्राप्त कर सकता है। यह न केवल ठोस बैटरियों द्वारा प्राप्त तीन गुना अधिक से बेहतर है, बल्कि कुछ के अनुसार, यह इनसे पहले बाजार तक पहुंच सकता है।

वैसे भी, भविष्य का परिदृश्य इलेक्ट्रिक वाहन के लिए आशाजनक लग रहा है। इस प्रकार का अग्रिम वह है जो अंतत: आंतरिक दहन इंजन वाले वाहनों के बराबर प्रतिस्पर्धा के स्तर के लिए अनुमति देता है। फिर भी, इन सभी प्रगति के साथ, जैसे कि मारिया हेलेना ब्रागा की इस खोज के साथ, इलेक्ट्रिक वाहनों को वैश्विक बाजार के 70-80% हिस्से तक पहुंचने में और 50 साल लग सकते हैं।