اس نام کو درست کریں: ماریا ہیلینا براگا۔ اس عام طور پر پرتگالی نام کے پیچھے، ہمیں پورٹو یونیورسٹی کی فیکلٹی آف انجینئرنگ کی ایک محقق ملتی ہے جس نے، اپنے کام کی بدولت، لیتھیم آئن بیٹری ٹیکنالوجی کی حتمی پیشرفت میں حصہ ڈالا ہے۔
اس کا تعاون الیکٹرولائٹ گلاس کی دریافت کے گرد گھومتا ہے، اور بیٹریوں کی ایک نئی نسل کو جنم دے سکتا ہے - ٹھوس حالت - جو محفوظ، زیادہ ماحولیاتی، سستی اور 3 گنا زیادہ صلاحیت کی حامل ہو سکتی ہے۔ یہ سمجھنے کے لیے کہ یہ سارا جوش کیوں ہے، لیتھیم آئن (Li-ion) بیٹریوں کے بارے میں جاننا اچھا خیال ہے۔
لی آئن بیٹریاں آج کل سب سے زیادہ عام ہیں۔ دوسری قسم کی بیٹریوں کے مقابلے ان کے بہت سے فوائد ہیں، لیکن ان کی اپنی حدود بھی ہیں۔
ہم انہیں اسمارٹ فونز، الیکٹرک گاڑیوں اور دیگر الیکٹرانک آلات پر تلاش کرسکتے ہیں۔ ضروری توانائی کی فراہمی کے لیے، وہ انوڈ (بیٹری کا منفی سائیڈ) اور کیتھوڈ (مثبت سائیڈ) کے درمیان لیتھیم آئنوں کی نقل و حمل کے لیے مائع الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتے ہیں۔
یہ مائع معاملے کے مرکز میں ہے۔ لیتھیم بیٹریوں کی تیزی سے چارجنگ یا ڈسچارج ڈینڈرائٹس کی تشکیل کا باعث بن سکتی ہے، جو کہ لیتھیم فلیمینٹس (کنڈکٹرز) ہیں۔ یہ تنت اندرونی شارٹ سرکٹ کا سبب بن سکتے ہیں جو آگ اور یہاں تک کہ دھماکے بھی کر سکتے ہیں۔
ماریا ہیلینا براگا کی دریافت
مائع الیکٹرولائٹ کو ٹھوس الیکٹرولائٹ سے تبدیل کرنا ڈینڈرائٹس کی تشکیل کو روکتا ہے۔ یہ بالکل ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ تھا جسے ماریا ہیلینا براگا نے جارج فریرا کے ساتھ مل کر دریافت کیا، جب انہوں نے نیشنل لیبارٹری برائے توانائی اور ارضیات میں کام کیا۔
اس اختراع میں ٹھوس شیشے کے الیکٹرولائٹ کا استعمال شامل ہے، جو الکلی دھاتوں (لیتھیم، ٹھوس یا پوٹاشیم) میں بنے ہوئے اینوڈ کے استعمال کی اجازت دیتا ہے۔ کچھ جو اب تک ممکن نہیں تھا۔ ایک کانچ کے الیکٹرولائٹ کے استعمال نے امکانات کی ایک دنیا کھول دی ہے، جیسے کیتھوڈ کی توانائی کی کثافت میں اضافہ اور بیٹری لائف سائیکل کو بڑھانا۔
یہ دریافت 2014 میں ایک مضمون میں شائع ہوئی تھی اور اس نے سائنسی برادری کی توجہ حاصل کی تھی۔ کمیونٹی جس میں جان گڈینوف شامل ہے، جو آج کی لیتھیم بیٹری کے "باپ" ہیں۔ یہ 37 سال پہلے تھا کہ اس نے تکنیکی ترقی کی مشترکہ ایجاد کی جس نے لیتھیم آئن بیٹریوں کو تجارتی طور پر قابل عمل بننے دیا۔ یونیورسٹی آف ٹیکساس کے پروفیسر، 94 سالہ پرتگالی محقق کی دریافت کے لیے اپنے جوش و خروش پر قابو نہ رکھ سکے۔
ماریہ ہیلینا براگا کو امریکہ کا سفر کرتے ہوئے جان گوڈینوف کو یہ ظاہر کرنے میں زیادہ وقت نہیں لگا کہ اس کا کانچ کا الیکٹرولائٹ مائع الیکٹرولائٹ کی طرح اسی رفتار سے آئن چلا سکتا ہے۔ تب سے، دونوں نے سالڈ اسٹیٹ بیٹری ریسرچ اور ڈیولپمنٹ میں تعاون کیا ہے۔ اس تعاون نے پہلے ہی الیکٹرولائٹ کے ایک نئے ورژن کو جنم دیا ہے۔
سالڈ سٹیٹ بیٹری کے تعاون اور ترقی میں Goodenough کی مداخلت اس دریافت کو ضروری اعتبار دینے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔
سالڈ اسٹیٹ بیٹری کے فوائد
فوائد امید افزا ہیں:- وولٹیج میں اضافہ جو اسی حجم کے لیے زیادہ توانائی کی کثافت کی اجازت دے گا - زیادہ کمپیکٹ بیٹری کی اجازت دیتا ہے
- ڈینڈرائٹ کی پیداوار کے بغیر تیز رفتار لوڈنگ کی اجازت دیتا ہے - 1200 سے زیادہ سائیکل
- زیادہ چارج/ڈسچارج سائیکل جو طویل بیٹری کی زندگی کی اجازت دیتے ہیں۔
- درجہ حرارت کی وسیع رینج میں انحطاط کے بغیر کام کرنے کی اجازت دیتا ہے - پہلی بیٹریاں جو -60º سیلسیس پر کام کرنے کے قابل ہوں گی۔
- لتیم کے بجائے سوڈیم جیسے مواد کے استعمال کی بدولت ممکنہ طور پر کم قیمت
ایک اور بڑا فائدہ یہ ہے کہ خلیات کو ماحول دوست مواد سے بنایا جا سکتا ہے، جیسا کہ مذکورہ سوڈیم، جسے سمندر کے پانی سے نکالا جا سکتا ہے۔ اور یہاں تک کہ ان کی ری سائیکلیبلٹی بھی کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ صرف منفی پہلو، اگر آپ اسے کہہ سکتے ہیں، تو یہ ہے کہ ان ٹھوس بیٹریوں کو لگانے کے لیے خشک اور ترجیحی طور پر آکسیجن سے پاک ماحول کی ضرورت ہوتی ہے۔
یاد نہ کیا جائے: مضبوط قومی شاہراہوں پر "الیکٹرک کوریڈورز"
ماریہ ہیلینا براگا کہتی ہیں کہ پہلے سے ہی ٹھوس حالت کی بیٹریاں موجود ہیں: سکے یا بٹن سیل، سکے کے سائز کی بیٹریاں جو استعمال ہوتی ہیں، مثال کے طور پر، کچھ گھڑیوں میں۔ لیبارٹری میں دیگر جہتوں والی بیٹریوں کا بھی تجربہ کیا گیا ہے۔
گاڑی میں اس قسم کی بیٹری کب ہوگی؟
ماریہ ہیلینا براگا کے مطابق اب اس کا انحصار انڈسٹری پر ہوگا۔ یہ محقق اور Goodenough پہلے ہی اس تصور کی صداقت کو ثابت کر چکے ہیں۔ ترقی دوسروں کو کرنی ہوگی۔ دوسرے لفظوں میں، یہ کل یا اگلے سال نہیں ہوگا۔
ان تجربہ گاہوں سے تجارتی مصنوعات کی طرف بڑھنا ایک کافی چیلنج ہے۔ اس نئی قسم کی بیٹری کو برقی گاڑیوں پر لاگو ہونے میں مزید 15 سال لگ سکتے ہیں۔
بنیادی طور پر، توسیع پذیر اور سرمایہ کاری مؤثر صنعتی عمل کو تلاش کرنا ضروری ہے جو اس نئی قسم کی بیٹریوں کو صنعتی اور تجارتی بنانے کی اجازت دیتے ہیں۔ ایک اور وجہ متنوع اداروں کی طرف سے لتیم بیٹریوں کی ترقی میں پہلے سے کی گئی بڑی سرمایہ کاری سے متعلق ہے۔ سب سے مشہور مثال ٹیسلا کی گیگا فیکٹری ہوگی۔
دوسرے الفاظ میں، اگلے 10 سالوں میں ہمیں لیتھیم بیٹریوں کے ارتقاء کو دیکھنا جاری رکھنا چاہیے۔ ان کی توانائی کی کثافت میں تقریباً 50 فیصد اضافہ متوقع ہے اور ان کی لاگت میں 50 فیصد کمی متوقع ہے۔ گاڑیوں کی صنعت میں سالڈ سٹیٹ بیٹریوں میں تیزی سے تبدیلی کی توقع نہیں کی جا سکتی ہے۔
مختلف کیمیائی رد عمل کے ساتھ دیگر اقسام کی بیٹریوں کی طرف بھی سرمایہ کاری کی جا رہی ہے، جو موجودہ لیتھیم آئن بیٹری سے 20 گنا زیادہ توانائی کی کثافت حاصل کر سکتی ہیں۔ یہ نہ صرف ٹھوس بیٹریوں کے ذریعے حاصل کردہ تین گنا زیادہ ہے، بلکہ، کچھ کے مطابق، یہ ان سے پہلے مارکیٹ تک پہنچ سکتی ہے۔
بہر حال، مستقبل کا منظر نامہ برقی گاڑی کے لیے امید افزا لگتا ہے۔ اس قسم کی پیش قدمی وہ ہے جو آخر کار مسابقت کی سطح کو اندرونی دہن کے انجنوں والی گاڑیوں کے مساوی کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ اس کے باوجود، ماریہ ہیلینا براگا کی دریافت جیسی ان تمام پیشرفت کے ساتھ، الیکٹرک گاڑیوں کو عالمی مارکیٹ میں 70-80% حصہ تک پہنچنے میں مزید 50 سال لگ سکتے ہیں۔