सॉलिड-स्टेट बैटरी: अगली पीढ़ी का बैटरी रूट

सॉलिड-स्टेट बैटरी: अगली पीढ़ी का बैटरी रूट

14 मई को, "द कोरिया टाइम्स" और अन्य मीडिया रिपोर्टों के अनुसार, सैमसंग ने हुंडई के साथ इलेक्ट्रिक वाहनों को विकसित करने और हुंडई इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए पावर बैटरी और अन्य कनेक्टेड कार पार्ट्स प्रदान करने के लिए सहयोग करने की योजना बनाई है। मीडिया भविष्यवाणी करता है कि सैमसंग और हुंडई जल्द ही बैटरी आपूर्ति पर एक गैर-बाध्यकारी समझौता ज्ञापन पर हस्ताक्षर करेंगे। बताया गया है कि सैमसंग ने हुंडई को अपनी नवीनतम सॉलिड-स्टेट बैटरी पेश की।

सैमसंग के अनुसार, जब इसकी प्रोटोटाइप बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो जाती है, तो यह एक इलेक्ट्रिक कार को एक बार में 800 किलोमीटर से अधिक ड्राइव करने की अनुमति दे सकती है, जिसकी बैटरी साइकिल जीवन 1,000 गुना से अधिक है। इसकी मात्रा समान क्षमता की लिथियम-आयन बैटरी से 50% कम है। इस कारण से, सॉलिड-स्टेट बैटरी को अगले दस वर्षों में इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए सबसे उपयुक्त पावर बैटरी माना जाता है।

मार्च 2020 की शुरुआत में, सैमसंग इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस स्टडी (एसएआईटी) और सैमसंग रिसर्च सेंटर ऑफ जापान (एसआरजे) ने "नेचर एनर्जी" पत्रिका में "हाई-एनर्जी लॉन्ग-साइक्लिंग ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम मेटल बैटरी इनेबल्ड बाय सिल्वर" प्रकाशित किया। -कार्बन कम्पोजिट एनोड्स" ने सॉलिड-स्टेट बैटरी के क्षेत्र में अपने नवीनतम विकास की शुरुआत की।

यह बैटरी एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती है, जो उच्च तापमान पर ज्वलनशील नहीं होती है और पंचर शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए लिथियम डेन्ड्राइट के विकास को भी रोक सकती है। इसके अलावा, यह एनोड के रूप में एक सिल्वर-कार्बन (एजी-सी) मिश्रित परत का उपयोग करता है, जो ऊर्जा घनत्व को 900Wh/L तक बढ़ा सकता है, 1000 से अधिक चक्रों का एक लंबा चक्र जीवन है, और एक बहुत ही उच्च कूलम्बिक दक्षता (चार्ज) और निर्वहन दक्षता) 99.8%। यह एक बार भुगतान करने के बाद बैटरी चला सकता है। कार ने 800 किलोमीटर का सफर तय किया।

हालाँकि, SAIT और SRJ जिन्होंने पेपर प्रकाशित किया, वे सैमसंग SDI के बजाय वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान हैं, जो प्रौद्योगिकी पर केंद्रित है। लेख केवल नई बैटरी के सिद्धांत, संरचना और प्रदर्शन को स्पष्ट करता है। यह प्रारंभिक रूप से आंका गया है कि बैटरी अभी भी प्रयोगशाला चरण में है और थोड़े समय में बड़े पैमाने पर उत्पादन करना मुश्किल होगा।

सॉलिड-स्टेट बैटरी और पारंपरिक लिक्विड लिथियम-आयन बैटरी के बीच का अंतर यह है कि इलेक्ट्रोलाइट्स और सेपरेटर्स के बजाय सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग किया जाता है। लिथियम-इंटरकलेटेड ग्रेफाइट एनोड का उपयोग करना आवश्यक नहीं है। इसके बजाय, धातु लिथियम का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है, जो एनोड सामग्री की संख्या को कम करता है। उच्च शरीर ऊर्जा घनत्व (>350Wh/kg) और लंबे जीवन (>5000 चक्र) के साथ-साथ विशेष कार्यों (जैसे लचीलापन) और अन्य आवश्यकताओं के साथ पावर बैटरी।

नई सिस्टम बैटरी में सॉलिड-स्टेट बैटरी, लिथियम फ्लो बैटरी और मेटल-एयर बैटरी शामिल हैं। तीन सॉलिड-स्टेट बैटरियों के अपने फायदे हैं। पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्स कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स हैं, और ऑक्साइड और सल्फाइड अकार्बनिक सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स हैं।

वैश्विक सॉलिड-स्टेट बैटरी कंपनियों को देखते हुए, स्टार्ट-अप हैं, और अंतर्राष्ट्रीय निर्माता भी हैं। कंपनियां अलग-अलग मान्यताओं के साथ इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम में अकेली हैं, और प्रौद्योगिकी प्रवाह या एकीकरण की कोई प्रवृत्ति नहीं है। वर्तमान में, कुछ तकनीकी मार्ग औद्योगीकरण की शर्तों के करीब हैं, और सॉलिड-स्टेट बैटरियों के स्वचालन का मार्ग प्रगति पर है।

यूरोपीय और अमेरिकी कंपनियां पॉलिमर और ऑक्साइड सिस्टम पसंद करती हैं। फ्रांसीसी कंपनी बोल्लोरे ने पॉलीमर-आधारित सॉलिड-स्टेट बैटरियों के व्यावसायीकरण का बीड़ा उठाया। दिसंबर 2011 में, 30kwh सॉलिड-स्टेट पॉलीमर बैटरी + इलेक्ट्रिक डबल-लेयर कैपेसिटर द्वारा संचालित इसके इलेक्ट्रिक वाहनों ने साझा कार बाजार में प्रवेश किया, जो दुनिया में पहली बार था। ईवीएस के लिए वाणिज्यिक सॉलिड-स्टेट बैटरी।

शक्ति3 एक पतली फिल्म ऑक्साइड सॉलिड-स्टेट बैटरी निर्माता है, जिसे ब्रिटिश घरेलू उपकरण दिग्गज डायसन द्वारा 2015 में अधिग्रहित किया गया था। यह पतली-फिल्म की तैयारी की लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन की कठिनाई के अधीन है, और कोई द्रव्यमान नहीं रहा है। लंबे समय तक उत्पादन उत्पाद।

सॉलिड-स्टेट बैटरी के लिए मैक्सवेल की योजना पहले छोटे बैटरी बाजार में प्रवेश करना है, 2020 में उनका बड़े पैमाने पर उत्पादन करना है, और 2022 में ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र में उनका उपयोग करना है। तेजी से वाणिज्यिक अनुप्रयोग के लिए, मैक्सवेल पहले सेमी- अल्पावधि में ठोस बैटरी। फिर भी, अर्ध-ठोस बैटरी अधिक महंगी होती हैं और मुख्य रूप से विशेष मांग क्षेत्रों में उपयोग की जाती हैं, जिससे बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों को मुश्किल हो जाती है।

गैर-पतली-फिल्म ऑक्साइड उत्पादों में उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन होता है और वर्तमान में विकास में लोकप्रिय हैं। ताइवान हुईनेंग और जिआंगसु किंगदाओ दोनों ही इस ट्रैक के जाने-माने खिलाड़ी हैं।

जापानी और कोरियाई कंपनियां सल्फाइड प्रणाली के औद्योगीकरण की समस्याओं को हल करने के लिए अधिक प्रतिबद्ध हैं। टोयोटा और सैमसंग जैसी प्रतिनिधि कंपनियों ने अपनी तैनाती में तेजी लाई है। सल्फाइड सॉलिड-स्टेट बैटरी (लिथियम-सल्फर बैटरी) में उनके उच्च ऊर्जा घनत्व और कम लागत के कारण विशाल विकास क्षमता होती है। इनमें टोयोटा की तकनीक सबसे उन्नत है। इसने एम्पीयर-स्तरीय डेमो बैटरी और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन जारी किया। साथ ही, उन्होंने एक बड़ा बैटरी पैक तैयार करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उच्च कमरे के तापमान चालकता वाले एलजीपीएस का भी उपयोग किया।

जापान ने एक राष्ट्रव्यापी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम शुरू किया है। सबसे आशाजनक गठबंधन टोयोटा और पैनासोनिक है (टोयोटा में सॉलिड-स्टेट बैटरी विकसित करने में लगभग 300 इंजीनियर शामिल हैं)। इसने कहा कि यह पांच साल के भीतर सॉलिड-स्टेट बैटरी का व्यावसायीकरण करेगा।

टोयोटा और एनईडीओ द्वारा विकसित ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों की व्यावसायीकरण योजना मौजूदा एलआईबी उत्साहित और हानिकारक सामग्रियों का उपयोग करके ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी (पहली पीढ़ी की बैटरी) विकसित करने के साथ शुरू होती है। उसके बाद, यह ऊर्जा घनत्व (अगली पीढ़ी की बैटरी) को बढ़ाने के लिए नई सकारात्मक और नकारात्मक सामग्री का उपयोग करेगा। टोयोटा से 2022 में सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रिक वाहनों के प्रोटोटाइप का उत्पादन करने की उम्मीद है, और यह 2025 में कुछ मॉडलों में सॉलिड-स्टेट बैटरी का उपयोग करेगा। 2030 में, बड़े पैमाने पर उत्पादन अनुप्रयोगों को प्राप्त करने के लिए ऊर्जा घनत्व 500Wh/kg तक पहुंच सकता है।

पेटेंट के दृष्टिकोण से, सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी के लिए शीर्ष 20 पेटेंट आवेदकों में से, जापानी कंपनियों ने 11 के लिए जिम्मेदार ठहराया। टोयोटा ने सबसे अधिक आवेदन किया, दूसरे पैनासोनिक की तुलना में 1,709, 2.2 गुना तक पहुंच गया। शीर्ष 10 कंपनियां सभी जापानी और दक्षिण कोरियाई हैं, जिनमें जापान में 8 और दक्षिण कोरिया में 2 शामिल हैं।

पेटेंटधारकों के वैश्विक पेटेंट लेआउट के दृष्टिकोण से, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, दक्षिण कोरिया और यूरोप प्रमुख देश या क्षेत्र हैं। स्थानीय अनुप्रयोगों के अलावा, टोयोटा के पास संयुक्त राज्य अमेरिका और चीन में सबसे महत्वपूर्ण संख्या में आवेदन हैं, जो कुल पेटेंट आवेदनों का क्रमशः 14.7% और 12.9% है।

मेरे देश में सॉलिड-स्टेट बैटरियों का औद्योगीकरण भी निरंतर अन्वेषण के अधीन है। चीन की तकनीकी मार्ग योजना के अनुसार, 2020 में, यह धीरे-धीरे ठोस इलेक्ट्रोलाइट, उच्च विशिष्ट ऊर्जा कैथोड सामग्री संश्लेषण, और त्रि-आयामी ढांचा संरचना लिथियम मिश्र धातु निर्माण प्रौद्योगिकी का एहसास करेगा। यह 300Wh/kg छोटी क्षमता वाली सिंगल बैटरी सैंपल मैन्युफैक्चरिंग की पहचान करेगा। 2025 में, सॉलिड-स्टेट बैटरी इंटरफेस कंट्रोल टेक्नोलॉजी 400Wh/kg बड़ी क्षमता वाली सिंगल बैटरी सैंपल और ग्रुप टेक्नोलॉजी का एहसास करेगी। यह उम्मीद की जाती है कि 2030 में सॉलिड-स्टेट बैटरी और लिथियम-सल्फर बैटरी का बड़े पैमाने पर उत्पादन और प्रचार किया जा सकता है।

CATL के IPO धन उगाहने वाले प्रोजेक्ट में अगली पीढ़ी की बैटरियों में सॉलिड-स्टेट बैटरी शामिल हैं। एनई टाइम्स की रिपोर्ट के मुताबिक, सीएटीएल को कम से कम 2025 तक सॉलिड-स्टेट बैटरी का बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल करने की उम्मीद है।

कुल मिलाकर, बहुलक प्रणाली प्रौद्योगिकी सबसे परिपक्व है, और पहला ईवी-स्तरीय उत्पाद पैदा हुआ है। इसकी वैचारिक और दूरंदेशी प्रकृति ने देर से आने वालों द्वारा अनुसंधान और विकास में निवेश के त्वरण को गति दी है, लेकिन प्रदर्शन की ऊपरी सीमा विकास को प्रतिबंधित करती है, और अकार्बनिक ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ संयोजन भविष्य में एक संभावित समाधान होगा; ऑक्सीकरण; सामग्री प्रणाली में, पतली फिल्म प्रकारों का विकास क्षमता विस्तार और बड़े पैमाने पर उत्पादन पर केंद्रित है, और गैर-फिल्म प्रकारों का समग्र प्रदर्शन बेहतर है, जो वर्तमान अनुसंधान और विकास का फोकस है; सल्फाइड सिस्टम इलेक्ट्रिक वाहनों के क्षेत्र में सबसे आशाजनक सॉलिड-स्टेट बैटरी सिस्टम है, लेकिन विकास और अपरिपक्व प्रौद्योगिकी के लिए बड़े पैमाने पर ध्रुवीकृत स्थिति में, सुरक्षा मुद्दों और इंटरफ़ेस मुद्दों को हल करना भविष्य का फोकस है।

सॉलिड-स्टेट बैटरियों के सामने आने वाली चुनौतियों में मुख्य रूप से शामिल हैं:

• लागत कम करना।
• ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की सुरक्षा में सुधार।
• चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच संपर्क बनाए रखना।

लिथियम-सल्फर बैटरी, लिथियम-एयर और अन्य प्रणालियों को पूरे बैटरी संरचना फ्रेम को बदलने की जरूरत है, और अधिक से अधिक महत्वपूर्ण समस्याएं हैं। सॉलिड-स्टेट बैटरियों के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड वर्तमान प्रणाली का उपयोग करना जारी रख सकते हैं, और प्राप्ति की कठिनाई अपेक्षाकृत छोटी है। अगली पीढ़ी की बैटरी तकनीक के रूप में, सॉलिड-स्टेट बैटरी में उच्च सुरक्षा और ऊर्जा घनत्व होता है और लिथियम युग के बाद यह एकमात्र तरीका बन जाएगा।