लचीली सॉलिड स्टेट बैटरी क्या हैं?

अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक नई प्रकार की सॉलिड-स्टेट बैटरी विकसित की है जो इलेक्ट्रिक वाहनों की सीमा को बढ़ा सकती है और लैपटॉप और स्मार्टफोन में आग को रोक सकती है। लेखक उन्नत ऊर्जा सामग्री में अपने निष्कर्षों का वर्णन करते हैं। पारंपरिक रिचार्जेबल बैटरी में प्रयुक्त तरल इलेक्ट्रोलाइट्स को 'ठोस', सिरेमिक वाले के साथ बदलकर वे अधिक प्रभावी, लंबे समय तक चलने वाली बैटरी का उत्पादन करने में सक्षम हैं जो उपयोग के लिए सुरक्षित भी हैं। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि ये फायदे इलेक्ट्रिक कारों सहित सभी प्रकार के उपकरणों के लिए अधिक कुशल, हरित बैटरी का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं।

अमेरिका और ब्रिटेन के अध्ययन के लेखक कुछ समय से लिथियम आयन बैटरी में तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के विकल्प तलाश रहे हैं। 2016 में उन्होंने एक सॉलिड-स्टेट बैटरी के विकास की घोषणा की जो पारंपरिक लिथियम आयन कोशिकाओं के दोगुने से अधिक वोल्टेज पर काम कर सकती है, लेकिन समान दक्षता के साथ।

जबकि उनका नवीनतम डिजाइन इस पुराने संस्करण में एक महत्वपूर्ण सुधार का प्रतिनिधित्व करता है, एमआईटी के शोधकर्ता प्रोफेसर डोनाल्ड सडोवे ने नोट किया कि अभी भी सुधार के लिए जगह है: "ऊंचे तापमान पर सिरेमिक सामग्री में उच्च आयनिक चालकता प्राप्त करना मुश्किल हो सकता है, " उन्होंने समझाया। "यह एक सफल उपलब्धि थी।" शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि परीक्षण के बाद ये बेहतर बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों या यहां तक ​​कि बिजली देने वाले हवाई जहाजों के लिए भी उपयुक्त साबित होंगी।

सॉलिड स्टेट में ज्वलनशील, तरल वाले के बजाय सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके ओवरहीटिंग के कारण बैटरी की क्षति को रोका जाता है। यदि बैटरी क्षतिग्रस्त हो जाती है और सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट वर्णों को जलाने के बजाय ज़्यादा गरम करना शुरू कर देती है, जो इसे आग पकड़ने से रोकता है। इन ठोस पदार्थों की संरचना में छिद्र भी उन्हें ठोस के भीतर एक विस्तारित नेटवर्क के माध्यम से चलने वाले आयनों के साथ विद्युत आवेश का बहुत अधिक भार वहन करने में सक्षम बनाता है।

इन विशेषताओं का मतलब है कि वैज्ञानिक ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट्स वाले लोगों की तुलना में अपनी बैटरी के वोल्टेज और कैपेसिटेंस दोनों को बढ़ाने में सक्षम हैं। वास्तव में, प्रोफेसर सैडोवे ने कहा: "हमने 12 डिग्री सेल्सियस [90 डिग्री फ़ारेनहाइट] पर काम कर रहे 194 वोल्ट के साथ लिथियम-एयर सेल का प्रदर्शन किया। यह किसी और की तुलना में अधिक है।"

इस नए बैटरी डिज़ाइन में ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स पर अन्य संभावित लाभ हैं, जिसमें यह तथ्य भी शामिल है कि सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स आमतौर पर कार्बनिक लोगों की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। "आश्चर्यजनक बात यह है कि इसने कितनी अच्छी तरह काम किया," प्रोफेसर साडोवे ने कहा। "हमें इस सेल से जितनी ऊर्जा मिली है, उससे कहीं अधिक ऊर्जा हमें मिली है।"

यह स्थिरता निर्माताओं को बड़ी संख्या में सॉलिड-स्टेट सेल को लैपटॉप या इलेक्ट्रिक कारों में पैक करने की अनुमति दे सकती है, बिना उनके ओवरहीटिंग की चिंता किए, उपकरणों को अधिक सुरक्षित बनाने और उनके कार्यात्मक जीवन को लम्बा करने के लिए। वर्तमान में, यदि इस प्रकार की बैटरियां अधिक गर्म हो जाती हैं तो उनमें आग लगने का जोखिम होता है - जैसा कि हाल ही में सैमसंग गैलेक्सी नोट 7 फोन के साथ हुआ था। परिणामी लपटें फैलने में असमर्थ होंगी क्योंकि दहन को बनाए रखने के लिए कोशिकाओं के अंदर कोई हवा नहीं है; वास्तव में, वे प्रारंभिक क्षति की साइट से आगे फैलने में असमर्थ होंगे।

ये ठोस पदार्थ भी बहुत लंबे समय तक चलने वाले होते हैं; इसके विपरीत, ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ लिथियम आयन बैटरी बनाने के कुछ प्रयास, जो उच्च तापमान (100 डिग्री सेल्सियस से अधिक) पर संचालित होते हैं, नियमित रूप से 500 या 600 चक्रों के बाद आग पकड़ लेते हैं। सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स आग लगने के बिना 7500 से अधिक चार्ज / डिस्चार्ज चक्रों का सामना कर सकते हैं।"

नए निष्कर्ष ईवी की सीमा का विस्तार करने और स्मार्टफोन की आग को रोकने दोनों के लिए बेहद महत्वपूर्ण हो सकते हैं। सैडोवे के अनुसार: "पुरानी पीढ़ी की बैटरियों में लेड एसिड [कार] स्टार्टर बैटरी थी। उनकी रेंज कम थी लेकिन वे अविश्वसनीय रूप से विश्वसनीय थीं," उन्होंने कहा कि उनकी अप्रत्याशित कमजोरी यह थी कि "अगर यह लगभग 60 डिग्री सेल्सियस से अधिक गर्म हो जाती है तो आग लग जाएगी।"

आज की लिथियम आयन बैटरी, वे बताते हैं, इससे एक कदम ऊपर हैं। उन्होंने कहा, "उनके पास एक लंबी दूरी है, लेकिन वे अत्यधिक गर्म होने और आग पकड़ने से क्षतिग्रस्त हो सकते हैं," उन्होंने कहा कि नई सॉलिड-स्टेट बैटरी संभावित रूप से एक "मौलिक सफलता" है क्योंकि इससे कहीं अधिक विश्वसनीय, सुरक्षित उपकरण बन सकते हैं।

एमआईटी के वैज्ञानिकों को लगता है कि इस तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग होने में पांच साल लग सकते हैं, लेकिन अगले साल की शुरुआत में भी उन्हें उम्मीद है कि सैमसंग या ऐप्पल जैसे बड़े निर्माताओं के स्मार्टफोन में इस तरह की बैटरी लगाई जाएगी। उन्होंने यह भी नोट किया कि लैपटॉप और इलेक्ट्रिक वाहनों सहित फोन के अलावा इन सेल के कई व्यावसायिक उपयोग हैं।

हालांकि प्रोफेसर साडोवे ने चेतावनी दी है कि तकनीक के पूर्ण होने से पहले अभी भी कुछ रास्ता तय करना बाकी है। "हमारे पास एक सेल है जो वास्तव में उत्कृष्ट दिखता है लेकिन यह बहुत शुरुआती दिन है। हमें अभी तक बड़े पैमाने पर, उच्च-शक्ति घनत्व इलेक्ट्रोड वाले सेल बनाना है।"

सडोवे का मानना ​​है कि इस सफलता को तुरंत व्यापक रूप से अपनाया जाएगा क्योंकि इसमें न केवल ईवी को बहुत अधिक रेंज के साथ ईंधन देने की क्षमता है, बल्कि संभावित रूप से स्मार्टफोन की आग को भी रोका जा सकता है। शायद अधिक आश्चर्य की बात यह है कि उनकी भविष्यवाणी है कि ठोस राज्य बैटरी पांच साल से भी कम समय में सार्वभौमिक रूप से उपयोग की जा सकती हैं, जब अधिकांश निर्माता अपनी सुरक्षा और विश्वसनीयता के बारे में आश्वस्त हो जाते हैं।