लिथियम-आयन बैटरियों का इलेक्ट्रिक वाहनों और स्मार्टफ़ोन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि वे हल्की, विश्वसनीय और ऊर्जा-कुशल होती हैं। हालाँकि, उन्हें चार्ज होने में समय लगता है और वे करंट के तेज़ उछाल को संभाल नहीं पाती हैं। हाल ही में किए गए शोध में, कॉर्नेल इंजीनियरिंग टीम ने लिथियम EV बैटरी विकसित की है जो 5 मिनट में पूरी तरह से चार्ज हो सकती है। ऐसी ही एक तेज़ चार्जिंग बैटरी का प्रोटोटाइप।
कॉर्नेल इंजीनियरिंग टीम ने एक नई लिथियम बैटरी विकसित की है। यह 5 मिनट से भी कम समय में चार्ज हो जाती है , जो बाजार में उपलब्ध किसी भी अन्य बैटरी से तेज़ है। साथ ही, लंबे समय तक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान भी इसका प्रदर्शन स्थिर रहता है। इस नई खोज से ड्राइवरों की रेंज संबंधी चिंताएं कम हो सकती हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों की सीमित रेंज और लंबे समय तक चार्ज होने की असुविधा को लेकर उनकी चिंताएं दूर हो जाएंगी।
शोधकर्ताओं ने पाया कि इंडियम, एक नरम धातु है जिसका उपयोग आमतौर पर टचस्क्रीन डिस्प्ले और सौर पैनलों के लिए किया जाता है, इसमें तेजी से चार्ज होने वाली बैटरी के लिए एक सामग्री के रूप में असाधारण रूप से उच्च क्षमता है। यह इसकी अंतर्निहित तेज ठोस-अवस्था परिवहन दरों और कम डैमकोहलर संख्याओं के कारण है। इसके अतिरिक्त, इंडियम कम तापमान वाले सोल्डर में सीसे के लिए एक बढ़िया विकल्प के रूप में कार्य करता है।
कॉर्नेल इंजीनियरिंग के डीन और परियोजना के प्रमुख प्रोफेसर लिंडन आर्चर ने कहा, "परिवहन में विद्युतीकरण के लिए रेंज की चिंता अन्य सभी बाधाओं, जैसे कि बैटरी की लागत और क्षमता, से कहीं अधिक बड़ी बाधा है, और हमने तर्कसंगत इलेक्ट्रोड डिजाइन का उपयोग करके इसे खत्म करने का एक तरीका खोज लिया है।"
प्रोफेसर आर्चर ने आगे कहा, "अगर आप एक इलेक्ट्रिक वाहन की बैटरी को पांच मिनट में चार्ज कर सकते हैं, तो आपको 300 मील की रेंज के लिए पर्याप्त बड़ी बैटरी की आवश्यकता नहीं होगी। आप कम क्षमता वाली बैटरी से भी काम चला सकते हैं, जिससे इलेक्ट्रिक वाहनों की लागत कम हो सकती है और इनका व्यापक उपयोग संभव हो सकता है।"
इस अध्ययन के प्रमुख लेखक, रासायनिक और जैवआणविक इंजीनियरिंग के डॉक्टरेट छात्र शुओ जिन ने कहा, “हमारा लक्ष्य ऐसे बैटरी इलेक्ट्रोड डिजाइन तैयार करना था जो दैनिक दिनचर्या के अनुरूप चार्ज और डिस्चार्ज हो सकें। व्यावहारिक रूप से, हम चाहते हैं कि हमारे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तेजी से चार्ज हों और लंबे समय तक काम करें। इसे प्राप्त करने के लिए, हमने एक अद्वितीय इंडियम एनोड सामग्री की पहचान की है जिसे विभिन्न कैथोड सामग्रियों के साथ प्रभावी ढंग से जोड़ा जा सकता है ताकि एक ऐसी बैटरी बनाई जा सके जो तेजी से चार्ज हो और धीरे-धीरे डिस्चार्ज हो। ”
प्रक्रिया
शोधकर्ताओं ने अपनी नई लिथियम बैटरी के लिए एक अनूठा दृष्टिकोण अपनाया, जिसमें विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गतिजता पर जोर दिया गया। उन्होंने विशेष रूप से रासायनिक अभियांत्रिकी की एक अवधारणा का उपयोग किया जिसे डैमकोहलर संख्या के नाम से जाना जाता है । यह अवधारणा मूल रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गति को प्रतिक्रिया स्थल तक पदार्थों के परिवहन की गति की तुलना में मापती है।
नवीनतम शोध से पता चलता है कि बैटरी एनोड के रूप में इंडियम में दो महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं। वे इस प्रकार हैं:
- एक असाधारण कम प्रवास ऊर्जा अवरोध, जो ठोस अवस्था में आयनों के विसरण की गति निर्धारित करता है
- A मध्यम विनिमय धारा घनत्व, जो एनोड में आयनों के कम होने की दर को प्रभावित करता है।
इन विशेषताओं, तीव्र प्रसार और धीमी सतही प्रतिक्रिया गतिकी का तालमेल, तीव्र चार्जिंग और दीर्घकालीन भंडारण के लिए अनिवार्य है।
यह भी देखें : प्रयुक्त इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी से खनिज पुनर्प्राप्ति में कृत्रिम जीवाणुओं की महत्वपूर्ण भूमिका
प्रोफेसर आर्चर ने कहा, “सबसे महत्वपूर्ण नवाचार यह है कि हमने एक ऐसा डिज़ाइन सिद्धांत खोजा है जो बैटरी के एनोड पर धातु आयनों को स्वतंत्र रूप से घूमने, सही विन्यास खोजने और उसके बाद ही चार्ज भंडारण प्रतिक्रिया में भाग लेने की अनुमति देता है। इसका परिणाम यह है कि प्रत्येक चार्जिंग चक्र में, इलेक्ट्रोड एक स्थिर आकारिकीय अवस्था में होता है। यही कारण है कि हमारी नई फास्ट-चार्जिंग बैटरियों में हजारों चक्रों तक बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज करने की क्षमता है।”
5 मिनट में पूरी तरह चार्ज हो सकने वाली लिथियम इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी, सड़कों पर वायरलेस इंडक्शन चार्जिंग के साथ इस तकनीक का उपयोग कर रही है। इससे बैटरी का आकार और लागत काफी कम हो सकती है । यह ड्राइवरों के लिए इलेक्ट्रिक परिवहन को और अधिक व्यवहार्य विकल्प बनाएगा। हालांकि, इसका यह मतलब नहीं है कि इंडियम एनोड एकदम सही या व्यावहारिक हैं।
“यह परिणाम उत्साहजनक है क्योंकि इससे हमें तेजी से चार्ज होने वाली बैटरियों तक पहुंचने का तरीका पता चलता है, लेकिन इंडियम भारी होता है। यहीं पर कम्प्यूटेशनल केमिस्ट्री मॉडलिंग का अवसर निहित है, शायद जनरेटिव एआई टूल्स का उपयोग करके, यह जानने के लिए कि कौन से अन्य हल्के पदार्थों की केमिस्ट्री समान रूप से कम डैमकोहलर संख्या प्राप्त कर सकती है। उदाहरण के लिए, क्या ऐसी कोई धातु मिश्रधातुएं हैं जिनका हमने कभी अध्ययन नहीं किया है, जिनमें वांछित विशेषताएं हों? मेरी संतुष्टि इसी बात से है कि एक सामान्य सिद्धांत काम कर रहा है जो किसी को भी बेहतर बैटरी एनोड डिजाइन करने की अनुमति देता है जो अत्याधुनिक तकनीक की तुलना में तेज चार्ज दर प्राप्त करता है,” प्रोफेसर आर्चर ने आगे कहा।
स्रोत : तेजी से चार्ज होने वाली लिथियम बैटरी 'रेंज की चिंता' को खत्म करने का प्रयास करती है।
