पैनासोनिक और सिला नैनोटेक्नोलॉजीज लिथियम-आयन बैटरियों में ग्रेफाइट की जगह सिलिकॉन का इस्तेमाल करके सिलिकॉन ईवी बैटरियां बनाएंगे। हाल ही में, दोनों कंपनियों ने भविष्य के इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए लिथियम-आयन बैटरियां विकसित करने के लिए एक समझौते पर हस्ताक्षर किए। नई बैटरियों में वे ग्रेफाइट की जगह सिलिकॉन का इस्तेमाल करेंगे, जिससे बेहतर प्रदर्शन और लंबी उम्र मिलेगी। नई विकसित बैटरियों में बेहतर प्रदर्शन और लंबी उम्र की संभावना है।
पैनासोनिक ने सिलिकॉन एनोड निर्माता कंपनी सिला नैनोटेक्नोलॉजीज के साथ एक रोमांचक सहयोग की घोषणा की है। इस सहयोग के तहत, 2024 तक पैनासोनिक की मौजूदा बैटरी उत्पादन लाइन में सिला नैनोटेक्नोलॉजीज की तकनीक को शामिल किया जाएगा। इस नई तकनीक से इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) की बैटरी रेंज में सुधार होगा और चार्जिंग का समय कम होगा । यह तकनीक लिथियम-आयन ईवी बैटरियों के नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एनोड पर आमतौर पर पाए जाने वाले ग्रेफाइट को सिलिकॉन से बदल देगी।
आईईए की एक रिपोर्ट के अनुसार , 2023 में चौंका देने वाले 14 मिलियन इलेक्ट्रिक वाहनों की बिक्री हुई और आने वाले वर्षों में यह संख्या और भी बढ़ने की संभावना है। ये वाहन वर्तमान में अत्याधुनिक लिथियम-आयन बैटरी पर निर्भर हैं , जिनमें लगातार सुधार हो रहा है। हालांकि, इन प्रगति के बावजूद, कुछ चुनौतियां अभी भी बनी हुई हैं, जो इनकी समग्र उपयोगिता और सुविधा को सीमित करती हैं।
अमेरिका स्थित सिएन्ज़ा एनर्जी के मुख्य वैज्ञानिक अधिकारी अज़िन फ़हीमी ने कहा, "बैटरी की ऊर्जा भंडारण क्षमता, उसके आकार और वजन के अनुपात में, जिसे ऊर्जा घनत्व के रूप में जाना जाता है, इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह इस बात को प्रभावित करता है कि वे एक बार चार्ज करने पर कितनी दूरी तय कर सकते हैं।"
अज़िन फ़हीमी की टीम सिलिकॉन एनोड के कार्यान्वयन पर विभिन्न शोध कर रही है, और उन्होंने आगे कहा, "एक और महत्वपूर्ण पहलू पावर घनत्व है, जो यह बताता है कि बैटरी कितनी जल्दी ऊर्जा की आपूर्ति कर सकती है।"
नए सिलिकॉन एनोड से रेंज और चार्ज समय क्यों प्रभावित होते हैं?
बैटरियाँ आवेशित कणों की गति पर निर्भर करती हैं, जिन्हें आयन कहते हैं, दो विद्युत कंडक्टरों के बीच जिन्हें इलेक्ट्रोड कहते हैं। चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन कैथोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) से इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से आगे बढ़ते हैं। फिर यह एनोड (नेगेटिव इलेक्ट्रोड) में प्रवेश करता है, जहाँ वे तब तक रहते हैं जब तक कि उन्हें बिजली प्रदान करने की आवश्यकता न हो।
“जब बैटरी किसी उपकरण को बिजली प्रदान करती है, तो लिथियम आयन एनोड से कैथोड की ओर वापस गति करते हैं। आयनों की यह गति इलेक्ट्रॉनों को बाहरी परिपथ के माध्यम से प्रवाहित होने देती है, जिससे एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है जो उपकरण को शक्ति प्रदान करती है,” फाहिमी ने आगे कहा।
बैटरी का प्रदर्शन काफी हद तक एनोड सामग्री पर निर्भर करता है । यह कार को पावर देने के लिए आवश्यक होने तक आयनों को संग्रहित करने के लिए भी जिम्मेदार होता है।
फ़हीमी के अनुसार, “एक अच्छे एनोड पदार्थ में उच्च ऊर्जा घनत्व सुनिश्चित करने के लिए उच्च लिथियम भंडारण क्षमता, कुशल इलेक्ट्रॉन प्रवाह को सुगम बनाने के लिए अच्छी विद्युत चालकता और तीव्र चार्जिंग क्षमताओं के लिए तेज़ आयन परिवहन होना चाहिए। एनोड की संरचना भी स्थिर होनी चाहिए और आयनों के अंदर-बाहर आने-जाने पर उसके आयतन में परिवर्तन नहीं होना चाहिए, क्योंकि इससे सतह को नुकसान पहुँच सकता है।”
पैनासोनिक और सिला नैनोटेक्नोलॉजीज़ सिलिकॉन इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी बनाने के लिए साझेदारी कर रही हैं। परंपरागत रूप से, लिथियम-आयन बैटरी में परतदार संरचना के कारण ग्रेफाइट एनोड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है। यह परतदार संरचना आयतन में महत्वपूर्ण परिवर्तन किए बिना आयनों की गति की अनुमति देती है।
"अपनी रासायनिक संरचना के कारण, सिलिकॉन प्रति ग्राम दस गुना से भी ज़्यादा ऊर्जा धारण कर सकता है। इस उच्च क्षमता का मतलब है कि सिलिकॉन ज़्यादा लिथियम आयन संग्रहीत कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी के लिए ज़्यादा ऊर्जा घनत्व होता है। ज़्यादा ऊर्जा घनत्व का मतलब है कि एक बार चार्ज करने पर इलेक्ट्रिक वाहन ज़्यादा दूरी तक चल सकते हैं। दुर्भाग्य से, लिथियम आयनों से भरे जाने पर सिलिकॉन अपने मूल आकार से तीन या चार गुना बड़ा हो जाता है, जिससे यांत्रिक तनाव पैदा होता है और एनोड सामग्री का अंततः क्षरण होता है," फहीमी ने समझाया।
परिणामस्वरूप, इस चुनौती से निपटने के लिए सिलिकॉन एनोड का नैनोस्केल डिज़ाइन आवश्यक है। अपने बाद के शोध में, सिएन्ज़ा में फ़हीमी की टीम और सिला की टीमें इस मुद्दे को हल करने के लिए समर्पित हैं।
