ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्बन से दूर जाने के बारे में बहुत सारे शोध हुए हैं, लेकिन क्या होगा यदि इसके बजाय, जो कार्बन उपयोग किया जा रहा है उसे उसकी पूरी क्षमता पर लागू किया जाए?

ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्बन के महत्व को कम नहीं आंका जाना चाहिए।दुर्भाग्य से, इन कार्बन-आधारित सामग्रियों पर निर्भरता पर्यावरण के लिए विनाशकारी साबित हुई है, खासकर उस मात्रा में जब इनका वैश्विक स्तर पर उपभोग किया जाता है।इसलिए वैकल्पिक साधनों पर शोध करना होगा।

सुपरस्ट्रक्चर कार्बन (एससीसी) कार्बन को अधिक कुशल और "हरित" तरीके से उपयोग करने का एक संभावित तरीका है जो मानक सामग्रियों के वर्तमान प्रदर्शन और दीर्घायु से अधिक हो सकता हैऊर्जा भंडारणऔर रूपांतरण उपकरण।शोधकर्ताओं के पास हैप्रकाशितमें निष्कर्षऊर्जा सामग्री और उपकरण.

एससीसी अपने निर्माण और प्रदर्शन दोनों में ही नहीं बल्कि समग्र रूप से अपनी अवधारणा में भी बहुआयामी हैं।इसकी शुरुआत इस तथ्य से होती है कि वे वास्तव में कार्बन हैं।हालांकि यह समग्र कार्बन निर्भरता को कम करने के लिए एक कदम की तरह प्रतीत नहीं हो सकता है, यह कार्बन को अधिक प्रत्यक्ष कार्यों के साथ अधिक जानबूझकर उपयोग करने का एक तरीका है जिससे बेहतर प्रदर्शन और कार्यक्षमता हो सकती है।

अध्ययन के शोधकर्ता और लेखक डेबिन कोंग ने कहा, "यह अनूठी श्रेणी उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों की विशेष कार्यात्मक मांगों को पूरा करती है और पारंपरिक कार्बन की कठोर संरचना को पार करती है।"

एसएससी कार्बन-आधारित सामग्रियां हैं जो सटीक रूप से उस सामग्री के लिए बनाई जाती हैं जिसके साथ इसका इंटरफ़ेस होता है, चाहे वह कोई भी होलिथियम आयन(Li) बैटरी, लिथियम सल्फाइड (LiS) बैटरी या मेटल-एयर बैटरी।

सफल विकास और कार्यान्वयन के लिए शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तुत इन एससीसी की तीन मुख्य विशेषताएं हैं: सटीक रूप से अनुकूलित छिद्र, स्वतंत्र रूप से समायोजित ढांचे और अत्यधिक युग्मित इंटरफेस।

सटीक रूप से अनुकूलित छिद्र होने से सतह के बेहतर उपयोग का लाभ मिलता हैदूरी बदलनापारंपरिक कार्बन सामग्री से अधिक।ऊर्जा-भंडारण उपकरणों (जैसे बैटरी) में सक्रिय सामग्री के हिस्से के रूप में छिद्रित कार्बन का उपयोग सामग्री की विशिष्ट क्षमता जैसे मेट्रिक्स में सुधार कर सकता है।विशिष्ट क्षमता विद्युत आवेश की वह मात्रा है जिसे सामग्री के वजन के प्रति ग्राम सामग्री तक पहुंचाया जा सकता है।

कार्बन इकाई और इलेक्ट्रोड सहित सामग्रियों के आंतरिक कामकाज के बीच तेजी से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की अनुमति देने के लिए स्वतंत्र रूप से समायोजित ढांचे महत्वपूर्ण हैं।अंत में, अत्यधिक युग्मित इंटरफेस इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण में अतिरिक्त सुधार की अनुमति देते हैं, जो बैटरी के समग्र कार्य और प्रदर्शन को बेहतर बनाने में एक महत्वपूर्ण तत्व है।

एक साथ अच्छी तरह से काम करने वाले इंटरफेस इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को अधिक आसानी से और एकत्रीकरण या नैनोकणों के समूहों के गठन जैसे मुद्दों के बिना होने की अनुमति देते हैं।

"कुल मिलाकर, एसएससी की अवधारणा वर्तमान कार्बन के सामने आने वाली समस्याओं को हल करने का एक तरीका दिखाती है, जो भविष्य में उन्नत कार्बन और उनके प्रासंगिक उच्च-प्रदर्शन ऊर्जा-संबंधित उपकरणों के व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है," कोंग ने कहा।

शोधकर्ता इस समीक्षा के साथ केवल कार्बन-आधारित सक्रिय सामग्रियों में सुधार करने का लक्ष्य नहीं रख रहे हैं, बल्कि कार्बन संरचनाओं के लिए नई ऊंचाईयां बनाना चाह रहे हैं।प्रदर्शन में सफलता एक अंतिम लक्ष्य है, जिसका लक्ष्य ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण के प्रदर्शन में आने वाली बाधाओं को दूर करना है।हालाँकि, विचार करने में हमेशा कठिनाइयाँ होती हैं और आगे के शोध से समाधान निकालने में समस्याएँ आती हैं।

विचार करने वाली सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि विभिन्न उपकरणों की अलग-अलग ज़रूरतें होती हैं।ली, लीएस और मेटल-एयर बैटरियों का एससीसी के साथ एक अलग संबंध होने की संभावना है, जिसे उपयुक्तता और अनुकूलता सुनिश्चित करने के लिए पूरी तरह से विकसित करने की आवश्यकता है।इसके अतिरिक्त, व्यावहारिक और व्यापक समाधान बनने से पहले एससीसी की लागत और प्रदर्शन की जांच की जानी चाहिए।

इसमें लागत कम करने और उत्पादन को सरल बनाने के लिए तैयारी प्रक्रिया और आवश्यक पूर्ववर्तियों को परिष्कृत करना शामिल हो सकता है।एक अन्य बिंदु जिस पर और शोध की आवश्यकता है वह है कार्बन माइक्रोस्ट्रक्चर की समग्र समझ और उपयोग किए गए कार्बन अग्रदूत के आधार पर इसका संरचनात्मक विकास।

अधिक जानकारी:डेबिन कोंग एट अल, सुपरस्ट्रक्चर्ड कार्बन सामग्री: डिजाइन और ऊर्जा अनुप्रयोग,ऊर्जा सामग्री और उपकरण(2024)।डीओआई: 10.26599/ईएमडी.2023.9370017

द्वारा उपलब्ध कराया गयासिंघुआ यूनिवर्सिटी प्रेस