स्वीडन में चाल्मर्स यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी का एक शोध समूह अब तथाकथित द्रव्यमान रहित ऊर्जा भंडारण में एक विश्व-अग्रणी प्रगति पेश कर रहा है - एक संरचनात्मक बैटरी जो लैपटॉप के वजन को आधा कर सकती है, मोबाइल फोन को क्रेडिट कार्ड जितना पतला बना सकती है याएक बार चार्ज करने पर इलेक्ट्रिक कार की ड्राइविंग रेंज 70% तक बढ़ जाती है।
"हम इससे बनी बैटरी बनाने में सफल रहे हैंकार्बन फाइबरमिश्रित जो एल्युमीनियम जितना कठोर और ऊर्जा-सघन है जो व्यावसायिक रूप से उपयोग करने के लिए पर्याप्त है।बिल्कुल एक की तरहमानव कंकालचाल्मर्स की शोधकर्ता ऋचा चौधरी, जो हाल ही में एक लेख की पहली लेखिका हैं, कहती हैं, "बैटरी एक ही समय में कई कार्य करती है।"प्रकाशितमेंउन्नत सामग्री.
चाल्मर्स में संरचनात्मक बैटरियों पर अनुसंधान कई वर्षों से चल रहा है, और कुछ चरणों में स्टॉकहोम, स्वीडन में केटीएच रॉयल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं के साथ भी।जब प्रोफेसर लीफ़ एएसपी और सहकर्मी2018 में अपना पहला परिणाम प्रकाशित कियाइस बात पर कि कैसे कठोर, मजबूत कार्बन फाइबर विद्युत ऊर्जा को रासायनिक रूप से संग्रहित कर सकते हैं, इस प्रगति ने बड़े पैमाने पर ध्यान आकर्षित किया।
खबर है कि कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य कर सकता हैलिथियम आयन बैटरीव्यापक रूप से फैलाया गया और इस उपलब्धि को फिजिक्स वर्ल्ड द्वारा वर्ष की दस सबसे बड़ी सफलताओं में से एक के रूप में स्थान दिया गया।
कम वजन के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है
तब से, अनुसंधान समूह ने कठोरता और ऊर्जा घनत्व दोनों को बढ़ाने के लिए अपनी अवधारणा को और विकसित किया है।पिछला मील का पत्थर 2021 में पहुंचा थाजब बैटरी का ऊर्जा घनत्व 24 वाट-घंटे प्रति किलोग्राम (Wh/kg) था, जिसका मतलब तुलनीय लिथियम-आयन बैटरी की लगभग 20% क्षमता है।
अब यह 30 Wh/kg तक है।हालाँकि यह अभी भी आज की बैटरियों से कम है, परिस्थितियाँ काफी भिन्न हैं।जब बैटरी निर्माण का हिस्सा होती है और इसे हल्के पदार्थ से भी बनाया जा सकता है, तो वाहन का कुल वजन बहुत कम हो जाता है।उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक कार को चलाने के लिए उतनी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है।
"अगर हमें ऊर्जा पर बचत करनी है और भविष्य की पीढ़ियों के बारे में सोचना है तो हल्के और ऊर्जा-कुशल वाहनों में निवेश करना स्वाभाविक है। हमने इलेक्ट्रिक कारों पर गणना की है जो दिखाती है कि वे आज की तुलना में 70% अधिक समय तक चल सकती हैं।इसमें प्रतिस्पर्धी संरचनात्मक बैटरियां थीं,'' अनुसंधान नेता लीफ़ एस्प कहते हैं, जो चाल्मर्स में औद्योगिक और सामग्री विज्ञान विभाग में प्रोफेसर हैं।
जब वाहनों की बात आती है, तो निश्चित रूप से, सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत डिजाइन की उच्च मांग होती है।वहां, अनुसंधान टीम की संरचनात्मक बैटरी सेल ने अपनी कठोरता, या अधिक विशेष रूप से, लोचदार मापांक, जिसे गीगापास्कल (जीपीए) में मापा जाता है, 25 से 70 तक बढ़ा दिया है। इसका मतलब है कि सामग्री एल्यूमीनियम के साथ-साथ भार भी ले जा सकती है।लेकिन कम वजन के साथ.
2007 से संरचनात्मक बैटरियों पर शोध कर रहे लीफ एस्प कहते हैं, "बहुक्रियाशील गुणों के मामले में, नई बैटरी अपने पूर्ववर्ती की तुलना में दोगुनी अच्छी है - और वास्तव में दुनिया में अब तक बनी सबसे अच्छी बैटरी है।"
व्यावसायीकरण की दिशा में कई कदम
शुरू से ही, लक्ष्य ऐसा प्रदर्शन हासिल करना था जिससे प्रौद्योगिकी का व्यावसायीकरण संभव हो सके।इस तथ्य के समानांतर कि अनुसंधान अब भी जारी है, स्वीडन के बोरास में स्थित नई शुरू की गई चाल्मर्स वेंचर कंपनी सिनोनस एबी के माध्यम से बाजार से लिंक को मजबूत किया गया है।
हालाँकि, अभी भी बहुत सारे इंजीनियरिंग कार्य किए जाने बाकी हैं, इससे पहले कि बैटरी सेल छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला निर्माण से लेकर हमारे प्रौद्योगिकी गैजेट्स या वाहनों के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादित होने की ओर कदम बढ़ाए।
"कोई इसकी कल्पना कर सकता हैक्रेडिट कार्ड-पतले मोबाइल फोन या लैपटॉप जिनका वजन आज के मुकाबले आधा है, वे समय के मामले में सबसे करीब हैं।यह भी हो सकता है कि कारों या विमानों में इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे घटक संरचनात्मक बैटरी द्वारा संचालित हों।परिवहन उद्योग की चुनौतीपूर्ण ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने के लिए बड़े निवेश की आवश्यकता होगी, लेकिन यह वह जगह भी है जहां प्रौद्योगिकी सबसे अधिक अंतर ला सकती है,'' लीफ एस्प कहते हैं, जिन्होंने ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस उद्योगों से काफी रुचि देखी है।
अनुसंधान और संरचनात्मक बैटरियों के बारे में अधिक जानकारी
संरचनात्मक बैटरियां ऐसी सामग्रियां हैं जो ऊर्जा भंडारण के अलावा भार भी उठा सकती हैं।इस तरह, बैटरी सामग्री किसी उत्पाद की वास्तविक निर्माण सामग्री का हिस्सा बन सकती है, जिसका अर्थ है कि उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक कारों, ड्रोन, हैंडहेल्ड टूल्स, लैपटॉप और मोबाइल फोन पर बहुत कम वजन प्राप्त किया जा सकता है।
इस क्षेत्र में नवीनतम प्रगति "मल्टीफ़ंक्शनल कार्बन फाइबर स्ट्रक्चरल बैटरी का अनावरण" लेख में प्रकाशित की गई है, और लेखक चाल्मर्स यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी में ऋचा चौधरी, जोहाना जू, झेनयुआन ज़िया और लीफ़ एस्प हैं।
विकसित बैटरी अवधारणा एक मिश्रित सामग्री पर आधारित है और इसमें सकारात्मक और नकारात्मक दोनों इलेक्ट्रोड के रूप में कार्बन फाइबर है - जहां सकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम आयरन फॉस्फेट के साथ लेपित है।जब पिछली बैटरी अवधारणा प्रस्तुत की गई थी, तो सकारात्मक इलेक्ट्रोड का कोर एल्यूमीनियम पन्नी से बना था।
इलेक्ट्रोड सामग्री में प्रयुक्त कार्बन फाइबर बहुक्रियाशील है।एनोड में यह एक सुदृढीकरण के साथ-साथ एक विद्युत संग्राहक और सक्रिय सामग्री के रूप में कार्य करता है।कैथोड में यह एक सुदृढीकरण, वर्तमान संग्राहक और लिथियम के निर्माण के लिए एक मचान के रूप में कार्य करता है।
चूंकि कार्बन फाइबर इलेक्ट्रॉन करंट का संचालन करता है, इसलिए तांबे या एल्यूमीनियम (उदाहरण के लिए) से बने करंट कलेक्टरों की आवश्यकता कम हो जाती है, जिससे कुल वजन और भी कम हो जाता है।न ही चुने गए इलेक्ट्रोड डिज़ाइन में कोबाल्ट या मैंगनीज जैसी किसी तथाकथित संघर्ष धातु की आवश्यकता होती है।
बैटरी में, लिथियम आयनों को तरल के बजाय अर्ध-ठोस इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से बैटरी टर्मिनलों के बीच ले जाया जाता है, जिसे प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण होता है।उच्च शक्तिऔर इसके लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है.साथ ही, डिज़ाइन आग के जोखिम को कम करके, बैटरी सेल में सुरक्षा बढ़ाने में योगदान देता है।
अधिक जानकारी:ऋचा चौधरी एवं अन्य ने मल्टीफंक्शनल कार्बन फाइबर स्ट्रक्चरल बैटरी का अनावरण किया।उन्नत सामग्री(2024)।डीओआई: 10.1002/adma.202409725
उद्धरण:कार्बन फाइबर संरचनात्मक बैटरी बैटरी हल्के, ऊर्जा-कुशल वाहनों के लिए मार्ग प्रशस्त करती है (2024, 10 सितंबर)10 सितंबर 2024 को पुनः प्राप्तhttps://techxplore.com/news/2024-09-Carbon-fiber-battery-paves-energy.html से
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