समय के साथ बैटरियां अपनी क्षमता खो देती हैं, यही कारण है कि पुराने सेलफोन की शक्ति जल्दी ख़त्म हो जाती है।हालाँकि, यह सामान्य घटना पूरी तरह से समझ में नहीं आती है।

अब, कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय के एक इंजीनियर के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने इस तरह की बैटरी गिरावट के पीछे अंतर्निहित तंत्र का खुलासा किया है।उनकी खोज से वैज्ञानिकों को बेहतर बैटरी विकसित करने में मदद मिल सकती है, जो संभव होगीइलेक्ट्रिक वाहनदूर तक चलने और लंबे समय तक चलने के लिए, साथ ही ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों को भी आगे बढ़ाना जो स्वच्छ ऊर्जा में संक्रमण को गति देगा।

निष्कर्ष थेप्रकाशितजर्नल में 12 सितंबरविज्ञान.

पेपर के संबंधित लेखक और केमिकल और बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर माइकल टोनी ने कहा, "हम लिथियम-आयन बैटरियों के क्षरण में शामिल आणविक स्तर की प्रक्रियाओं का पता लगाकर उन्हें आगे बढ़ाने में मदद कर रहे हैं।""हमारे ऊर्जा बुनियादी ढांचे को जीवाश्म ईंधन से दूर स्थानांतरित करने के लिए बेहतर बैटरी का होना बहुत महत्वपूर्ण हैपुनःप्राप्य उर्जा स्रोत।"

इंजीनियर कोबाल्ट के बिना लिथियम-आयन बैटरी - सबसे सामान्य प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी - को डिजाइन करने पर वर्षों से काम कर रहे हैं।कोबाल्ट एक महंगा दुर्लभ खनिज है, और इसकी खनन प्रक्रिया गंभीर पर्यावरण और मानवाधिकार संबंधी चिंताओं से जुड़ी हुई है।कांगो लोकतांत्रिक गणराज्य में, जो दुनिया के आधे से अधिक कोबाल्ट की आपूर्ति करता है, कई खनिक बच्चे हैं।

अब तक, वैज्ञानिकों ने कोबाल्ट के स्थान पर निकल और मैग्नीशियम जैसे अन्य तत्वों का उपयोग करने का प्रयास किया हैलिथियम आयन बैटरी.लेकिन इन बैटरियों में स्व-निर्वहन की दर और भी अधिक होती है, जो तब होता है जब बैटरी की आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं संग्रहीत ऊर्जा को कम कर देती हैं और समय के साथ इसकी क्षमता को कम कर देती हैं।स्व-निर्वहन के कारण, अधिकांश ईवी बैटरियों को बदलने की आवश्यकता से पहले उनका जीवनकाल सात से 10 वर्ष होता है।

टोनी, जो रिन्यूएबल एंड सस्टेनेबल एनर्जी इंस्टीट्यूट के फेलो भी हैं, और उनकी टीम स्व-निर्वहन के कारण की जांच करने के लिए निकली।एक विशिष्ट लिथियम-आयन बैटरी में, लिथियम आयन, जो आवेश ले जाते हैं, बैटरी के एक तरफ से, जिसे एनोड कहा जाता है, इलेक्ट्रोलाइट नामक माध्यम से दूसरी तरफ, जिसे कैथोड कहा जाता है, चलते हैं।

इस प्रक्रिया के दौरान, इन आवेशित आयनों का प्रवाह एक बनता हैविद्युत धाराजो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति प्रदान करता है।बैटरी को चार्ज करने से आवेशित आयनों का प्रवाह उलट जाता है और वे एनोड पर वापस आ जाते हैं।

पहले, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि बैटरी स्व-निर्वहन करती है क्योंकि चार्ज करने पर सभी लिथियम आयन एनोड में वापस नहीं आते हैं, जिससे करंट बनाने और बिजली प्रदान करने के लिए उपलब्ध चार्ज आयनों की संख्या कम हो जाती है।

इलिनोइस में अमेरिकी ऊर्जा विभाग की आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी में एक शक्तिशाली एक्स-रे मशीन, एडवांस्ड फोटॉन सोर्स का उपयोग करते हुए, शोध टीम ने पाया कि बैटरी के इलेक्ट्रोलाइट से हाइड्रोजन अणु कैथोड में चले जाएंगे और उन स्थानों को ले लेंगे जहां लिथियम आयन सामान्य रूप से बंधे होते हैं।को।परिणामस्वरूप, लिथियम आयनों के पास कैथोड पर बंधने के लिए कम स्थान होते हैं, जिससे विद्युत प्रवाह कमजोर हो जाता है और बैटरी की क्षमता कम हो जाती है।

परिवहन अमेरिका में उत्पन्न ग्रीनहाउस गैसों का सबसे बड़ा स्रोत है, जो 2021 में देश के उत्सर्जन का 28% हिस्सा है। उत्सर्जन को कम करने के प्रयास में, कई वाहन निर्माताओं ने गैसोलीन कारों को विकसित करने से हटकर अधिक ईवी का उत्पादन करने के लिए प्रतिबद्ध किया है।

लेकिन ईवी निर्माताओं को कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जिसमें सीमित ड्राइविंग रेंज, उच्च उत्पादन लागत और पारंपरिक वाहनों की तुलना में कम बैटरी जीवन काल शामिल है।अमेरिकी बाजार में, एक सामान्य पूर्ण-इलेक्ट्रिक कार एक बार चार्ज करने पर लगभग 250 मील चल सकती है, जो एक गैसोलीन कार की तुलना में लगभग 60% है।टोनी ने कहा, नए अध्ययन में इन सभी मुद्दों का समाधान करने की क्षमता है।

"सभी उपभोक्ता बड़ी ड्राइविंग रेंज वाली कारें चाहते हैं। इनमें से कुछ कम कोबाल्ट युक्त बैटरियां संभावित रूप से अधिक ड्राइविंग रेंज प्रदान कर सकती हैं।"चालन सीमा, लेकिन हमें यह भी सुनिश्चित करने की ज़रूरत है कि वे थोड़े समय में अलग न हो जाएँ,'' उन्होंने कहा, यह देखते हुए कि कोबाल्ट को कम करने से लागत भी कम हो सकती है और मानवाधिकार और ऊर्जा न्याय संबंधी चिंताओं का समाधान हो सकता है।स्व-निर्वहन तंत्र की बेहतर समझ के साथ, इंजीनियर इस प्रक्रिया को रोकने के लिए कुछ तरीकों का पता लगा सकते हैं, जैसे हाइड्रोजन अणुओं को अवरुद्ध करने के लिए कैथोड को एक विशेष सामग्री के साथ कोटिंग करना या एक अलग इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करना।

टोनी ने कहा, "अब जब हम समझ गए हैं कि बैटरियों के ख़राब होने का कारण क्या है, तो हम बैटरी रसायन विज्ञान समुदाय को सूचित कर सकते हैं कि बैटरियों को डिज़ाइन करते समय क्या सुधार करने की आवश्यकता है।"

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