जबकि लिथियम-आयन बैटरी स्मार्टफोन और लैपटॉप से लेकर इलेक्ट्रिक कारों तक हर चीज के लिए पसंदीदा तकनीक रही है, भविष्य के बारे में चिंताएं बढ़ रही हैं क्योंकि लिथियम अपेक्षाकृत दुर्लभ, महंगा और स्रोत के लिए कठिन है, और जल्द ही भूराजनीतिक के कारण जोखिम में पड़ सकता है। विचार. दुनिया भर के वैज्ञानिक व्यवहार्य विकल्प बनाने के लिए काम कर रहे हैं।
ह्यूस्टन विश्वविद्यालय में कैनेपा अनुसंधान प्रयोगशाला सहित अंतःविषय शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने सोडियम-आयन बैटरियों के लिए एक नई प्रकार की सामग्री विकसित की है जो उन्हें अधिक कुशल बना सकती है और उनके ऊर्जा प्रदर्शन को बढ़ावा दे सकती है – जो अधिक टिकाऊ होने का मार्ग प्रशस्त करती है। और किफायती ऊर्जा भविष्य।
नई सामग्री, सोडियम वैनेडियम फॉस्फेट, रासायनिक सूत्र Na के साथएक्सवी2(पीओ4)3ऊर्जा घनत्व – प्रति किलोग्राम संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा – को 15% से अधिक बढ़ाकर सोडियम-आयन बैटरी के प्रदर्शन में सुधार करता है। पुरानी सोडियम-आयन बैटरियों में 396 Wh/kg की तुलना में 458 वॉट-घंटे प्रति किलोग्राम (Wh/kg) की उच्च ऊर्जा घनत्व के साथ, यह सामग्री सोडियम तकनीक को लिथियम-आयन बैटरियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने के करीब लाती है।
“सोडियम लिथियम की तुलना में लगभग 50 गुना सस्ता है और इसे समुद्री जल से भी प्राप्त किया जा सकता है, जो इसे बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए अधिक टिकाऊ विकल्प बनाता है,” यूएच में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के रॉबर्ट वेल्च सहायक प्रोफेसर और प्रमुख शोधकर्ता पिएरेमैनुएल कैनेपा ने कहा। कैनेपा लैब का. “सोडियम-आयन बैटरियां सस्ती और उत्पादन में आसान हो सकती हैं, जिससे लिथियम पर निर्भरता कम करने और बैटरी तकनीक को दुनिया भर में अधिक सुलभ बनाने में मदद मिलेगी।”
सिद्धांत से वास्तविकता तक
कैनेपा लैब, जो स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियों को आगे बढ़ाने में मदद करने के लिए नई सामग्रियों और अणुओं की खोज के लिए सैद्धांतिक विशेषज्ञता और कम्प्यूटेशनल तरीकों का उपयोग करती है, ने लेबोरेटोएरे डी रिएक्टिविटे एट डी चिमी डेस सॉलिड्स के फ्रांसीसी शोधकर्ताओं क्रिश्चियन मैस्केलियर और लॉरेंस क्रोगुएनेक के नेतृत्व वाले अनुसंधान समूहों के साथ सहयोग किया, जो सीएनआरएस प्रयोगशाला अमीन्स फ्रांस में यूनिवर्सिटी डी पिकार्डी जूल्स वर्ने और इंस्टीट्यूट डी चिमी डे ला का हिस्सा है। परियोजना पर प्रायोगिक कार्य के लिए मैटिएर कंडेंसी डी बोर्डो, यूनिवर्सिटी डी बोर्डो, बोर्डो, फ्रांस। इसने सैद्धांतिक मॉडलिंग को प्रायोगिक सत्यापन से गुजरने की अनुमति दी।
शोधकर्ताओं ने नई सामग्री Na का उपयोग करके एक बैटरी प्रोटोटाइप बनायाएक्सवी2(पीओ4)3महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण सुधारों का प्रदर्शन। नाएक्सवी2(पीओ4)3“Na सुपरियोनिक कंडक्टर” या NaSICONs नामक समूह का हिस्सा, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान सोडियम आयनों को बैटरी के अंदर और बाहर आसानी से जाने देने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
मौजूदा सामग्रियों के विपरीत, इसमें सोडियम को संभालने का एक अनूठा तरीका है, जो इसे एकल-चरण प्रणाली के रूप में काम करने की अनुमति देता है। इसका मतलब यह है कि जब यह सोडियम आयन छोड़ता है या ग्रहण करता है तो यह स्थिर रहता है। यह NaSICON को चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान स्थिर रहने की अनुमति देता है, जबकि सोडियम धातु के मुकाबले 3.7 वोल्ट का निरंतर वोल्टेज प्रदान करता है, जो मौजूदा सामग्रियों में 3.37 वोल्ट से अधिक है।
हालांकि यह अंतर छोटा लग सकता है, यह बैटरी की ऊर्जा घनत्व या यह अपने वजन के लिए कितनी ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है, इसे काफी हद तक बढ़ा देता है। इसकी दक्षता की कुंजी वैनेडियम है, जो कई स्थिर अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है, जिससे यह अधिक ऊर्जा धारण करने और जारी करने की अनुमति देता है।
कैनेपा ने कहा, “निरंतर वोल्टेज परिवर्तन एक प्रमुख विशेषता है।” “इसका मतलब है कि बैटरी इलेक्ट्रोड स्थिरता से समझौता किए बिना अधिक कुशलता से काम कर सकती है। यह सोडियम-आयन तकनीक के लिए गेम-चेंजर है।”
सतत भविष्य की संभावनाएँ
इस कार्य के निहितार्थ सोडियम-आयन बैटरियों से भी आगे तक फैले हुए हैं। Na बनाने के लिए प्रयुक्त संश्लेषण विधिएक्सवी2(पीओ4)3 समान रसायन शास्त्र के साथ अन्य सामग्रियों पर लागू किया जा सकता है, जिससे उन्नत ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं। बदले में, यह अधिक किफायती, टिकाऊ बैटरियों से लेकर हमारे उपकरणों को शक्ति प्रदान करने तक सब कुछ प्रभावित कर सकता है, जिससे हमें स्वच्छ ऊर्जा अर्थव्यवस्था में परिवर्तन करने में मदद मिलेगी।
कैनेपा ने कहा, “हमारा लक्ष्य ऊर्जा भंडारण के लिए स्वच्छ, टिकाऊ समाधान ढूंढना है।” “यह सामग्री दर्शाती है कि सोडियम-आयन बैटरियां लागत प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल होने के साथ-साथ आधुनिक तकनीक की उच्च-ऊर्जा मांगों को पूरा कर सकती हैं।”
इस कार्य पर आधारित एक पेपर नेचर मटेरियल्स पत्रिका में प्रकाशित हुआ था। कैनेपा के पूर्व छात्र और अब नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में पोस्टडॉक्टरल फेलो ज़िलियांग वांग, और फ्रांसीसी शोधकर्ताओं के पूर्व छात्र और अब दक्षिण कोरिया में सैमसंग एसडीआई में स्टाफ इंजीनियर सनक्यू पार्क ने इस परियोजना पर अधिकांश काम किया।
