चीनी शोधकर्ताओं ने टिकाऊ और पर्यावरण के अनुकूल जलीय बैटरी बनाई

केंद्र में एक उदासीन इलेक्ट्रोलाइट

इस डिज़ाइन का आधार मैग्नीशियम और कैल्शियम लवणों से निर्मित पीएच-न्यूट्रल इलेक्ट्रोलाइट है। यह मानक जलीय बैटरी रसायन विज्ञान से अलग है, जो अक्सर अत्यधिक अम्लीय या क्षारीय विलयनों पर निर्भर करता है। ये विलयन इलेक्ट्रोड को संक्षारित करते हैं और समय के साथ नष्ट हो जाते हैं। न्यूट्रल दृष्टिकोण इन दोनों समस्याओं से बचाता है। इलेक्ट्रोलाइट का पीएच मान 7 है, जो स्वच्छ जल के पीएच के लगभग बराबर है।

सही इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ उस इलेक्ट्रोलाइट का संयोजन करना ही मुख्य चुनौती थी। टीम ने मैग्नीशियम और कैल्शियम आयनों को धारण करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक सहसंयोजक कार्बनिक बहुलक इलेक्ट्रोड विकसित किया। यह बहुलक एक कठोर, मधुकोश जैसी आणविक संरचना का उपयोग करता है। यह संरचना सक्रिय यौगिक को जल-आधारित रसायन में अपघटन से बचाती है। परीक्षण में, सेल ने 112.8 मिलीएम्प-घंटे प्रति ग्राम की विशिष्ट क्षमता प्रदान की।

दीर्घायु होने के दावे और उनका अर्थ

शोधकर्ताओं का तर्क है कि दैनिक चक्रण दर पर, बैटरी का परिचालन जीवनकाल सदियों तक बढ़ सकता है। लाइव साइंस ने इस दावे को 24वीं सदी तक चलने वाला बताया है। इस आंकड़े को समझने के लिए संदर्भ आवश्यक है। प्रयोगशाला में किए गए चक्रण गणनाएँ हमेशा वास्तविक परिस्थितियों के अनुरूप नहीं होतीं। तापमान में बदलाव, भार में उतार-चढ़ाव और क्षेत्र में स्थापित उपकरणों पर पड़ने वाला भौतिक तनाव, ये सभी कारक ऐसे कारक उत्पन्न करते हैं जिन्हें प्रयोगशाला परीक्षण पूरी तरह से दोहरा नहीं पाते।

120,000 चक्रों का आंकड़ा अपने आप में एक उल्लेखनीय उपलब्धि है। अधिकांश व्यावसायिक लिथियम-आयन बैटरियां 2,000 से 4,000 चक्रों के बाद काफी हद तक खराब हो जाती हैं। यहां तक ​​कि ग्रिड-केंद्रित लिथियम आयरन फॉस्फेट सेल भी आमतौर पर क्षमता में उल्लेखनीय कमी आने से पहले 3,000 से 6,000 चक्रों की सीमा में काम करते हैं। इन आंकड़ों और 120,000 के बीच का अंतर काफी बड़ा है। इस परिणाम का स्वतंत्र सत्यापन अभी तक प्रकाशित नहीं हुआ है।

निपटान संबंधी दावे पर भी ध्यान देने की आवश्यकता है। लेखकों ने इलेक्ट्रोलाइट रसायन को सीधे पर्यावरण में फेंकने के लिए पर्याप्त सुरक्षित बताया है। यह एक बड़ा दावा है। ब्रिटेन, अमेरिका और यूरोपीय संघ के नियामक ढांचे बैटरी निपटान के लिए सख्त मानक निर्धारित करते हैं। व्यवहार में यह रसायन उन मानकों को पूरा करता है या नहीं, इसके लिए स्वतंत्र पर्यावरणीय परीक्षण की आवश्यकता होगी।

जहां जलीय बैटरियों को कठिनाइयों का सामना करना पड़ा है

ग्रिड स्टोरेज डेवलपर्स की ओर से जलीय बैटरियों में लगातार रुचि दिखाई दे रही है। इनमें आग लगने का खतरा नहीं होता। लिथियम-आयन सिस्टम की तुलना में इनका निर्माण सस्ता हो सकता है। जल-आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स व्यापक रूप से उपलब्ध हैं और इन्हें संभालना आसान है।

हालांकि, इसके कुछ नुकसान भी हैं। जलीय प्रणालियों में ऊर्जा घनत्व लिथियम-आयन विकल्पों की तुलना में कम होता है। इलेक्ट्रोड के क्षरण के कारण कई डिज़ाइनों में सेवा जीवन कम हो गया है। एनर्जी स्टोरेज मैटेरियल्स में प्रकाशित समीक्षा साहित्य ने इन सीमाओं का विस्तार से वर्णन किया है। ग्रिड स्टोरेज की बढ़ती मांग के बावजूद, इन सीमाओं ने व्यावसायिक उपयोग को सीमित कर दिया है।

नया डिज़ाइन इन कमियों को दूर करने का प्रयास करता है। तटस्थ इलेक्ट्रोलाइट सीधे जंग को रोकता है। पॉलिमर इलेक्ट्रोड क्षरण को रोकता है। क्या यह संयोजन बड़े पैमाने पर, विभिन्न तापमानों पर और वास्तविक ग्रिड वातावरण में कारगर साबित होगा, यह एक ऐसा प्रश्न है जिसका उत्तर प्रकाशित शोध पत्र में अभी तक नहीं दिया गया है।

ग्रिड स्टोरेज की मांग और व्यापक संदर्भ

स्वच्छ ऊर्जा नियोजन में ग्रिड-स्तरीय बैटरी भंडारण एक प्राथमिकता बन गया है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी ने नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण में भंडारण क्षमता को एक बड़ी बाधा के रूप में बार-बार उजागर किया है। पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन अनियमित होता है। भंडारण इस अनियमितता को कम करता है। वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरी का ही उपयोग हो रहा है, लेकिन आपूर्ति श्रृंखला संबंधी चिंताओं, कच्चे माल की लागत और आग के जोखिम के कारण वैकल्पिक प्रणालियों में रुचि बनी हुई है।

जलीय प्रणालियाँ, प्रवाह बैटरियाँ और संपीड़ित वायु भंडारण, इन सभी ने निवेश और अनुसंधान के क्षेत्र में ध्यान आकर्षित किया है। इनमें से प्रत्येक की लागत और प्रदर्शन संबंधी विशेषताएँ भिन्न-भिन्न हैं। एक ऐसी बैटरी जो कम पर्यावरणीय जोखिम के साथ बहुत लंबी चक्र अवधि प्रदान करती है, इस क्षेत्र की दो सबसे लगातार व्यावसायिक चिंताओं का समाधान करेगी।

चीनी टीम का काम अभी प्रारंभिक चरण में है। नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशन से पता चलता है कि कार्यप्रणाली विशेषज्ञों की जांच में खरी उतरी है। हालांकि, इससे व्यावसायिक उपयोग के लिए इसकी तैयारी की पुष्टि नहीं होती।

अगला क्या हे

अगला परीक्षण बड़े पैमाने पर उत्पादन करना है। प्रयोगशाला सेल और ग्रिड-स्तरीय इंस्टॉलेशन की इंजीनियरिंग जटिलता में बहुत अंतर होता है। कोवेलेंट ऑर्गेनिक पॉलीमर इलेक्ट्रोड का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना होगा। वर्तमान शोध पत्र के आधार पर बड़े पैमाने पर उत्पादन में प्रति किलोवाट-घंटे की लागत का अनुमान नहीं लगाया जा सकता है।

शोधकर्ताओं ने अभी तक किसी व्यावसायिक साझेदार या पायलट परियोजना की घोषणा नहीं की है। प्रकाशित सामग्री में इसके कार्यान्वयन की कोई समयसीमा नहीं दी गई है। परिणाम देखने लायक तो हैं, लेकिन इन्हें हल हो चुकी समस्या मान लेना अभी जल्दबाजी होगी।