पृष्ठभूमि:
चीनी विज्ञान अकादमी के किंगदाओ इंस्टीट्यूट ऑफ बायोएनर्जी एंड बायोप्रोसेस टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है, जिससे विस्तारित बैटरी लाइफ वाले छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का सपना साकार हो सकता है। यह प्रगति 31 जुलाई को अंतर्राष्ट्रीय अकादमिक जर्नल नेचर एनर्जी में प्रकाशित हुई थी।
मोबाइल फोन, कंप्यूटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरी मुख्य रूप से तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से ऊर्जा संग्रहीत और जारी करती हैं। वैज्ञानिक अब एक नए प्रकार की बैटरी की खोज कर रहे हैं—ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी। ये तरल पदार्थों के बजाय ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं, जिससे वे काफी सुरक्षित हो जाते हैं।
हालांकि ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी आदर्श लगती हैं, लेकिन उनके विकास में चुनौतियाँ हैं। मुख्य रूप से, बैटरी के कैथोड के भीतर सामग्रियों के अलग-अलग रासायनिक और भौतिक गुण सही संगतता को मुश्किल बनाते हैं, जिससे कई इंटरफ़ेस मुद्दे आते हैं जो ऊर्जा घनत्व और जीवनकाल से समझौता करते हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, शोध टीम ने एक नई सामग्री विकसित की: एक सजातीय कैथोड सामग्री (लिथियम टाइटेनियम जर्मेनियम फॉस्फोसेलेनाइड)।
पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में, यह यौगिक कई लाभ प्रदान करता है, जिनमें उच्च विद्युत चालकता, उच्च ऊर्जा घनत्व और विस्तारित सेवा जीवन शामिल हैं:
उच्च विद्युत चालकता:यह नई सामग्री उच्च आयनिक और इलेक्ट्रॉनिक चालकता दोनों प्रदर्शित करती है, जो पारंपरिक बैटरी सामग्री (लेयर्ड ऑक्साइड कैथोड) से 1000 गुना से अधिक है। यह प्रवाहकीय एडिटिव्स पर निर्भर हुए बिना सुचारू चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं को सक्षम बनाता है, जिससे समग्र बैटरी प्रदर्शन में काफी वृद्धि होती है।
उच्च डिस्चार्ज क्षमता:नई सामग्री 250 एमएएच प्रति ग्राम की उच्च डिस्चार्ज क्षमता प्रदर्शित करती है, जो वर्तमान में उपयोग की जाने वाली उच्च-निकल कैथोड सामग्री से अधिक है। समान वजन या आयतन पर, इस सामग्री को शामिल करने वाली बैटरी अधिक विद्युत ऊर्जा संग्रहीत कर सकती हैं। यह न केवल बार-बार रिचार्जिंग के बिना लंबे समय तक निरंतर संचालन को सक्षम बनाता है, जिससे सहनशक्ति बढ़ती है, बल्कि बैटरी के आकार को भी कम करता है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट उपकरणों का डिज़ाइन सुगम होता है।
कम आयतन परिवर्तन:चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्रों के दौरान, नई सामग्री केवल 1.2% का आयतन परिवर्तन प्रदर्शित करती है, जो पारंपरिक लेयर्ड ऑक्साइड कैथोड सामग्री में देखे गए 50% से काफी कम है। यह न्यूनतम आयतन परिवर्तन संरचनात्मक स्थिरता बनाए रखने में मदद करता है, जिससे बैटरी का परिचालन जीवनकाल बढ़ता है।
उच्च ऊर्जा घनत्व:इस नई सामग्री का उपयोग करने वाली ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी 390 Wh/kg का ऊर्जा घनत्व प्राप्त करती है, जो पहले रिपोर्ट की गई लंबी-चक्र वाली ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी की तुलना में 1.3 गुना वृद्धि का प्रतिनिधित्व करती है।
विस्तारित सेवा जीवन:इस सामग्री का उपयोग करने वाली ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी 10,000 से अधिक चक्र प्राप्त करती हैं। 5,000 चार्ज चक्रों के बाद, बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता का 80% बरकरार रखती है, जो विस्तारित अवधि के लिए पर्याप्त शक्ति प्रदान करती है।
यह शोध उच्च-ऊर्जा-घनत्व, लंबी-जीवन ऊर्जा भंडारण उपकरणों के विकास के लिए महत्वपूर्ण तकनीकी सहायता प्रदान करता है, जो नई ऊर्जा वाहनों, ऊर्जा भंडारण ग्रिड और गहरे समुद्र/अंतरिक्ष उपकरणों के लिए सुरक्षित और टिकाऊ बिजली स्रोत प्रदान करता है। यह नए ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ रखता है।