બેટરી ટેકનોલોજીનું ભવિષ્ય: સિલિકોન એનોડ, ગ્રેફીન, એલ્યુમિનિયમ-ઓક્સિજન બેટરી વગેરે.

સંપાદકની નોંધ: ઇલેક્ટ્રિક ટેક્નોલોજી એ ગ્રીન અર્થનું ભવિષ્ય છે, અને બેટરી ટેકનોલોજી એ ઇલેક્ટ્રિક ટેક્નોલોજીનો પાયો છે અને ઇલેક્ટ્રિક ટેક્નોલોજીના મોટા પાયે વિકાસને પ્રતિબંધિત કરવાની ચાવી છે. વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહની બેટરી ટેકનોલોજી લિથિયમ-આયન બેટરી છે, જે સારી ઉર્જા ઘનતા અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. જો કે, લિથિયમ ઊંચી કિંમત અને મર્યાદિત સંસાધનો સાથે એક દુર્લભ તત્વ છે. તે જ સમયે, જેમ જેમ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ વધે છે, લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉર્જા ઘનતા હવે પૂરતી નથી. કેવી રીતે જવાબ આપવો? મયંક જૈને કેટલીક બેટરી ટેક્નોલોજીનો સ્ટોક લીધો છે જેનો ભવિષ્યમાં ઉપયોગ થઈ શકે છે. મૂળ લેખ શીર્ષક સાથે માધ્યમ પર પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો: બેટરી ટેકનોલોજીનું ભવિષ્ય

પૃથ્વી ઉર્જાથી ભરેલી છે, અને તે ઉર્જા મેળવવા અને તેનો સારો ઉપયોગ કરવા માટે અમે બનતું બધું કરી રહ્યા છીએ. જો કે અમે પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જાના સંક્રમણમાં વધુ સારું કામ કર્યું છે, તેમ છતાં અમે ઉર્જાના સંગ્રહમાં વધુ પ્રગતિ કરી નથી.
હાલમાં, બેટરી ટેકનોલોજીનું સર્વોચ્ચ ધોરણ લિથિયમ-આયન બેટરી છે. આ બેટરી શ્રેષ્ઠ ઉર્જા ઘનતા, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા (લગભગ 99%) અને લાંબુ આયુષ્ય ધરાવે છે તેવું લાગે છે.
તો શું ખોટું છે? જેમ જેમ આપણે કેપ્ચર કરીએ છીએ તે નવીનીકરણીય ઉર્જા વધતી જાય છે, લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉર્જા ઘનતા હવે પૂરતી નથી.
અમે બૅચેસમાં બૅટરીનું ઉત્પાદન કરવાનું ચાલુ રાખી શકીએ છીએ, તેથી આ કોઈ મોટી વાત નથી લાગતી, પરંતુ સમસ્યા એ છે કે લિથિયમ પ્રમાણમાં દુર્લભ ધાતુ છે, તેથી તેની કિંમત ઓછી નથી. જોકે બેટરી ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટી રહ્યો છે, પરંતુ ઊર્જા સંગ્રહની જરૂરિયાત પણ ઝડપથી વધી રહી છે.
અમે એવા તબક્કે પહોંચી ગયા છીએ જ્યાં એકવાર લિથિયમ આયન બેટરીનું ઉત્પાદન થઈ જાય, તો તેની ઊર્જા ઉદ્યોગ પર ભારે અસર પડશે.
અશ્મિભૂત ઇંધણની ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા એ હકીકત છે અને આ એક વિશાળ પ્રભાવક પરિબળ છે જે નવીનીકરણીય ઉર્જા પર સંપૂર્ણ નિર્ભરતામાં સંક્રમણને અવરોધે છે. આપણને એવી બેટરીની જરૂર છે જે આપણા વજન કરતાં વધુ ઉર્જા ઉત્સર્જન કરે છે.
લિથિયમ-આયન બેટરી કેવી રીતે કામ કરે છે
લિથિયમ બેટરીની કામ કરવાની પદ્ધતિ સામાન્ય AA અથવા AAA કેમિકલ બેટરી જેવી જ છે. તેમની પાસે એનોડ અને કેથોડ ટર્મિનલ અને વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ છે. સામાન્ય બેટરીથી વિપરીત, લિથિયમ-આયન બેટરીમાં ડિસ્ચાર્જ પ્રતિક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવું છે, તેથી બેટરીને વારંવાર રિચાર્જ કરી શકાય છે.

કેથોડ (+ ટર્મિનલ) લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટથી બનેલું છે, એનોડ (-ટર્મિનલ) ગ્રેફાઇટથી બનેલું છે અને ગ્રેફાઇટ કાર્બનથી બનેલું છે. વીજળી એ માત્ર ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ છે. આ બેટરી એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે લિથિયમ આયનોને ખસેડીને વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે.
જ્યારે ચાર્જ થાય છે, ત્યારે આયનો એનોડ તરફ જાય છે, અને જ્યારે વિસર્જિત થાય છે, ત્યારે આયનો કેથોડ તરફ જાય છે.
આયનોની આ હિલચાલ સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલનું કારણ બને છે, તેથી લિથિયમ આયન ચળવળ અને ઇલેક્ટ્રોન ચળવળ સંબંધિત છે.
સિલિકોન એનોડ બેટરી
BMW જેવી ઘણી મોટી કાર કંપનીઓ સિલિકોન એનોડ બેટરીના વિકાસમાં રોકાણ કરી રહી છે. સામાન્ય લિથિયમ-આયન બેટરીની જેમ, આ બેટરીઓ લિથિયમ એનોડનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ કાર્બન-આધારિત એનોડ્સને બદલે, તેઓ સિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે.
એનોડ તરીકે, સિલિકોન ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારું છે કારણ કે તેને લિથિયમને પકડી રાખવા માટે 4 કાર્બન પરમાણુની જરૂર પડે છે, અને 1 સિલિકોન અણુ 4 લિથિયમ આયનોને પકડી શકે છે. આ એક મોટું અપગ્રેડ છે ... સિલિકોનને ગ્રેફાઇટ કરતાં 3 ગણું મજબૂત બનાવે છે.

તેમ છતાં, લિથિયમનો ઉપયોગ હજુ પણ બેધારી તલવાર છે. આ સામગ્રી હજુ પણ મોંઘી છે, પરંતુ ઉત્પાદન સુવિધાઓને સિલિકોન કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કરવાનું પણ સરળ છે. જો બેટરીઓ સંપૂર્ણપણે અલગ હોય, તો ફેક્ટરીને સંપૂર્ણપણે ફરીથી ડિઝાઇન કરવી પડશે, જેના કારણે સ્વિચિંગનું આકર્ષણ થોડું ઓછું થશે.
સિલિકોન એનોડ શુદ્ધ સિલિકોન ઉત્પન્ન કરવા માટે રેતીની સારવાર દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, પરંતુ હાલમાં સંશોધકો જે સૌથી મોટી સમસ્યાનો સામનો કરે છે તે એ છે કે જ્યારે ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે સિલિકોન એનોડ ફૂલી જાય છે. આનાથી બેટરી ખૂબ ઝડપથી બગડી શકે છે. મોટા પ્રમાણમાં એનોડનું ઉત્પાદન કરવું પણ મુશ્કેલ છે.

ગ્રાફીન બેટરી
ગ્રાફીન એ કાર્બન ફ્લેકનો એક પ્રકાર છે જે પેન્સિલની જેમ સમાન સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ તે ફ્લેક્સ સાથે ગ્રેફાઇટ જોડવામાં ઘણો સમય લે છે. ઘણા ઉપયોગના કેસોમાં ગ્રેફીન તેના ઉત્તમ પ્રદર્શન માટે વખાણવામાં આવે છે, અને બેટરી તેમાંથી એક છે.

કેટલીક કંપનીઓ ગ્રાફીન બેટરી પર કામ કરી રહી છે જે મિનિટોમાં સંપૂર્ણ ચાર્જ થઈ શકે છે અને લિથિયમ-આયન બેટરી કરતાં 33 ગણી વધુ ઝડપથી ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે આ ખૂબ જ મૂલ્યવાન છે.
ફીણ બેટરી
હાલમાં, પરંપરાગત બેટરીઓ દ્વિ-પરિમાણીય છે. તે કાં તો લિથિયમ બેટરીની જેમ સ્ટૅક કરવામાં આવે છે અથવા સામાન્ય AA અથવા લિથિયમ-આયન બેટરીની જેમ રોલ અપ કરવામાં આવે છે.
ફોમ બેટરી એ એક નવો કોન્સેપ્ટ છે જેમાં 3D સ્પેસમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની હિલચાલ સામેલ છે.
આ 3-પરિમાણીય માળખું ચાર્જિંગ સમયને ઝડપી બનાવી શકે છે અને ઊર્જા ઘનતામાં વધારો કરી શકે છે, આ બેટરીના અત્યંત મહત્વપૂર્ણ ગુણો છે. મોટાભાગની અન્ય બેટરીઓની તુલનામાં, ફોમ બેટરીમાં કોઈ હાનિકારક પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ હોતા નથી.
ફોમ બેટરી પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને બદલે ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરે છે. આ ઈલેક્ટ્રોલાઈટ માત્ર લિથિયમ આયનો જ નહીં, પણ અન્ય ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને પણ ઇન્સ્યુલેટ કરે છે.

એનોડ કે જે બેટરીના નેગેટિવ ચાર્જને ધરાવે છે તે ફીણવાળા કોપરથી બનેલું છે અને જરૂરી સક્રિય સામગ્રી સાથે કોટેડ છે.
પછી એનોડની આસપાસ ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ લાગુ કરવામાં આવે છે.
છેલ્લે, બેટરીની અંદરના ગાબડાને ભરવા માટે કહેવાતા "પોઝિટિવ પેસ્ટ" નો ઉપયોગ થાય છે.
એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ બેટરી

આ બેટરીઓ કોઈપણ બેટરીની સૌથી મોટી ઉર્જા ઘનતા ધરાવે છે. તેની ઊર્જા વર્તમાન લિથિયમ-આયન બેટરી કરતાં વધુ શક્તિશાળી અને હળવી છે. કેટલાક લોકો દાવો કરે છે કે આ બેટરી 2,000 કિલોમીટર ઇલેક્ટ્રિક વાહનો પ્રદાન કરી શકે છે. આ ખ્યાલ શું છે? સંદર્ભ માટે, ટેસ્લાની મહત્તમ ક્રૂઝિંગ રેન્જ લગભગ 600 કિલોમીટર છે.
આ બેટરીઓની સમસ્યા એ છે કે તેને ચાર્જ કરી શકાતી નથી. તેઓ એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે અને પાણી આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં એલ્યુમિનિયમ અને ઓક્સિજનની પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઊર્જા મુક્ત કરે છે. બેટરીનો ઉપયોગ એનોડ તરીકે એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ કરે છે.
સોડિયમ બેટરી
હાલમાં, જાપાનના વૈજ્ઞાનિકો લિથિયમને બદલે સોડિયમનો ઉપયોગ કરતી બેટરી બનાવવા પર કામ કરી રહ્યા છે.
આ વિક્ષેપકારક હશે, કારણ કે સોડિયમ બેટરી સૈદ્ધાંતિક રીતે લિથિયમ બેટરી કરતાં 7 ગણી વધુ કાર્યક્ષમ છે. બીજો મોટો ફાયદો એ છે કે સોડિયમ એ લિથિયમની તુલનામાં પૃથ્વીના ભંડારમાં છઠ્ઠું સૌથી ધનિક તત્વ છે, જે એક દુર્લભ તત્વ છે.