ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി: സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ, ഗ്രാഫീൻ, അലുമിനിയം-ഓക്സിജൻ ബാറ്ററികൾ മുതലായവ.

എഡിറ്ററുടെ കുറിപ്പ്: ഇലക്‌ട്രിക് ടെക്‌നോളജി എന്നത് ഹരിത ഭൂമിയുടെ ഭാവിയാണ്, ബാറ്ററി ടെക്‌നോളജിയാണ് ഇലക്ട്രിക് ടെക്‌നോളജിയുടെ അടിത്തറയും വൈദ്യുത സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വലിയ തോതിലുള്ള വികസനം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള താക്കോലും. നിലവിലെ മുഖ്യധാരാ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളാണ്, അവയ്ക്ക് നല്ല ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന വിലയും പരിമിതമായ വിഭവങ്ങളും ഉള്ള ഒരു അപൂർവ മൂലകമാണ് ലിഥിയം. അതേ സമയം, പുനരുപയോഗ ഊർജ സ്രോതസ്സുകളുടെ ഉപയോഗം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത മതിയാകില്ല. എങ്ങനെ പ്രതികരിക്കും? ഭാവിയിൽ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ചില ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ സ്റ്റോക്ക് മായങ്ക് ജെയിൻ എടുത്തിട്ടുണ്ട്. ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി എന്ന തലക്കെട്ടോടെ യഥാർത്ഥ ലേഖനം മീഡിയത്തിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു

ഭൂമി മുഴുവൻ ഊർജ്ജം നിറഞ്ഞതാണ്, ആ ഊർജ്ജം പിടിച്ചെടുക്കാനും നന്നായി ഉപയോഗിക്കാനും ഞങ്ങൾ കഴിയുന്നതെല്ലാം ചെയ്യുന്നു. പുനരുപയോഗ ഊർജത്തിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തിൽ ഞങ്ങൾ മികച്ച പ്രവർത്തനം നടത്തിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും ഊർജം സംഭരിക്കുന്നതിൽ വലിയ പുരോഗതി കൈവരിച്ചിട്ടില്ല.
നിലവിൽ, ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന നിലവാരം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളാണ്. ഈ ബാറ്ററിക്ക് മികച്ച ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, ഉയർന്ന ദക്ഷത (ഏകദേശം 99%), ദീർഘായുസ്സ് എന്നിവ ഉണ്ടെന്ന് തോന്നുന്നു.
അപ്പോൾ എന്താണ് കുഴപ്പം? നാം പിടിച്ചെടുക്കുന്ന പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഇനി പര്യാപ്തമല്ല.
ബാച്ചുകളിൽ ബാറ്ററികൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത് തുടരാം എന്നതിനാൽ, ഇത് വലിയ കാര്യമല്ലെന്ന് തോന്നുന്നു, പക്ഷേ ലിഥിയം താരതമ്യേന അപൂർവമായ ലോഹമാണ്, അതിനാൽ അതിൻ്റെ വില കുറവല്ല എന്നതാണ് പ്രശ്നം. ബാറ്ററി ഉൽപ്പാദനച്ചെലവ് കുറയുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിൻ്റെ ആവശ്യകതയും അതിവേഗം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.
ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി നിർമ്മിച്ചു കഴിഞ്ഞാൽ അത് ഊർജ വ്യവസായത്തിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തും എന്ന നിലയിലേക്ക് നാം എത്തിയിരിക്കുന്നു.
ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഒരു വസ്തുതയാണ്, ഇത് പുനരുപയോഗ ഊർജത്തെ മൊത്തത്തിൽ ആശ്രയിക്കുന്നതിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു വലിയ സ്വാധീന ഘടകമാണ്. നമ്മുടെ ഭാരത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ബാറ്ററികൾ വേണം.
ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു
ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തന സംവിധാനം സാധാരണ AA അല്ലെങ്കിൽ AAA കെമിക്കൽ ബാറ്ററികൾക്ക് സമാനമാണ്. അവയ്ക്ക് ആനോഡും കാഥോഡ് ടെർമിനലുകളും അതിനിടയിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റും ഉണ്ട്. സാധാരണ ബാറ്ററികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഒരു ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയിലെ ഡിസ്ചാർജ് പ്രതികരണം റിവേഴ്സിബിൾ ആണ്, അതിനാൽ ബാറ്ററി ആവർത്തിച്ച് റീചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

കാഥോഡ് (+ ടെർമിനൽ) ലിഥിയം ഇരുമ്പ് ഫോസ്ഫേറ്റ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ആനോഡ് (-ടെർമിനൽ) ഗ്രാഫൈറ്റ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഗ്രാഫൈറ്റ് കാർബൺ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒഴുക്ക് മാത്രമാണ് വൈദ്യുതി. ആനോഡിനും കാഥോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകൾ ചലിപ്പിച്ചാണ് ഈ ബാറ്ററികൾ വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്.
ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ ആനോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, അയോണുകൾ കാഥോഡിലേക്ക് ഓടുന്നു.
അയോണുകളുടെ ഈ ചലനം സർക്യൂട്ടിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തിന് കാരണമാകുന്നു, അതിനാൽ ലിഥിയം അയോൺ ചലനവും ഇലക്ട്രോൺ ചലനവും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
സിലിക്കൺ ആനോഡ് ബാറ്ററി
സിലിക്കൺ ആനോഡ് ബാറ്ററികൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് ബിഎംഡബ്ല്യു പോലുള്ള നിരവധി വലിയ കാർ കമ്പനികൾ നിക്ഷേപം നടത്തുന്നുണ്ട്. സാധാരണ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ പോലെ, ഈ ബാറ്ററികൾ ലിഥിയം ആനോഡുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, എന്നാൽ കാർബൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ആനോഡുകൾക്ക് പകരം അവ സിലിക്കൺ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ഒരു ആനോഡ് എന്ന നിലയിൽ, സിലിക്കൺ ഗ്രാഫൈറ്റിനേക്കാൾ മികച്ചതാണ്, കാരണം ഇതിന് ലിഥിയം പിടിക്കാൻ 4 കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ 1 സിലിക്കൺ ആറ്റത്തിന് 4 ലിഥിയം അയോണുകൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും. ഇതൊരു പ്രധാന നവീകരണമാണ് … സിലിക്കണിനെ ഗ്രാഫൈറ്റിനേക്കാൾ 3 മടങ്ങ് ശക്തമാക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, ലിഥിയത്തിൻ്റെ ഉപയോഗം ഇപ്പോഴും ഇരുതല മൂർച്ചയുള്ള വാളാണ്. ഈ മെറ്റീരിയൽ ഇപ്പോഴും ചെലവേറിയതാണ്, എന്നാൽ സിലിക്കൺ സെല്ലുകളിലേക്ക് ഉൽപ്പാദന സൗകര്യങ്ങൾ കൈമാറുന്നതും എളുപ്പമാണ്. ബാറ്ററികൾ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണെങ്കിൽ, ഫാക്ടറി പൂർണ്ണമായും പുനർരൂപകൽപ്പന ചെയ്യേണ്ടിവരും, ഇത് സ്വിച്ചിംഗിൻ്റെ ആകർഷണീയത ചെറുതായി കുറയ്ക്കാൻ ഇടയാക്കും.
ശുദ്ധമായ സിലിക്കൺ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ മണൽ സംസ്കരിച്ചാണ് സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നത്, എന്നാൽ ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ നേരിടുന്ന ഏറ്റവും വലിയ പ്രശ്നം സിലിക്കൺ ആനോഡുകൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ വീർക്കുന്നു എന്നതാണ്. ഇത് ബാറ്ററി വളരെ വേഗം ഡീഗ്രേഡാകാൻ ഇടയാക്കും. ആനോഡുകൾ വൻതോതിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതും ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

ഗ്രാഫീൻ ബാറ്ററി
പെൻസിലിൻ്റെ അതേ മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു തരം കാർബൺ ഫ്ലേക്കാണ് ഗ്രാഫീൻ, പക്ഷേ ഗ്രാഫൈറ്റ് അടരുകളിൽ ഘടിപ്പിക്കാൻ ധാരാളം സമയം ചിലവാകും. പല ഉപയോഗ കേസുകളിലും മികച്ച പ്രകടനത്തിന് ഗ്രാഫീൻ പ്രശംസിക്കപ്പെടുന്നു, ബാറ്ററികൾ അവയിലൊന്നാണ്.

ചില കമ്പനികൾ ഗ്രാഫീൻ ബാറ്ററികളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അത് മിനിറ്റുകൾക്കുള്ളിൽ പൂർണ്ണമായും ചാർജ് ചെയ്യാനും ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളേക്കാൾ 33 മടങ്ങ് വേഗത്തിൽ ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയും. ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾക്ക് ഇത് വലിയ മൂല്യമാണ്.
നുരയെ ബാറ്ററി
നിലവിൽ, പരമ്പരാഗത ബാറ്ററികൾ ദ്വിമാനമാണ്. അവ ഒന്നുകിൽ ഒരു ലിഥിയം ബാറ്ററി പോലെ അടുക്കി വെച്ചിരിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ ഒരു സാധാരണ AA അല്ലെങ്കിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി പോലെ ചുരുട്ടിയിരിക്കുന്നു.
3D സ്‌പെയ്‌സിൽ വൈദ്യുത ചാർജിൻ്റെ ചലനം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു പുതിയ ആശയമാണ് ഫോം ബാറ്ററി.
ഈ ത്രിമാന ഘടനയ്ക്ക് ചാർജിംഗ് സമയം വേഗത്തിലാക്കാനും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയും, ഇത് ബാറ്ററിയുടെ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഗുണങ്ങളാണ്. മറ്റ് ബാറ്ററികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഫോം ബാറ്ററികൾക്ക് ഹാനികരമായ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളില്ല.
ഫോം ബാറ്ററികൾ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് പകരം ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ലിഥിയം അയോണുകൾ നടത്തുക മാത്രമല്ല, മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളെ ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ് ചാർജ് നിലനിർത്തുന്ന ആനോഡ്, നുരയോടുകൂടിയ ചെമ്പ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ആവശ്യമായ ആക്റ്റീവ് മെറ്റീരിയൽ കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞതാണ്.
ആനോഡിന് ചുറ്റും ഒരു സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് പ്രയോഗിക്കുന്നു.
അവസാനമായി, ബാറ്ററിക്കുള്ളിലെ വിടവുകൾ നികത്താൻ "പോസിറ്റീവ് പേസ്റ്റ്" എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു.
അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് ബാറ്ററി

ഈ ബാറ്ററികൾക്ക് ഏതൊരു ബാറ്ററിയുടെയും ഏറ്റവും വലിയ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുണ്ട്. നിലവിലുള്ള ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളേക്കാൾ ശക്തവും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമാണ് ഇതിൻ്റെ ഊർജ്ജം. ഈ ബാറ്ററികൾക്ക് 2,000 കിലോമീറ്റർ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയുമെന്ന് ചിലർ അവകാശപ്പെടുന്നു. എന്താണ് ഈ ആശയം? റഫറൻസിനായി, ടെസ്‌ലയുടെ പരമാവധി ക്രൂയിസിംഗ് റേഞ്ച് ഏകദേശം 600 കിലോമീറ്ററാണ്.
ഈ ബാറ്ററികളുടെ പ്രശ്നം ചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ്. അവ അലൂമിനിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലെ അലുമിനിയം, ഓക്സിജൻ എന്നിവയുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാറ്ററികളുടെ ഉപയോഗം ഒരു ആനോഡായി അലുമിനിയം ഉപയോഗിക്കുന്നു.
സോഡിയം ബാറ്ററി
നിലവിൽ, ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ലിഥിയത്തിന് പകരം സോഡിയം ഉപയോഗിക്കുന്ന ബാറ്ററികൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള ശ്രമത്തിലാണ്.
സോഡിയം ബാറ്ററികൾ സൈദ്ധാന്തികമായി ലിഥിയം ബാറ്ററികളേക്കാൾ 7 മടങ്ങ് കാര്യക്ഷമമായതിനാൽ ഇത് വിഘാതം സൃഷ്ടിക്കും. മറ്റൊരു വലിയ നേട്ടം, അപൂർവ മൂലകമായ ലിഥിയവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഭൂമിയുടെ കരുതൽ ശേഖരത്തിലെ ഏറ്റവും സമ്പന്നമായ ആറാമത്തെ മൂലകമാണ് സോഡിയം.