బ్యాటరీ సాంకేతికత యొక్క భవిష్యత్తు: సిలికాన్ యానోడ్‌లు, గ్రాఫేన్, అల్యూమినియం-ఆక్సిజన్ బ్యాటరీలు మొదలైనవి.

ఎడిటర్ యొక్క గమనిక: ఎలక్ట్రిక్ టెక్నాలజీ అనేది గ్రీన్ ఎర్త్ యొక్క భవిష్యత్తు, మరియు బ్యాటరీ టెక్నాలజీ అనేది ఎలక్ట్రిక్ టెక్నాలజీకి పునాది మరియు ఎలక్ట్రిక్ టెక్నాలజీ యొక్క పెద్ద-స్థాయి అభివృద్ధిని పరిమితం చేయడంలో కీలకం. ప్రస్తుత ప్రధాన స్రవంతి బ్యాటరీ సాంకేతికత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు, ఇవి మంచి శక్తి సాంద్రత మరియు అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయినప్పటికీ, లిథియం అధిక ధర మరియు పరిమిత వనరులతో అరుదైన మూలకం. అదే సమయంలో, పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల వినియోగం పెరుగుతున్నందున, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత సరిపోదు. ఎలా స్పందించాలి? మయాంక్ జైన్ భవిష్యత్తులో ఉపయోగించగల కొన్ని బ్యాటరీ సాంకేతికతలను పరిశీలించారు. అసలు కథనం మీడియంలో శీర్షికతో ప్రచురించబడింది: ది ఫ్యూచర్ ఆఫ్ బ్యాటరీ టెక్నాలజీ

భూమి శక్తితో నిండి ఉంది మరియు ఆ శక్తిని సంగ్రహించడానికి మరియు సద్వినియోగం చేసుకోవడానికి మేము చేయగలిగినదంతా చేస్తున్నాము. పునరుత్పాదక శక్తికి పరివర్తనలో మేము మెరుగైన పని చేసినప్పటికీ, శక్తిని నిల్వ చేయడంలో మేము పెద్దగా పురోగతి సాధించలేదు.
ప్రస్తుతం, బ్యాటరీ సాంకేతికత యొక్క అత్యున్నత ప్రమాణం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు. ఈ బ్యాటరీ అత్యుత్తమ శక్తి సాంద్రత, అధిక సామర్థ్యం (సుమారు 99%) మరియు సుదీర్ఘ జీవితాన్ని కలిగి ఉన్నట్లు కనిపిస్తోంది.
కాబట్టి తప్పు ఏమిటి? మనం సంగ్రహించే పునరుత్పాదక శక్తి పెరుగుతూనే ఉన్నందున, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల శక్తి సాంద్రత సరిపోదు.
మేము బ్యాచ్‌లలో బ్యాటరీలను ఉత్పత్తి చేయడం కొనసాగించవచ్చు కాబట్టి, ఇది పెద్ద విషయంగా అనిపించదు, కానీ సమస్య ఏమిటంటే లిథియం సాపేక్షంగా అరుదైన లోహం, కాబట్టి దాని ధర తక్కువ కాదు. బ్యాటరీ ఉత్పత్తి ఖర్చులు తగ్గుతున్నప్పటికీ, శక్తి నిల్వ అవసరం కూడా వేగంగా పెరుగుతోంది.
ఒకసారి లిథియం అయాన్ బ్యాటరీని తయారు చేస్తే, అది ఇంధన పరిశ్రమపై భారీ ప్రభావాన్ని చూపే స్థితికి చేరుకున్నాము.
శిలాజ ఇంధనాల యొక్క అధిక శక్తి సాంద్రత వాస్తవం, మరియు ఇది పునరుత్పాదక శక్తిపై మొత్తం ఆధారపడే పరివర్తనకు ఆటంకం కలిగించే భారీ ప్రభావ కారకం. మన బరువు కంటే ఎక్కువ శక్తిని విడుదల చేసే బ్యాటరీలు కావాలి.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఎలా పని చేస్తాయి
లిథియం బ్యాటరీల పని విధానం సాధారణ AA లేదా AAA రసాయన బ్యాటరీల మాదిరిగానే ఉంటుంది. వాటికి యానోడ్ మరియు కాథోడ్ టెర్మినల్స్ మరియు మధ్యలో ఎలక్ట్రోలైట్ ఉంటాయి. సాధారణ బ్యాటరీల వలె కాకుండా, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలో డిశ్చార్జ్ రియాక్షన్ రివర్సబుల్, కాబట్టి బ్యాటరీని పదే పదే రీఛార్జ్ చేయవచ్చు.

కాథోడ్ (+ టెర్మినల్) లిథియం ఐరన్ ఫాస్ఫేట్‌తో తయారు చేయబడింది, యానోడ్ (-టెర్మినల్) గ్రాఫైట్‌తో తయారు చేయబడింది మరియు గ్రాఫైట్ కార్బన్‌తో తయారు చేయబడింది. విద్యుత్తు అనేది ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహం మాత్రమే. ఈ బ్యాటరీలు యానోడ్ మరియు కాథోడ్ మధ్య లిథియం అయాన్లను తరలించడం ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
ఛార్జ్ అయినప్పుడు, అయాన్లు యానోడ్‌కు కదులుతాయి మరియు డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు, అయాన్లు కాథోడ్‌కు వెళతాయి.
అయాన్ల ఈ కదలిక సర్క్యూట్లో ఎలక్ట్రాన్ల కదలికకు కారణమవుతుంది, కాబట్టి లిథియం అయాన్ కదలిక మరియు ఎలక్ట్రాన్ కదలికలు సంబంధం కలిగి ఉంటాయి.
సిలికాన్ యానోడ్ బ్యాటరీ
బిఎమ్‌డబ్ల్యూ వంటి అనేక పెద్ద కార్ల కంపెనీలు సిలికాన్ యానోడ్ బ్యాటరీల అభివృద్ధిలో పెట్టుబడులు పెడుతున్నాయి. సాధారణ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల వలె, ఈ బ్యాటరీలు లిథియం యానోడ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, అయితే కార్బన్ ఆధారిత యానోడ్‌లకు బదులుగా, అవి సిలికాన్‌ను ఉపయోగిస్తాయి.
యానోడ్‌గా, సిలికాన్ గ్రాఫైట్ కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది ఎందుకంటే దీనికి లిథియంను పట్టుకోవడానికి 4 కార్బన్ అణువులు అవసరం మరియు 1 సిలికాన్ అణువు 4 లిథియం అయాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఇది ఒక ప్రధాన అప్‌గ్రేడ్… గ్రాఫైట్ కంటే సిలికాన్‌ను 3 రెట్లు బలంగా చేస్తుంది.

అయినప్పటికీ, లిథియం యొక్క ఉపయోగం ఇప్పటికీ రెండు వైపుల కత్తి. ఈ పదార్థం ఇప్పటికీ ఖరీదైనది, కానీ సిలికాన్ కణాలకు ఉత్పత్తి సౌకర్యాలను బదిలీ చేయడం కూడా సులభం. బ్యాటరీలు పూర్తిగా భిన్నంగా ఉంటే, కర్మాగారాన్ని పూర్తిగా పునఃరూపకల్పన చేయవలసి ఉంటుంది, ఇది మారే ఆకర్షణను కొద్దిగా తగ్గించడానికి కారణమవుతుంది.
సిలికాన్ యానోడ్‌లు స్వచ్ఛమైన సిలికాన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఇసుకను చికిత్స చేయడం ద్వారా తయారు చేయబడతాయి, అయితే ప్రస్తుతం పరిశోధకులు ఎదుర్కొంటున్న అతిపెద్ద సమస్య ఏమిటంటే సిలికాన్ యానోడ్‌లు ఉపయోగించినప్పుడు ఉబ్బుతాయి. దీని వల్ల బ్యాటరీ చాలా త్వరగా పాడైపోతుంది. యానోడ్‌లను భారీగా ఉత్పత్తి చేయడం కూడా కష్టం.

గ్రాఫేన్ బ్యాటరీ
గ్రాఫేన్ అనేది ఒక రకమైన కార్బన్ ఫ్లేక్, ఇది పెన్సిల్ వలె అదే పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తుంది, అయితే రేకులకు గ్రాఫైట్‌ను జోడించడానికి చాలా సమయం పడుతుంది. అనేక ఉపయోగ సందర్భాలలో గ్రాఫేన్ దాని అద్భుతమైన పనితీరుకు ప్రశంసించబడింది మరియు బ్యాటరీలు వాటిలో ఒకటి.

కొన్ని కంపెనీలు గ్రాఫేన్ బ్యాటరీలపై పని చేస్తున్నాయి, వీటిని నిమిషాల్లో పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయవచ్చు మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే 33 రెట్లు వేగంగా విడుదల చేయవచ్చు. ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు ఇది చాలా విలువైనది.
ఫోమ్ బ్యాటరీ
ప్రస్తుతం, సాంప్రదాయ బ్యాటరీలు రెండు డైమెన్షనల్‌గా ఉన్నాయి. అవి లిథియం బ్యాటరీ వలె పేర్చబడి ఉంటాయి లేదా సాధారణ AA లేదా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ వలె చుట్టబడి ఉంటాయి.
ఫోమ్ బ్యాటరీ అనేది 3D స్పేస్‌లో ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్ యొక్క కదలికను కలిగి ఉన్న కొత్త కాన్సెప్ట్.
ఈ 3-డైమెన్షనల్ నిర్మాణం ఛార్జింగ్ సమయాన్ని వేగవంతం చేస్తుంది మరియు శక్తి సాంద్రతను పెంచుతుంది, ఇవి బ్యాటరీ యొక్క అత్యంత ముఖ్యమైన లక్షణాలు. చాలా ఇతర బ్యాటరీలతో పోలిస్తే, ఫోమ్ బ్యాటరీలలో హానికరమైన ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు లేవు.
ఫోమ్ బ్యాటరీలు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు బదులుగా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లను ఉపయోగిస్తాయి. ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ లిథియం అయాన్లను నిర్వహించడమే కాకుండా, ఇతర ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను కూడా ఇన్సులేట్ చేస్తుంది.

బ్యాటరీ యొక్క ప్రతికూల ఛార్జ్‌ను కలిగి ఉండే యానోడ్ నురుగు రాగితో తయారు చేయబడింది మరియు అవసరమైన క్రియాశీల పదార్థంతో పూత చేయబడింది.
అప్పుడు యానోడ్ చుట్టూ ఒక ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ వర్తించబడుతుంది.
చివరగా, బ్యాటరీ లోపల ఖాళీలను పూరించడానికి "పాజిటివ్ పేస్ట్" అని పిలవబడేది ఉపయోగించబడుతుంది.
అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ బ్యాటరీ

ఈ బ్యాటరీలు ఏదైనా బ్యాటరీ కంటే అతిపెద్ద శక్తి సాంద్రతలను కలిగి ఉంటాయి. దీని శక్తి ప్రస్తుత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే శక్తివంతమైనది మరియు తేలికైనది. ఈ బ్యాటరీలు 2,000 కిలోమీటర్ల ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలను అందించగలవని కొందరు పేర్కొన్నారు. ఈ భావన ఏమిటి? సూచన కోసం, టెస్లా యొక్క గరిష్ట క్రూజింగ్ పరిధి సుమారు 600 కిలోమీటర్లు.
ఈ బ్యాటరీల సమస్య ఏమిటంటే వాటిని ఛార్జ్ చేయలేము. అవి అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు నీటి ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అల్యూమినియం మరియు ఆక్సిజన్ ప్రతిచర్య ద్వారా శక్తిని విడుదల చేస్తాయి. బ్యాటరీల ఉపయోగం అల్యూమినియంను యానోడ్‌గా వినియోగిస్తుంది.
సోడియం బ్యాటరీ
ప్రస్తుతం జపాన్ శాస్త్రవేత్తలు లిథియంకు బదులుగా సోడియంను ఉపయోగించే బ్యాటరీలను తయారు చేసే పనిలో ఉన్నారు.
సోడియం బ్యాటరీలు సిద్ధాంతపరంగా లిథియం బ్యాటరీల కంటే 7 రెట్లు ఎక్కువ ప్రభావవంతంగా ఉన్నందున ఇది విఘాతం కలిగిస్తుంది. మరొక భారీ ప్రయోజనం ఏమిటంటే, అరుదైన మూలకం అయిన లిథియంతో పోలిస్తే, భూమి యొక్క నిల్వలలో సోడియం ఆరవ ధనిక మూలకం.