ഭാവിയെ ശക്തിപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന മൂന്ന് ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകൾ

ലോകത്തിന് കൂടുതൽ ശക്തി ആവശ്യമാണ്, വൃത്തിയുള്ളതും പുതുക്കാവുന്നതുമായ ഒരു രൂപത്തിൽ.നമ്മുടെ ഊർജ്ജ-സംഭരണ ​​തന്ത്രങ്ങൾ നിലവിൽ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളാണ് രൂപപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നത് - അത്തരം സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അത്യാധുനിക ഭാഗത്ത് - എന്നാൽ വരും വർഷങ്ങളിൽ നമുക്ക് എന്താണ് പ്രതീക്ഷിക്കാൻ കഴിയുക?

ചില ബാറ്ററി അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങളിൽ നിന്ന് തുടങ്ങാം.ബാറ്ററി എന്നത് ഒന്നോ അതിലധികമോ സെല്ലുകളുടെ ഒരു പായ്ക്കാണ്, അവയിൽ ഓരോന്നിനും പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് (കാഥോഡ്), ഒരു നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് (ആനോഡ്), ഒരു സെപ്പറേറ്റർ, ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്നിവയുണ്ട്.വ്യത്യസ്ത രാസവസ്തുക്കളും മെറ്റീരിയലുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നത് ബാറ്ററിയുടെ ഗുണങ്ങളെ ബാധിക്കുന്നു - അതിന് എത്ര ഊർജ്ജം സംഭരിക്കാനും ഔട്ട്പുട്ട് ചെയ്യാനുമാകും, എത്ര പവർ നൽകാൻ കഴിയും അല്ലെങ്കിൽ എത്ര തവണ ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും റീചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയും (സൈക്ലിംഗ് കപ്പാസിറ്റി എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു).

വിലകുറഞ്ഞതും സാന്ദ്രതയുള്ളതും ഭാരം കുറഞ്ഞതും കൂടുതൽ ശക്തിയുള്ളതുമായ രസതന്ത്രങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ ബാറ്ററി കമ്പനികൾ നിരന്തരം പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നു.പരിവർത്തന സാധ്യതയുള്ള മൂന്ന് പുതിയ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വിശദീകരിച്ച സാഫ്റ്റ് റിസർച്ച് ഡയറക്ടർ പാട്രിക് ബെർണാഡുമായി ഞങ്ങൾ സംസാരിച്ചു.

പുതിയ തലമുറ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ

എന്താണിത്?

ലിഥിയം-അയോൺ (li-ion) ബാറ്ററികളിൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വഴി അങ്ങോട്ടും ഇങ്ങോട്ടും പോസിറ്റീവ് മുതൽ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്കുള്ള ലിഥിയം അയോണുകളുടെ ചലനത്തിലൂടെ ഊർജ്ജ സംഭരണവും പ്രകാശനവും നൽകുന്നു.ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് പ്രാരംഭ ലിഥിയം ഉറവിടമായും നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് ലിഥിയത്തിന്റെ ഹോസ്റ്റായും പ്രവർത്തിക്കുന്നു.പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ആക്റ്റീവ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പൂർണ്ണതയോട് അടുത്ത് പതിറ്റാണ്ടുകളായി തിരഞ്ഞെടുത്തതിന്റെയും ഒപ്റ്റിമൈസേഷന്റെയും ഫലമായി നിരവധി രസതന്ത്രങ്ങൾ ലി-അയൺ ബാറ്ററികൾ എന്ന പേരിൽ ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നു.ലിഥിയേറ്റഡ് മെറ്റൽ ഓക്സൈഡുകളോ ഫോസ്ഫേറ്റുകളോ ആണ് ഇപ്പോഴത്തെ പോസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും സാധാരണമായ മെറ്റീരിയൽ.ഗ്രാഫൈറ്റ്, മാത്രമല്ല ഗ്രാഫൈറ്റ്/സിലിക്കൺ അല്ലെങ്കിൽ ലിത്തിയേറ്റഡ് ടൈറ്റാനിയം ഓക്സൈഡുകളും നെഗറ്റീവ് മെറ്റീരിയലുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

യഥാർത്ഥ മെറ്റീരിയലുകളും സെൽ ഡിസൈനുകളും ഉപയോഗിച്ച്, അടുത്ത വർഷങ്ങളിൽ ലി-അയൺ സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരു ഊർജ്ജ പരിധിയിലെത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, വിനാശകരമായ സജീവ സാമഗ്രികളുടെ പുതിയ കുടുംബങ്ങളുടെ സമീപകാല കണ്ടെത്തലുകൾ നിലവിലുള്ള പരിധികൾ അൺലോക്ക് ചെയ്യണം.ഈ നൂതന സംയുക്തങ്ങൾക്ക് പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡുകളിൽ കൂടുതൽ ലിഥിയം സംഭരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ആദ്യമായി ഊർജ്ജവും ശക്തിയും സംയോജിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കും.കൂടാതെ, ഈ പുതിയ സംയുക്തങ്ങൾക്കൊപ്പം, അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ ദൗർലഭ്യവും നിർണായകതയും കണക്കിലെടുക്കുന്നു.

അതിന്റെ ഗുണങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഇന്ന്, എല്ലാ അത്യാധുനിക സംഭരണ ​​​​സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്കിടയിലും, ലി-അയൺ ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യ ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത അനുവദിക്കുന്നു.ഫാസ്റ്റ് ചാർജ് അല്ലെങ്കിൽ ടെമ്പറേച്ചർ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വിൻഡോ (-50°C മുതൽ 125°C വരെ) പോലുള്ള പ്രകടനങ്ങൾ സെൽ ഡിസൈനിന്റെയും കെമിസ്ട്രിയുടെയും വലിയ ചോയ്‌സ് വഴി മികച്ചതാക്കാൻ കഴിയും.കൂടാതെ, ലി-അയൺ ബാറ്ററികൾ വളരെ കുറഞ്ഞ സെൽഫ് ഡിസ്ചാർജ്, വളരെ ദൈർഘ്യമേറിയ ആയുസ്സ്, സൈക്ലിംഗ് പ്രകടനങ്ങൾ, സാധാരണയായി ആയിരക്കണക്കിന് ചാർജിംഗ്/ഡിസ്ചാർജിംഗ് സൈക്കിളുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള അധിക ഗുണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

എപ്പോഴാണ് നമുക്ക് അത് പ്രതീക്ഷിക്കാൻ കഴിയുക?

സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളുടെ ആദ്യ തലമുറയ്ക്ക് മുമ്പ് പുതിയ തലമുറയിലെ നൂതന ലി-അയൺ ബാറ്ററികൾ വിന്യസിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.എനർജി സ്റ്റോറേജ് സിസ്റ്റംസ് പോലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് അവ അനുയോജ്യമാകുംപുതുക്കാവുന്നവഗതാഗതവും (കടൽ, റെയിൽവേ,വ്യോമയാനംകൂടാതെ ഓഫ് റോഡ് മൊബിലിറ്റി) ഉയർന്ന ഊർജ്ജവും ഉയർന്ന ശക്തിയും സുരക്ഷയും നിർബന്ധമാണ്.

ലിഥിയം-സൾഫർ ബാറ്ററികൾ

എന്താണിത്?

ലി-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ, ലിഥിയം അയോണുകൾ ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോഴും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോഴും സ്ഥിരതയുള്ള ഹോസ്റ്റ് ഘടനകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന സജീവ വസ്തുക്കളിൽ സൂക്ഷിക്കുന്നു.ലിഥിയം-സൾഫർ (Li-S) ബാറ്ററികളിൽ, ഹോസ്റ്റ് ഘടനകളൊന്നുമില്ല.ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ലിഥിയം ആനോഡ് കഴിക്കുകയും സൾഫർ വിവിധ രാസ സംയുക്തങ്ങളായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു;ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, വിപരീത പ്രക്രിയ നടക്കുന്നു.

അതിന്റെ ഗുണങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ഒരു Li-S ബാറ്ററി വളരെ നേരിയ സജീവമായ പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു: പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലെ സൾഫറും നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡായി മെറ്റാലിക് ലിത്തിയവും.അതുകൊണ്ടാണ് അതിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത അസാധാരണമാംവിധം ഉയർന്നത്: ലിഥിയം-അയോണിനേക്കാൾ നാലിരട്ടി കൂടുതലാണ്.അത് വ്യോമയാന, ബഹിരാകാശ വ്യവസായങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.

സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഏറ്റവും വാഗ്ദാനമായ Li-S സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് Saft തിരഞ്ഞെടുത്തത്.ഈ സാങ്കേതിക പാത വളരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും ദീർഘായുസ്സും നൽകുന്നു, കൂടാതെ ലിക്വിഡ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള Li-S (പരിമിതമായ ജീവിതം, ഉയർന്ന സെൽഫ് ഡിസ്ചാർജ്, ...) ന്റെ പ്രധാന പോരായ്മകളെ മറികടക്കുന്നു.

കൂടാതെ, ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ അതിന്റെ ഉയർന്ന ഗ്രാവിമെട്രിക് ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത (Wh/kg-ൽ +30% അപകടത്തിലാണ്) കാരണം സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ലിഥിയം-അയോണിന് അനുബന്ധമാണ്.

എപ്പോഴാണ് നമുക്ക് അത് പ്രതീക്ഷിക്കാൻ കഴിയുക?

പ്രധാന സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾ ഇതിനകം തരണം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ മെച്യുരിറ്റി ലെവൽ പൂർണ്ണ തോതിലുള്ള പ്രോട്ടോടൈപ്പുകളിലേക്ക് വളരെ വേഗത്തിൽ പുരോഗമിക്കുകയാണ്.

ദൈർഘ്യമേറിയ ബാറ്ററി ലൈഫ് ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്, സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ലിഥിയം-അയോണിന് ശേഷം ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ വിപണിയിലെത്തുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾ

എന്താണിത്?

സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ കാര്യത്തിൽ ഒരു മാതൃകാ വ്യതിയാനത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.ആധുനിക ലി-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ, അയോണുകൾ ഒരു ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ നീങ്ങുന്നു (അയോണിക് ചാലകത എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു).ഓൾ സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളിൽ, ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന് പകരം ഒരു ഖര സംയുക്തം നൽകപ്പെടുന്നു, എന്നിരുന്നാലും ലിഥിയം അയോണുകളെ അതിനുള്ളിലേക്ക് കുടിയേറാൻ അനുവദിക്കുന്നു.ഈ ആശയം പുതിയതിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ്, എന്നാൽ കഴിഞ്ഞ 10 വർഷമായി - ലോകമെമ്പാടുമുള്ള തീവ്രമായ ഗവേഷണത്തിന് നന്ദി - ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന് സമാനമായ വളരെ ഉയർന്ന അയോണിക് ചാലകതയോടെ ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ പുതിയ കുടുംബങ്ങൾ ഈ പ്രത്യേക സാങ്കേതിക തടസ്സത്തെ മറികടക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.

ഇന്ന്,മൃദുവായഗവേഷണ-വികസന ശ്രമങ്ങൾ 2 പ്രധാന മെറ്റീരിയലുകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു: പോളിമറുകളും അജൈവ സംയുക്തങ്ങളും, പ്രോസസ്സബിലിറ്റി, സ്ഥിരത, ചാലകത തുടങ്ങിയ ഭൗതിക-രാസ ഗുണങ്ങളുടെ സമന്വയം ലക്ഷ്യമിടുന്നു.

അതിന്റെ ഗുണങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ആദ്യത്തെ വലിയ നേട്ടം സെല്ലിലെയും ബാറ്ററിയിലെയും സുരക്ഷയിൽ പ്രകടമായ പുരോഗതിയാണ്: ഖര ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ചൂടാക്കുമ്പോൾ അവയുടെ ദ്രാവക എതിരാളികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി തീപിടിക്കില്ല.രണ്ടാമതായി, നൂതനവും ഉയർന്ന വോൾട്ടേജുള്ളതുമായ ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഉപയോഗം ഇത് അനുവദിക്കുന്നു, സെൽഫ് ഡിസ്ചാർജ് കുറയുന്നതിന്റെ ഫലമായി സാന്ദ്രവും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമായ ബാറ്ററികൾ മികച്ച ഷെൽഫ്-ലൈഫ് സാധ്യമാക്കുന്നു.കൂടാതെ, സിസ്റ്റം തലത്തിൽ, ഇത് ലളിതമാക്കിയ മെക്കാനിക്സും തെർമൽ, സേഫ്റ്റി മാനേജ്മെൻറും പോലുള്ള അധിക നേട്ടങ്ങൾ കൊണ്ടുവരും.

ബാറ്ററികൾക്ക് ഉയർന്ന പവർ-ടു-ഭാരം അനുപാതം പ്രകടിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് അവ അനുയോജ്യമാകും.

എപ്പോഴാണ് നമുക്ക് അത് പ്രതീക്ഷിക്കാൻ കഴിയുക?

സാങ്കേതിക പുരോഗതി തുടരുന്നതിനാൽ നിരവധി തരം ഓൾ സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾ വിപണിയിൽ വരാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.ആദ്യത്തേത് ഗ്രാഫൈറ്റ് അധിഷ്ഠിത ആനോഡുകളുള്ള സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളായിരിക്കും, മെച്ചപ്പെട്ട ഊർജ്ജ പ്രകടനവും സുരക്ഷയും നൽകുന്നു.കാലക്രമേണ, മെറ്റാലിക് ലിഥിയം ആനോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഭാരം കുറഞ്ഞ സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വാണിജ്യപരമായി ലഭ്യമാകും.