तीन बॅटरी तंत्रज्ञान जे भविष्यात शक्ती देऊ शकतात

जगाला अधिक शक्तीची गरज आहे, शक्यतो स्वच्छ आणि नूतनीकरणीय स्वरूपात.आमच्या ऊर्जा-संचय धोरणांना सध्या लिथियम-आयन बॅटऱ्यांनी आकार दिला आहे – अशा तंत्रज्ञानाच्या अत्याधुनिकतेवर – परंतु येत्या काही वर्षांत आपण काय अपेक्षा करू शकतो?

चला काही बॅटरी मूलभूत गोष्टींसह प्रारंभ करूया.बॅटरी ही एक किंवा अधिक पेशींचा एक पॅक आहे, ज्यापैकी प्रत्येकामध्ये सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड), एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड), एक विभाजक आणि इलेक्ट्रोलाइट असतो.यासाठी वेगवेगळी रसायने आणि साहित्य वापरल्याने बॅटरीच्या गुणधर्मांवर परिणाम होतो – ती किती ऊर्जा साठवू शकते आणि आउटपुट करू शकते, ती किती शक्ती देऊ शकते किंवा किती वेळा डिस्चार्ज आणि रिचार्ज केली जाऊ शकते (याला सायकलिंग क्षमता देखील म्हणतात).

स्वस्त, घनता, हलके आणि अधिक शक्तिशाली अशी रसायने शोधण्यासाठी बॅटरी कंपन्या सतत प्रयोग करत असतात.आम्ही पॅट्रिक बर्नार्ड यांच्याशी बोललो – Saft संशोधन संचालक, ज्यांनी परिवर्तनीय क्षमतेसह तीन नवीन बॅटरी तंत्रज्ञान स्पष्ट केले.

नवीन पिढीतील लिथियम-आयन बॅटरीज

हे काय आहे?

लिथियम-आयन (ली-आयन) बॅटरीमध्ये, ऊर्जा साठवण आणि रिलीझ लिथियम आयनच्या पॉझिटिव्हपासून नकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे इलेक्ट्रोलाइटद्वारे पुढे आणि पुढे जाण्याद्वारे प्रदान केले जाते.या तंत्रज्ञानामध्ये, सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रारंभिक लिथियम स्त्रोत म्हणून आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियमसाठी होस्ट म्हणून कार्य करते.अनेक दशकांच्या निवडी आणि ऑप्टिमायझेशनच्या परिणामी सकारात्मक आणि नकारात्मक सक्रिय सामग्रीच्या पूर्णतेच्या जवळ अनेक रसायने ली-आयन बॅटरीच्या नावाखाली एकत्रित केली जातात.लिथिएटेड मेटल ऑक्साईड्स किंवा फॉस्फेट्स ही सध्याची सकारात्मक सामग्री म्हणून वापरली जाणारी सर्वात सामान्य सामग्री आहे.ग्रेफाइट, परंतु ग्रेफाइट/सिलिकॉन किंवा लिथिएटेड टायटॅनियम ऑक्साइड देखील नकारात्मक सामग्री म्हणून वापरले जातात.

वास्तविक साहित्य आणि सेल डिझाईन्ससह, ली-आयन तंत्रज्ञान पुढील आगामी वर्षांत ऊर्जा मर्यादेपर्यंत पोहोचेल अशी अपेक्षा आहे.तरीही, विस्कळीत सक्रिय सामग्रीच्या नवीन कुटुंबांच्या अगदी अलीकडील शोधांनी वर्तमान मर्यादा अनलॉक केल्या पाहिजेत.हे नाविन्यपूर्ण संयुगे सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडमध्ये अधिक लिथियम संचयित करू शकतात आणि प्रथमच ऊर्जा आणि शक्ती एकत्र करण्यास अनुमती देतात.याव्यतिरिक्त, या नवीन संयुगेसह, कच्च्या मालाची कमतरता आणि गंभीरता देखील विचारात घेतली जाते.

त्याचे फायदे काय आहेत?

आज, सर्व अत्याधुनिक स्टोरेज तंत्रज्ञानांपैकी, ली-आयन बॅटरी तंत्रज्ञान उच्च पातळीवरील ऊर्जा घनतेला अनुमती देते.वेगवान चार्ज किंवा तापमान ऑपरेटिंग विंडो (-50°C पर्यंत 125°C पर्यंत) सारखी कामगिरी सेल डिझाइन आणि रसायनशास्त्राच्या मोठ्या निवडीद्वारे छान केली जाऊ शकते.शिवाय, ली-आयन बॅटरी अतिरीक्त फायदे प्रदर्शित करतात जसे की खूप कमी स्वयं-डिस्चार्ज आणि खूप दीर्घ आयुष्य आणि सायकलिंग कामगिरी, विशेषत: हजारो चार्जिंग/डिस्चार्जिंग सायकल.

आपण कधी अपेक्षा करू शकतो?

सॉलिड स्टेट बॅटरीच्या पहिल्या पिढीच्या आधी प्रगत ली-आयन बॅटरीची नवीन पिढी तैनात करणे अपेक्षित आहे.ते एनर्जी स्टोरेज सिस्टम्स सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरण्यासाठी आदर्श असतीलनवीकरणीयआणि वाहतूक (सागरी, रेल्वे,विमानचालनआणि ऑफ रोड मोबिलिटी) जेथे उच्च ऊर्जा, उच्च शक्ती आणि सुरक्षितता अनिवार्य आहे.

लिथियम-सल्फर बॅटरीज

हे काय आहे?

ली-आयन बॅटरीमध्ये, लिथियम आयन चार्ज आणि डिस्चार्ज दरम्यान स्थिर होस्ट संरचना म्हणून कार्य करणार्या सक्रिय पदार्थांमध्ये साठवले जातात.लिथियम-सल्फर (Li-S) बॅटरीमध्ये, होस्ट संरचना नसतात.डिस्चार्ज करताना, लिथियम एनोडचे सेवन केले जाते आणि सल्फरचे विविध रासायनिक संयुगेमध्ये रूपांतर होते;चार्जिंग दरम्यान, उलट प्रक्रिया होते.

त्याचे फायदे काय आहेत?

Li-S बॅटरी अतिशय हलकी सक्रिय सामग्री वापरते: सकारात्मक इलेक्ट्रोडमध्ये सल्फर आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड म्हणून धातूचा लिथियम.म्हणूनच त्याची सैद्धांतिक ऊर्जा घनता विलक्षण उच्च आहे: लिथियम-आयनपेक्षा चार पट जास्त.त्यामुळे विमान वाहतूक आणि अवकाश उद्योगांसाठी ते योग्य ठरते.

Saft ने सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रोलाइटवर आधारित सर्वात आश्वासक Li-S तंत्रज्ञान निवडले आहे आणि त्याला पसंती दिली आहे.हा तांत्रिक मार्ग खूप उच्च ऊर्जा घनता, दीर्घायुष्य आणतो आणि द्रव आधारित Li-S (मर्यादित आयुष्य, उच्च सेल्फ डिस्चार्ज, …) च्या मुख्य दोषांवर मात करतो.

शिवाय, हे तंत्रज्ञान सॉलिड स्टेट लिथियम-आयनला पूरक आहे, त्याच्या उच्च गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनतेमुळे (+30% Wh/kg मध्ये).

आपण कधी अपेक्षा करू शकतो?

तंत्रज्ञानातील प्रमुख अडथळे आधीच दूर झाले आहेत आणि परिपक्वता पातळी पूर्ण स्केल प्रोटोटाइपकडे वेगाने प्रगती करत आहे.

दीर्घ बॅटरी आयुष्य आवश्यक असलेल्या ऍप्लिकेशन्ससाठी, हे तंत्रज्ञान सॉलिड स्टेट लिथियम-आयन नंतर बाजारात पोहोचणे अपेक्षित आहे.

सॉलिड स्टेट बॅटरीज

हे काय आहे?

सॉलिड स्टेट बॅटऱ्या तंत्रज्ञानाच्या दृष्टीने एक पॅराडाइम शिफ्ट दर्शवतात.आधुनिक लि-आयन बॅटर्यांमध्ये, आयन एका इलेक्ट्रोडमधून दुसऱ्या इलेक्ट्रोडमध्ये द्रव इलेक्ट्रोलाइट (ज्याला आयनिक चालकता देखील म्हणतात) वर जातात.सर्व-सॉलिड स्टेट बॅटरियांमध्ये, द्रव इलेक्ट्रोलाइट एका घन संयुगाने बदलले जाते जे तरीही लिथियम आयनांना त्यामध्ये स्थलांतरित होऊ देते.ही संकल्पना नवीन पासून खूप दूर आहे, परंतु गेल्या 10 वर्षांत - सघन जगभरातील संशोधनामुळे - द्रव इलेक्ट्रोलाइट प्रमाणेच, घन इलेक्ट्रोलाइट्सची नवीन कुटुंबे अतिशय उच्च आयनिक चालकता असलेल्या शोधण्यात आली आहेत, ज्यामुळे या विशिष्ट तांत्रिक अडथळ्यावर मात करता येते.

आज,सेफ्टसंशोधन आणि विकासाचे प्रयत्न 2 मुख्य भौतिक प्रकारांवर लक्ष केंद्रित करतात: पॉलिमर आणि अजैविक संयुगे, भौतिक-रासायनिक गुणधर्म जसे की प्रक्रियाक्षमता, स्थिरता, चालकता ...

त्याचे फायदे काय आहेत?

पहिला मोठा फायदा म्हणजे सेल आणि बॅटरीच्या स्तरावरील सुरक्षिततेमध्ये लक्षणीय सुधारणा: घन इलेक्ट्रोलाइट्स त्यांच्या द्रव समकक्षांप्रमाणे गरम झाल्यावर ज्वलनशील नसतात.दुसरे, ते नाविन्यपूर्ण, उच्च-व्होल्टेज उच्च-क्षमतेच्या सामग्रीच्या वापरास परवानगी देते, कमी सेल्फ-डिस्चार्जच्या परिणामी अधिक चांगल्या शेल्फ-लाइफसह घनतेने, फिकट बॅटरी सक्षम करते.शिवाय, प्रणाली स्तरावर, ते अतिरिक्त फायदे जसे की सरलीकृत यांत्रिकी तसेच थर्मल आणि सुरक्षा व्यवस्थापन आणेल.

बॅटरी उच्च शक्ती-ते-वजन गुणोत्तर प्रदर्शित करू शकतात, त्या इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये वापरण्यासाठी आदर्श असू शकतात.

आपण कधी अपेक्षा करू शकतो?

तांत्रिक प्रगती चालू राहिल्याने अनेक प्रकारच्या ऑल-सॉलिड स्टेट बॅटरी बाजारात येण्याची शक्यता आहे.प्रथम ग्रेफाइट-आधारित एनोड्स असलेल्या सॉलिड स्टेट बॅटऱ्या असतील, ज्यामुळे ऊर्जा कार्यप्रदर्शन आणि सुरक्षितता सुधारेल.कालांतराने, मेटलिक लिथियम एनोड वापरून हलक्या सॉलिड स्टेट बॅटरी तंत्रज्ञान व्यावसायिकरित्या उपलब्ध व्हायला हवे.