భవిష్యత్తుకు శక్తినిచ్చే మూడు బ్యాటరీ సాంకేతికతలు

ప్రపంచానికి మరింత శక్తి అవసరం, ప్రాధాన్యంగా శుభ్రంగా మరియు పునరుద్ధరించదగిన రూపంలో ఉంటుంది.మా శక్తి-నిల్వ వ్యూహాలు ప్రస్తుతం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల ద్వారా రూపొందించబడ్డాయి - అటువంటి సాంకేతికత యొక్క అత్యాధునిక అంచు వద్ద - అయితే రాబోయే సంవత్సరాల్లో మనం దేని కోసం ఎదురుచూడగలం?

కొన్ని బ్యాటరీ బేసిక్స్‌తో ప్రారంభిద్దాం.బ్యాటరీ అనేది ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కణాల ప్యాక్, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ (కాథోడ్), నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ (యానోడ్), సెపరేటర్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ కలిగి ఉంటుంది.వీటి కోసం వివిధ రసాయనాలు మరియు పదార్థాలను ఉపయోగించడం బ్యాటరీ యొక్క లక్షణాలను ప్రభావితం చేస్తుంది - అది ఎంత శక్తిని నిల్వ చేయగలదు మరియు అవుట్‌పుట్ చేయగలదు, ఎంత శక్తిని అందించగలదు లేదా ఎన్నిసార్లు డిశ్చార్జ్ చేయవచ్చు మరియు రీఛార్జ్ చేయవచ్చు (సైక్లింగ్ సామర్థ్యం అని కూడా అంటారు).

చౌకైన, దట్టమైన, తేలికైన మరియు మరింత శక్తివంతమైన రసాయనాలను కనుగొనడానికి బ్యాటరీ కంపెనీలు నిరంతరం ప్రయోగాలు చేస్తూనే ఉన్నాయి.మేము పాట్రిక్ బెర్నార్డ్ - సాఫ్ట్ రీసెర్చ్ డైరెక్టర్‌తో మాట్లాడాము, అతను పరివర్తన సంభావ్యతతో మూడు కొత్త బ్యాటరీ సాంకేతికతలను వివరించాడు.

కొత్త తరం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు

ఇది ఏమిటి?

లిథియం-అయాన్ (లి-అయాన్) బ్యాటరీలలో, ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా లిథియం అయాన్లు పాజిటివ్ నుండి నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌కు ముందుకు వెనుకకు తరలించడం ద్వారా శక్తి నిల్వ మరియు విడుదల అందించబడుతుంది.ఈ సాంకేతికతలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ ప్రారంభ లిథియం మూలంగా మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ లిథియంకు హోస్ట్‌గా పనిచేస్తుంది.సానుకూల మరియు ప్రతికూల క్రియాశీల పదార్థాల పరిపూర్ణతకు దగ్గరగా దశాబ్దాల ఎంపిక మరియు ఆప్టిమైజేషన్ ఫలితంగా అనేక రసాయనాలు li-ion బ్యాటరీల పేరుతో సేకరించబడ్డాయి.లిథియేటెడ్ మెటల్ ఆక్సైడ్లు లేదా ఫాస్ఫేట్లు ప్రస్తుత సానుకూల పదార్థాలుగా ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ పదార్థం.గ్రాఫైట్, కానీ గ్రాఫైట్/సిలికాన్ లేదా లిథియేటెడ్ టైటానియం ఆక్సైడ్లు కూడా ప్రతికూల పదార్థాలుగా ఉపయోగించబడతాయి.

వాస్తవ పదార్థాలు మరియు సెల్ డిజైన్‌లతో, రాబోయే సంవత్సరాల్లో li-ion సాంకేతికత శక్తి పరిమితిని చేరుకోగలదని భావిస్తున్నారు.అయినప్పటికీ, అంతరాయం కలిగించే క్రియాశీల పదార్థాల యొక్క కొత్త కుటుంబాల యొక్క ఇటీవలి ఆవిష్కరణలు ప్రస్తుత పరిమితులను అన్‌లాక్ చేయాలి.ఈ వినూత్న సమ్మేళనాలు సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లలో ఎక్కువ లిథియంను నిల్వ చేయగలవు మరియు శక్తి మరియు శక్తిని కలపడానికి మొదటిసారి అనుమతిస్తాయి.అదనంగా, ఈ కొత్త సమ్మేళనాలతో, ముడి పదార్థాల కొరత మరియు క్లిష్టత కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోబడతాయి.

దాని ప్రయోజనాలు ఏమిటి?

నేడు, అన్ని అత్యాధునిక నిల్వ సాంకేతికతలలో, li-ion బ్యాటరీ సాంకేతికత అత్యధిక స్థాయి శక్తి సాంద్రతను అనుమతిస్తుంది.ఫాస్ట్ ఛార్జ్ లేదా ఉష్ణోగ్రత ఆపరేటింగ్ విండో (-50°C నుండి 125°C వరకు) వంటి ప్రదర్శనలు సెల్ డిజైన్ మరియు కెమిస్ట్రీల యొక్క పెద్ద ఎంపిక ద్వారా చక్కగా ట్యూన్ చేయబడతాయి.ఇంకా, li-ion బ్యాటరీలు చాలా తక్కువ స్వీయ-ఉత్సర్గ మరియు చాలా సుదీర్ఘ జీవితకాలం మరియు సైక్లింగ్ ప్రదర్శనలు, సాధారణంగా వేలాది ఛార్జింగ్/డిశ్చార్జింగ్ సైకిల్స్ వంటి అదనపు ప్రయోజనాలను ప్రదర్శిస్తాయి.

మనం ఎప్పుడు ఆశించవచ్చు?

మొదటి తరం సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీల కంటే ముందు కొత్త తరం అధునాతన li-ion బ్యాటరీలు అమర్చబడతాయని భావిస్తున్నారు.ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్స్ వంటి అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించడానికి అవి అనువైనవిపునరుత్పాదకమైనవిమరియు రవాణా (సముద్రపు, రైల్వేలు,విమానయానంమరియు ఆఫ్ రోడ్ మొబిలిటీ) ఇక్కడ అధిక శక్తి, అధిక శక్తి మరియు భద్రత తప్పనిసరి.

లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు

ఇది ఏమిటి?

లి-అయాన్ బ్యాటరీలలో, లిథియం అయాన్లు ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్ సమయంలో స్థిరమైన హోస్ట్ నిర్మాణాలుగా పనిచేసే క్రియాశీల పదార్థాలలో నిల్వ చేయబడతాయి.లిథియం-సల్ఫర్ (Li-S) బ్యాటరీలలో, హోస్ట్ నిర్మాణాలు లేవు.ఉత్సర్గ సమయంలో, లిథియం యానోడ్ వినియోగించబడుతుంది మరియు సల్ఫర్ వివిధ రసాయన సమ్మేళనాలుగా రూపాంతరం చెందుతుంది;ఛార్జింగ్ సమయంలో, రివర్స్ ప్రక్రియ జరుగుతుంది.

దాని ప్రయోజనాలు ఏమిటి?

Li-S బ్యాటరీ చాలా తేలికైన క్రియాశీల పదార్థాలను ఉపయోగిస్తుంది: సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో సల్ఫర్ మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌గా మెటాలిక్ లిథియం.అందుకే దాని సైద్ధాంతిక శక్తి సాంద్రత అసాధారణంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది: లిథియం-అయాన్ కంటే నాలుగు రెట్లు ఎక్కువ.ఇది విమానయానం మరియు అంతరిక్ష పరిశ్రమలకు బాగా సరిపోయేలా చేస్తుంది.

సాలిడ్ స్టేట్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఆధారంగా అత్యంత ఆశాజనకమైన Li-S సాంకేతికతను Saft ఎంచుకుంది మరియు అనుకూలంగా ఉంది.ఈ సాంకేతిక మార్గం చాలా అధిక శక్తి సాంద్రత, దీర్ఘకాల జీవితాన్ని తెస్తుంది మరియు ద్రవ ఆధారిత Li-S (పరిమిత జీవితం, అధిక స్వీయ ఉత్సర్గ, ...) యొక్క ప్రధాన లోపాలను అధిగమిస్తుంది.

ఇంకా, ఈ సాంకేతికత దాని ఉన్నతమైన గ్రావిమెట్రిక్ శక్తి సాంద్రత (Wh/kgలో +30% వాటా) కారణంగా ఘన స్థితి లిథియం-అయాన్‌కు అనుబంధంగా ఉంది.

మనం ఎప్పుడు ఆశించవచ్చు?

ప్రధాన సాంకేతిక అడ్డంకులు ఇప్పటికే అధిగమించబడ్డాయి మరియు మెచ్యూరిటీ స్థాయి పూర్తి స్థాయి ప్రోటోటైప్‌ల వైపు చాలా త్వరగా పురోగమిస్తోంది.

సుదీర్ఘ బ్యాటరీ లైఫ్ అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌ల కోసం, ఈ సాంకేతికత ఘన స్థితి లిథియం-అయాన్ తర్వాత మార్కెట్‌లోకి చేరుతుందని భావిస్తున్నారు.

సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీలు

ఇది ఏమిటి?

సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీలు సాంకేతికత పరంగా ఒక నమూనా మార్పును సూచిస్తాయి.ఆధునిక li-ion బ్యాటరీలలో, అయాన్లు ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ (అయానిక్ వాహకత అని కూడా పిలుస్తారు) అంతటా ఒక ఎలక్ట్రోడ్ నుండి మరొకదానికి కదులుతాయి.ఆల్-సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీలలో, లిక్విడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఒక ఘన సమ్మేళనం ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది, అయినప్పటికీ లిథియం అయాన్‌లు దానిలోనికి మారడానికి అనుమతిస్తుంది.ఈ భావన కొత్తది కాదు, కానీ గత 10 సంవత్సరాలుగా - ప్రపంచవ్యాప్త పరిశోధనల కారణంగా - ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ల యొక్క కొత్త కుటుంబాలు చాలా అధిక అయానిక్ వాహకతతో కనుగొనబడ్డాయి, ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ మాదిరిగానే, ఈ నిర్దిష్ట సాంకేతిక అవరోధాన్ని అధిగమించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

ఈరోజు,సాఫ్ట్రీసెర్చ్ & డెవలప్‌మెంట్ ప్రయత్నాలు 2 ప్రధాన మెటీరియల్ రకాలపై దృష్టి సారించాయి: పాలిమర్‌లు మరియు అకర్బన సమ్మేళనాలు, ప్రాసెసిబిలిటీ, స్థిరత్వం, వాహకత వంటి భౌతిక-రసాయన లక్షణాల సినర్జీని లక్ష్యంగా చేసుకుంటాయి.

దాని ప్రయోజనాలు ఏమిటి?

మొదటి భారీ ప్రయోజనం సెల్ మరియు బ్యాటరీ స్థాయిలలో భద్రతలో గణనీయమైన మెరుగుదల: ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు వాటి ద్రవ ప్రతిరూపాల వలె కాకుండా వేడిచేసినప్పుడు మండవు.రెండవది, ఇది వినూత్నమైన, అధిక-వోల్టేజ్ అధిక-సామర్థ్య పదార్థాల వినియోగాన్ని అనుమతిస్తుంది, స్వీయ-ఉత్సర్గ తగ్గిన ఫలితంగా మెరుగైన షెల్ఫ్-లైఫ్‌తో దట్టమైన, తేలికైన బ్యాటరీలను అనుమతిస్తుంది.అంతేకాకుండా, సిస్టమ్ స్థాయిలో, ఇది సరళీకృత మెకానిక్స్‌తో పాటు థర్మల్ మరియు సేఫ్టీ మేనేజ్‌మెంట్ వంటి అదనపు ప్రయోజనాలను తెస్తుంది.

బ్యాటరీలు అధిక శక్తి-బరువు నిష్పత్తిని ప్రదర్శించగలవు కాబట్టి, అవి ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలలో ఉపయోగించడానికి అనువైనవి కావచ్చు.

మనం ఎప్పుడు ఆశించవచ్చు?

సాంకేతిక పురోగతి కొనసాగుతున్నందున అనేక రకాల ఆల్-సాలిడ్ స్టేట్ బ్యాటరీలు మార్కెట్లోకి వచ్చే అవకాశం ఉంది.మొదటిది గ్రాఫైట్-ఆధారిత యానోడ్‌లతో కూడిన ఘన స్థితి బ్యాటరీలు, మెరుగైన శక్తి పనితీరు మరియు భద్రతను తెస్తుంది.కాలక్రమేణా, మెటాలిక్ లిథియం యానోడ్‌ని ఉపయోగించే తేలికపాటి ఘన స్థితి బ్యాటరీ సాంకేతికతలు వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులోకి రావాలి.