लवचिक सॉलिड स्टेट बॅटरी काय आहेत?

आंतरराष्ट्रीय शास्त्रज्ञांच्या गटाने एक नवीन प्रकारची सॉलिड-स्टेट बॅटरी विकसित केली आहे जी इलेक्ट्रिक वाहनांची श्रेणी वाढवू शकते आणि लॅपटॉप आणि स्मार्टफोनमधील आग रोखू शकते. लेखक प्रगत ऊर्जा सामग्रीमध्ये त्यांच्या निष्कर्षांचे वर्णन करतात. पारंपारिक रिचार्जेबल बॅटरीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सच्या जागी 'सॉलिड', सिरॅमिक बॅटरी वापरून ते अधिक प्रभावी, दीर्घकाळ टिकणाऱ्या बॅटरी तयार करण्यास सक्षम आहेत ज्या वापरासाठी देखील सुरक्षित आहेत. संशोधकांना आशा आहे की हे फायदे इलेक्ट्रिक कारसह सर्व प्रकारच्या उपकरणांसाठी अधिक कार्यक्षम, हिरव्या बॅटरीसाठी मार्ग मोकळा करू शकतात.

अभ्यासाचे लेखक, यूएस आणि यूके, काही काळ लिथियम आयन बॅटरीमधील द्रव इलेक्ट्रोलाइट्सचे पर्याय शोधत आहेत. 2016 मध्ये त्यांनी सॉलिड-स्टेट बॅटरी विकसित करण्याची घोषणा केली जी पारंपारिक लिथियम आयन पेशींच्या दुप्पट व्होल्टेजवर कार्य करू शकते, परंतु समान कार्यक्षमतेसह.

त्यांची नवीनतम रचना या पूर्वीच्या आवृत्तीत लक्षणीय सुधारणा दर्शवते, MIT मधील संशोधक प्रोफेसर डोनाल्ड सॅडोवे यांनी नमूद केले की सुधारणेसाठी अजूनही जागा आहे: "उच्च तापमानात सिरेमिक सामग्रीमध्ये उच्च आयनिक चालकता प्राप्त करणे कठीण आहे," त्यांनी स्पष्ट केले. "ही एक यशस्वी कामगिरी होती." संशोधकांना आशा आहे की या सुधारित बॅटरीच्या चाचणीनंतर इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी किंवा विमानांना उर्जा देण्यासाठी योग्य असल्याचे सिद्ध होईल.

सॉलिड स्टेटमध्ये बॅटरीचे अतिउष्णतेमुळे होणारे नुकसान ज्वलनशील, द्रव पदार्थांऐवजी सिरॅमिक इलेक्ट्रोलाइट्स वापरून रोखले जाते. जर बॅटरी खराब झाली आणि सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट अक्षरे प्रज्वलित होण्याऐवजी जास्त गरम होऊ लागली, ज्यामुळे ती आग होण्यापासून प्रतिबंधित करते. या घन पदार्थांच्या संरचनेतील छिद्र त्यांना घन पदार्थांच्या आत विस्तारित नेटवर्कमधून फिरत असलेल्या आयनसह विद्युत चार्जचा जास्त भार वाहून नेण्यास सक्षम करतात.

या वैशिष्ट्यांचा अर्थ असा आहे की शास्त्रज्ञ ज्वलनशील द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स असलेल्या बॅटरीच्या तुलनेत त्यांच्या बॅटरीचे व्होल्टेज आणि कॅपेसिटन्स दोन्ही वाढविण्यात सक्षम आहेत. खरं तर, प्रोफेसर सडोवे म्हणाले: "आम्ही 12 डिग्री सेल्सिअस [90°F] वर कार्यरत असलेल्या 194 व्होल्टसह लिथियम-एअर सेलचे प्रात्यक्षिक केले. ते इतर कोणाच्याही साध्य करण्यापेक्षा जास्त आहे."

या नवीन बॅटरी डिझाइनमध्ये ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्सपेक्षा इतर संभाव्य फायदे आहेत, ज्यात सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट्स सामान्यतः सेंद्रिय इलेक्ट्रोलाइट्सपेक्षा अधिक स्थिर असतात. "आश्चर्यकारक गोष्ट म्हणजे ते किती चांगले कार्य करते," प्रोफेसर सडोवे म्हणाले. "आम्ही या सेलमध्ये टाकल्यापेक्षा जास्त ऊर्जा आम्हाला मिळाली."

ही स्थिरता उत्पादकांना लॅपटॉप किंवा इलेक्ट्रिक कारमध्ये मोठ्या प्रमाणात सॉलिड-स्टेट सेल पॅक करण्याची परवानगी देऊ शकते, त्यांना जास्त गरम झाल्याची चिंता न करता, डिव्हाइस अधिक सुरक्षित बनवते आणि त्यांचे कार्यात्मक आयुष्य वाढवते. सध्या, जर या प्रकारच्या बॅटरी जास्त गरम झाल्या तर त्यांना आग लागण्याचा धोका आहे - जसे अलीकडे Samsung Galaxy Note 7 फोनमध्ये घडले आहे. परिणामी ज्वाळा पसरू शकत नाहीत कारण ज्वलन टिकवून ठेवण्यासाठी पेशींमध्ये हवा नसते; खरंच, ते सुरुवातीच्या नुकसानीच्या जागेच्या पलीकडे पसरू शकणार नाहीत.

हे घन पदार्थ देखील खूप दीर्घकाळ टिकणारे असतात; याउलट, ज्वलनशील द्रव इलेक्ट्रोलाइट्ससह लिथियम आयन बॅटरी बनवण्याचे काही प्रयत्न, जे जास्त तापमानात (100°C पेक्षा जास्त) कार्य करतात, 500 किंवा 600 चक्रांनंतर नियमितपणे आग लागतात. सिरॅमिक इलेक्ट्रोलाइट्स आग न लावता 7500 पेक्षा जास्त चार्ज/डिस्चार्ज चक्रांचा सामना करू शकतात."

नवीन निष्कर्ष EVs ची श्रेणी वाढवणे आणि स्मार्टफोनची आग रोखणे या दोन्हीसाठी अत्यंत महत्त्वपूर्ण असू शकतात. सॅडोवे यांच्या मते: "जुन्या पिढ्यांमधील बॅटरीजमध्ये लीड ऍसिड [कार] स्टार्टर बॅटरी होत्या. त्यांची श्रेणी कमी होती परंतु त्या अविश्वसनीयपणे विश्वासार्ह होत्या," ते म्हणाले की त्यांची अनपेक्षित कमकुवतता ही होती की "जर ते सुमारे 60 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त गरम झाले तर त्याला आग लागेल."

आजच्या लिथियम आयन बॅटर्‍या, ते स्पष्ट करतात, यापासून एक पाऊल पुढे आहे. "त्यांच्याकडे एक लांब पल्ला आहे परंतु तीव्र अतिउष्णतेमुळे आणि आग लागल्यामुळे त्यांचे नुकसान होऊ शकते," ते म्हणाले की नवीन सॉलिड-स्टेट बॅटरी संभाव्यत: एक "मूलभूत प्रगती" आहे कारण यामुळे अधिक विश्वासार्ह, सुरक्षित उपकरणे होऊ शकतात.

MIT मधील शास्त्रज्ञांना असे वाटते की हे तंत्रज्ञान मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाण्यासाठी पाच वर्षे लागू शकतात परंतु पुढील वर्षाच्या सुरुवातीस सॅमसंग किंवा ऍपल सारख्या मोठ्या उत्पादकांकडून स्मार्टफोनमध्ये अशा प्रकारच्या बॅटरी बसवल्या जातील अशी त्यांना आशा आहे. लॅपटॉप आणि इलेक्ट्रिक वाहनांसह फोन व्यतिरिक्त या सेलसाठी अनेक व्यावसायिक उपयोग आहेत, असेही त्यांनी नमूद केले.

तथापि, प्रोफेसर सॅडोवे सावध करतात की तंत्रज्ञान परिपूर्ण होण्यापूर्वी अजून काही मार्ग आहे. "आमच्याकडे एक सेल आहे जो खरोखरच उत्कृष्ट दिसत आहे परंतु ते अगदी सुरुवातीचे दिवस आहेत ... आम्हाला अद्याप मोठ्या प्रमाणात, उच्च-शक्ती घनतेच्या इलेक्ट्रोडसह पेशी बनवायचे आहेत."

सॅडोवेचा विश्वास आहे की ही प्रगती ताबडतोब मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारली जाईल कारण त्यात केवळ जास्त श्रेणीसह ईव्हीला इंधन देण्याची क्षमता नाही तर स्मार्टफोनची आग रोखण्याची क्षमता देखील आहे. बहुतेक उत्पादकांना त्यांच्या सुरक्षिततेची आणि विश्वासार्हतेची खात्री पटल्यानंतर पाच वर्षांपेक्षा कमी कालावधीत सॉलिड स्टेट बॅटर्‍या सार्वत्रिकपणे वापरल्या जाऊ शकतात असा त्यांचा अंदाज कदाचित अधिक आश्चर्यकारक आहे.