तापमान-लचीला बैटरी चरम मौसम की स्थिति में अच्छी तरह से काम करती है

एक नए अध्ययन के अनुसार, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय सैन डिएगो के इंजीनियरों ने पता लगाया है कि लिथियम आयन बैटरी अत्यधिक ऊर्जा पैक करते हुए चरम मौसम की स्थिति में अच्छा प्रदर्शन करती हैं।
शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि एक इलेक्ट्रोलाइट न केवल व्यापक तापमान रेंज में बहुमुखी और मजबूत है बल्कि उच्च ऊर्जा एनोड और कैथोड के साथ भी संगत है।
अध्ययन के निष्कर्ष प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज जर्नल में प्रकाशित हुए थे।
ऐसी बैटरियां ठंडी जलवायु में इलेक्ट्रिक वाहनों को एक बार चार्ज करने पर आगे की यात्रा करने की अनुमति दे सकती हैं; यूसी सैन डिएगो जैकब्स स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में नैनोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक झेंग चेन ने कहा, वे गर्म मौसम में वाहनों के बैटरी पैक को गर्म रखने के लिए शीतलन प्रणाली की आवश्यकता को भी कम कर सकते हैं।
“आपको उन क्षेत्रों में उच्च तापमान संचालन की आवश्यकता है जहां परिवेश का तापमान तीन अंकों तक पहुंच सकता है और सड़कें और भी गर्म हो जाती हैं।
इलेक्ट्रिक वाहनों में, बैटरी पैक आमतौर पर इन गर्म सड़कों के नजदीक फर्श के नीचे होते हैं, ” चेन ने समझाया, जो यूसी सैन डिएगो सस्टेनेबल पावर एंड एनर्जी सेंटर के संकाय सदस्य भी हैं।
“इसके अलावा, बैटरी ऑपरेशन के दौरान चालू होने से ही गर्म हो जाती है।
अगर बैटरियां उच्च तापमान पर इस वार्मअप को बर्दाश्त नहीं कर सकतीं, तो उनका प्रदर्शन जल्दी खराब हो जाएगा।”
परीक्षणों में, प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट बैटरियों ने अपनी ऊर्जा क्षमता का 87.5% और 115.9% क्रमशः -40 और 50 C (-40 और 122 F) पर बनाए रखा।
उनके पास इन तापमानों पर क्रमशः 98.2% और 98.7% की उच्च कूलम्बिक क्षमताएं थीं, जिसका अर्थ है कि बैटरी काम करना बंद करने से पहले अधिक चार्ज और डिस्चार्ज चक्र से गुजर सकती हैं।
चेन और उनके सहयोगियों ने जो बैटरियां विकसित की हैं, वे अपने इलेक्ट्रोलाइट की बदौलत ठंडी और गर्मी दोनों सहनशील हैं।
यह लिथियम नमक के साथ मिश्रित डिबुटिल ईथर के तरल घोल से बना है।
डिबुटिल ईथर की एक विशेष विशेषता यह है कि इसके अणु लिथियम आयनों से कमजोर रूप से बंधे होते हैं।
दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोलाइट अणु बैटरी के चलने पर लिथियम आयनों को आसानी से जाने दे सकते हैं।
यह कमजोर आणविक संपर्क, शोधकर्ताओं ने पिछले अध्ययन में खोजा था, उप-शून्य तापमान पर बैटरी के प्रदर्शन में सुधार करता है।
साथ ही, dibutyl ईथर आसानी से गर्मी ले सकता है क्योंकि यह उच्च तापमान पर तरल रहता है (इसका क्वथनांक 141 C, या 286 F होता है)।
लिथियम-सल्फर केमिस्ट्री को स्थिर करना
इस इलेक्ट्रोलाइट की खास बात यह है कि यह लिथियम-सल्फर बैटरी के साथ संगत है, जो एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी है जिसमें लिथियम धातु से बना एनोड और सल्फर से बना कैथोड होता है।
लिथियम-सल्फर बैटरी अगली पीढ़ी की बैटरी प्रौद्योगिकियों का एक अनिवार्य हिस्सा हैं क्योंकि वे उच्च ऊर्जा घनत्व और कम लागत का वादा करती हैं।
वे आज की लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में प्रति किलोग्राम दो गुना अधिक ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं – यह बैटरी पैक के वजन में वृद्धि के बिना इलेक्ट्रिक वाहनों की सीमा को दोगुना कर सकता है।
इसके अलावा, पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी कैथोड में उपयोग किए जाने वाले कोबाल्ट की तुलना में सल्फर अधिक प्रचुर मात्रा में और स्रोत के लिए कम समस्याग्रस्त है।
लेकिन लिथियम-सल्फर बैटरी में समस्याएं हैं।
कैथोड और एनोड दोनों अति प्रतिक्रियाशील हैं।
सल्फर कैथोड इतने प्रतिक्रियाशील होते हैं कि वे बैटरी संचालन के दौरान घुल जाते हैं।
उच्च तापमान पर यह समस्या और बढ़ जाती है।
और लिथियम धातु के एनोड में डेंड्राइट नामक सुई जैसी संरचनाएं बनने का खतरा होता है जो बैटरी के कुछ हिस्सों को छेद सकती हैं, जिससे यह शॉर्ट-सर्किट हो सकता है।
नतीजतन, लिथियम-सल्फर बैटरी केवल दसियों चक्रों तक चलती है।
“यदि आप उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी चाहते हैं, तो आपको आमतौर पर बहुत कठोर, जटिल रसायन विज्ञान का उपयोग करने की आवश्यकता होती है,” चेन ने कहा।
“उच्च ऊर्जा का अर्थ है अधिक प्रतिक्रियाएं हो रही हैं, जिसका अर्थ है कम स्थिरता, अधिक गिरावट।
एक उच्च-ऊर्जा बैटरी को स्थिर बनाना अपने आप में एक कठिन कार्य है – एक विस्तृत तापमान सीमा के माध्यम से ऐसा करने का प्रयास करना और भी अधिक चुनौतीपूर्ण है।”
यूसी सैन डिएगो टीम द्वारा विकसित डिबुटिल ईथर इलेक्ट्रोलाइट उच्च और निम्न तापमान पर भी इन मुद्दों को रोकता है।
उन्होंने जिन बैटरियों का परीक्षण किया, उनमें सामान्य लिथियम-सल्फर बैटरी की तुलना में साइकिल चलाने का जीवन अधिक था।
“हमारा इलेक्ट्रोलाइट उच्च चालकता और इंटरफेसियल स्थिरता प्रदान करते हुए कैथोड पक्ष और एनोड पक्ष दोनों को बेहतर बनाने में मदद करता है,” चेन ने कहा।
टीम ने सल्फर कैथोड को बहुलक में ग्राफ्ट करके अधिक स्थिर बनाने के लिए भी इंजीनियर किया।
यह अधिक सल्फर को इलेक्ट्रोलाइट में घुलने से रोकता है।
अगले चरणों में बैटरी रसायन विज्ञान को बढ़ाना, इसे और भी अधिक तापमान पर काम करने के लिए अनुकूलित करना और चक्र जीवन को आगे बढ़ाना शामिल है।