शंघाई - एक महत्वपूर्ण प्रगति में जो इलेक्ट्रिक वाहनों के भविष्य को नया रूप दे सकती है, चीनी शोधकर्ताओं ने ठोस-अवस्था लिथियम बैटरी विफलताओं के पीछे एक तंत्र की पहचान की है।

यह ऐसे समय में आया है जब चीन लिथियम बैटरी उद्योग में एक वैश्विक नेता बन गया है। देश अब अपने अंतरराष्ट्रीय प्रतिद्वंद्वियों, विशेष रूप से जापान और कोरिया गणराज्य से, अगली पीढ़ी की बैटरी तकनीकों को अपनाने के लिए दौड़ लगा रहा है।

ठोस-अवस्था बैटरी, जिन्हें आने वाले दशक में सबसे आशाजनक समाधानों में से एक माना जाता है, ऊर्जा भंडारण में क्रांति ला सकती हैं। हालांकि, उनकी तकनीकी बाधाओं को दूर करना वर्तमान में सबसे बड़ी चुनौती बनी हुई है।

मूल कारण खोजना

पारंपरिक बैटरियों में उपयोग किए जाने वाले तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के विपरीत, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स चार्जिंग चक्रों के दौरान लिथियम के विस्तार और संकुचन के कारण होने वाले तनावों को अवशोषित करने के लिए संघर्ष करते हैं।

ये तनाव दरारें या डेंड्राइट्स का निर्माण कर सकते हैं - छोटी, सुई जैसी संरचनाएं जो शॉर्ट सर्किट को ट्रिगर कर सकती हैं - इस प्रकार प्रौद्योगिकी के औद्योगीकरण के लिए बड़ी चुनौतियां पेश करती हैं।

अपने नए अध्ययन में, टोंगजी विश्वविद्यालय और विज्ञान और प्रौद्योगिकी के हुआझोंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि ठोस-अवस्था बैटरी की विफलताएं लिथियम धातु एनोड की चक्र थकान से निकटता से जुड़ी हुई हैं।

उन्होंने यह भी देखा कि यह थकान अच्छी तरह से परिभाषित यांत्रिक सिद्धांतों का पालन करती है, जैसे बार-बार पेपरक्लिप को मोड़ना उसे कमजोर करता है जब तक कि वह अंततः टूट न जाए।

यह खोज, शुक्रवार को जर्नल साइंस में प्रकाशित हुई, बैटरी जीवन चक्रों की भविष्यवाणी करने के लिए एक मात्रात्मक ढांचा प्रदान करती है और लंबे समय तक चलने वाली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए नए रास्ते खोलती है।

"इस काम में ठोस-अवस्था बैटरियों में लिथियम धातु एनोड के प्रदर्शन में थकान के महत्व को मान्यता दी गई है," अमेरिकी बैटरी वैज्ञानिकों जगजीत नंदा और सर्गी कलनाउस ने शोध पर एक परिप्रेक्ष्य में कहा।

बैटरी क्रांति

यह शोध हाल के वर्षों में इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में चीन के निरंतर अनुसंधान और विकास निवेश पर जोर देता है। ये सफलताएं अब चीन के औद्योगिक लाभ को बढ़ावा दे रही हैं और बैटरी प्रौद्योगिकी में आगामी क्रांति में देश की सफलता को दोहराने के लिए मंच तैयार कर रही हैं।

ठोस-अवस्था बैटरी, तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के बजाय ठोस का उपयोग करते हुए, पारंपरिक तरल लिथियम-आयन बैटरियों (200-300 Wh/kg) की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व (500 Wh/kg तक) प्राप्त करती हैं। यह समान मात्रा में अधिक ऊर्जा प्रदान करता है और बैटरी के आकार को कम करता है।

इनमें बेहतर तापीय स्थिरता, गैर-ज्वलनशीलता और तरल रिसाव का कोई जोखिम भी नहीं है, जो आत्म-प्रज्वलन और विस्फोट के जोखिम को काफी कम करता है।

त्सिंघुआ विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और नई ऊर्जा बिजली प्रणालियों के विशेषज्ञ ओयांग मिंगगाओ ने भविष्यवाणी की कि 500 Wh/kg का ऊर्जा घनत्व प्राप्त करना सामग्री विज्ञान में महत्वपूर्ण प्रगति पर निर्भर करेगा, जिसमें 2027 को सफलता नवाचारों के लिए एक महत्वपूर्ण वर्ष माना जाएगा।

चीनी बैटरी दिग्गज CATL और BYD ने 2027 को ठोस-अवस्था बैटरियों के छोटे पैमाने पर उत्पादन के लिए अपना लक्ष्य निर्धारित किया है।

वैज्ञानिक टीमें तकनीकों के व्यावसायीकरण में तेजी लाने के लिए फ्रंटलाइन बैटरी कंपनियों के साथ अपने सहयोग को तेज कर रही हैं।

चीनी विज्ञान अकादमी के तहत शेन्ज़ेन इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड टेक्नोलॉजी ने BYD के साथ एक सहयोग समझौते पर हस्ताक्षर किए हैं, जो ठोस-अवस्था बैटरियों जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित कर रहा है।

BYD के बैटरी डिवीजन के CTO सन हुआजुन ने भविष्यवाणी की कि ठोस-अवस्था बैटरी लगभग 2030 तक बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग प्राप्त कर लेंगी।

बड़े पैमाने पर ठोस-अवस्था बैटरियों के उत्पादन में चीन का लाभ इसके विशाल उद्योग और बाजार पैमाने में निहित है।

"सबसे पूर्ण औद्योगिक श्रृंखला, सबसे बड़े बाजार और सबसे अधिक शोधकर्ताओं के साथ, हमें इस तकनीक के लिए चीन के दृष्टिकोण और रोडमैप पर बहुत भरोसा है," SAIC मोटर के उपाध्यक्ष ज़ू सिजी ने कहा।