कम लागत वाली बैटरी के लिए एक नई अवधारणा

सस्ती और प्रचुर मात्रा में सामग्री से बनी एल्युमीनियम-सल्फर बैटरी अक्षय ऊर्जा स्रोतों के लिए कम लागत वाली बैकअप स्टोरेज प्रदान कर सकती है।

जैसे-जैसे दुनिया पवन और सौर ऊर्जा प्रणालियों के बड़े पैमाने पर प्रतिष्ठानों का निर्माण करती है, सूरज ढलने और हवा शांत होने पर बिजली प्रदान करने के लिए किफायती और बड़े पैमाने पर बैकअप सिस्टम की आवश्यकता तेजी से बढ़ रही है। यह बढ़ रहा है।आज का दि लिथियम-आयन बैटरी अभी भी बहुत महंगी हैं ऐसे अधिकांश अनुप्रयोगों, और अन्य विकल्पों जैसे पंप किए गए हाइड्रो के लिए विशिष्ट भूभाग की आवश्यकता होती है जो हमेशा उपलब्ध नहीं होता है।

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अब, एमआईटी और अन्य के शोधकर्ताओं ने पूरी तरह से प्रचुर मात्रा में और सस्ते सामग्री से बने बैटरी की एक नई श्रेणी विकसित की है। यह उस अंतर को भरने में मदद कर सकता है।

जर्नल में पिघला हुआ नमक इलेक्ट्रोलाइट के साथ दो इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में एल्यूमीनियम और सल्फर का उपयोग करके एक नई बैटरी वास्तुकला का वर्णन किया गया है। प्रकृतिका कागज़ MIT के प्रोफेसर डोनाल्ड साडोवे और MIT, चीन, कनाडा, केंटकी और टेनेसी के 15 शोधकर्ता।

“मैं छोटे पैमाने पर स्थिर भंडारण के लिए बैटरी का आविष्कार करना चाहता था और आखिरकार, ऑटोमोबाइल, लिथियम-आयन बैटरी से बेहतर, बेहतर। [uses]सामग्री रसायन विज्ञान सुडवे के जॉन एफ इलियट एमेरिटस प्रोफेसर बताते हैं।

लिथियम-आयन बैटरी महंगी होती हैं और इनमें ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं, जिससे वे परिवहन के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं। इसलिए सडोवे ने आवर्त सारणी का अध्ययन करने के लिए एक सस्ते, पृथ्वी-प्रचुर धातु की तलाश की, जो लिथियम की जगह ले सके। उनका कहना है कि लोहे, व्यावसायिक रूप से प्रमुख धातु, में कुशल बैटरी के लिए उपयुक्त विद्युत रासायनिक गुण नहीं हैं। हालांकि, बाजार में दूसरी सबसे प्रचुर मात्रा में धातु, और वास्तव में पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में धातु, एल्यूमीनियम है। “तो मैंने कहा कि चलो इसे एक बुकेंड बनाते हैं। यह एल्यूमीनियम होने जा रहा है,” वे कहते हैं।

इसके बाद, हमने तय किया कि अन्य इलेक्ट्रोड के लिए एल्यूमीनियम के साथ क्या संयोजन करना है, और चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान आयनों को आगे और पीछे ले जाने के लिए किस तरह का इलेक्ट्रोलाइट डालना है। सल्फर सभी अधातुओं में सबसे सस्ता है, इसलिए यह दूसरी इलेक्ट्रोड सामग्री बन गई। इलेक्ट्रोलाइट के लिए, “हम कभी भी एक वाष्पशील, ज्वलनशील कार्बनिक तरल का उपयोग करने का इरादा नहीं रखते थे,” सडोवे कहते हैं। पानी के क्वथनांक के करीब, अपेक्षाकृत कम गलनांक वाले विभिन्न पिघले हुए लवणों की जांच की, जैसा कि . के विपरीत व्यावहारिक हो जाता है, ” वह कहते हैं।

अंतिम तीन सामग्रियां सस्ती और आसानी से उपलब्ध थीं। सल्फर, अक्सर तेल शोधन जैसी प्रक्रियाओं से अपशिष्ट उत्पाद। और व्यापक रूप से उपलब्ध नमक। “सामग्री सस्ती, सुरक्षित है, और जलती नहीं है,” सुडवे कहते हैं।

अपने प्रयोगों में, टीम ने दिखाया कि बैटरी कोशिकाएं बहुत अधिक चार्जिंग दरों पर सैकड़ों चक्रों का सामना कर सकती हैं, प्रति सेल अनुमानित लागत जो तुलनीय लिथियम-आयन कोशिकाओं की तुलना में लगभग एक-छठा है। उन्होंने दिखाया कि चार्जिंग गति ऑपरेटिंग तापमान पर अत्यधिक निर्भर थी, जो 25 डिग्री सेल्सियस (77 डिग्री फ़ारेनहाइट) की तुलना में 110 डिग्री सेल्सियस (230 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर 25 गुना तेज दर दिखाती है।

हैरानी की बात है कि टीम ने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में चुना पिघला हुआ नमक केवल एक आकस्मिक लाभ के लिए निकला क्योंकि इसका पिघलने बिंदु कम था। बैटरी विश्वसनीयता में सबसे बड़ी समस्याओं में से एक डेन्ड्राइट का निर्माण है। यह धातु का एक पतला स्पाइक है जो एक इलेक्ट्रोड पर बनता है और अंततः दूसरे इलेक्ट्रोड को छूने के लिए बढ़ता है, जिससे शॉर्ट सर्किट होता है और दक्षता कम हो जाती है। लेकिन यह विशेष नमक उस खराबी को रोकने में बहुत अच्छा होता है।

सडोवे कहते हैं, “उन्होंने जो क्लोरोल्यूमिनेट्स चुना, वह “अनिवार्य रूप से इन भगोड़े डेंड्राइट्स को बहुत तेजी से चार्ज करने की अनुमति देते हुए सेवानिवृत्त हुए।” “हमने बहुत अधिक चार्जिंग दरों पर प्रयोग किए, चार्जिंग एक मिनट से भी कम समय में पूरी हो गई, और डेंड्राइट शॉर्ट-सर्किटिंग के कारण कोई भी सेल नहीं खोया।”

“दिलचस्प,” वे कहते हैं। क्योंकि सबसे कम गलनांक वाले नमक को खोजने पर ध्यान केंद्रित किया गया था। “अगर हमने डेंड्रिटिक शंटिंग को रोककर शुरू किया होता, तो मुझे यकीन नहीं होता कि हम जानते होंगे कि इसे कैसे आगे बढ़ाया जाए,” सडोवे कहते हैं। “मुझे लगता है कि यह हमारे लिए एक संयोग था।”

इसके अतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखने के लिए बैटरी को बाहरी ताप स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। गर्मी स्वाभाविक रूप से विद्युत रासायनिक रूप से बैटरी के चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से उत्पन्न होती है। “चार्जिंग से गर्मी पैदा होती है, जो नमक को जमने से बचाती है, और डिस्चार्ज करने से गर्मी भी पैदा होती है,” सुडवे कहते हैं। उदाहरण के लिए, एक फोटोवोल्टिक इंस्टॉलेशन में लोड लेवलिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक सामान्य इंस्टॉलेशन कहता है, “जब सूरज चमक रहा होता है तो हम बिजली स्टोर करते हैं और अंधेरा होने पर इसे खींचते हैं, और हम इसे हर दिन करते हैं। चार्जिंग, आइडलिंग, डिस्चार्जिंग, आइडलिंग पर्याप्त है। चीजों को तापमान पर रखने के लिए पर्याप्त गर्मी पैदा करने के लिए।”

उनके अनुसार, यह नया बैटरी फॉर्मूलेशन एक घर या छोटे से मध्यम आकार के व्यवसाय को बिजली देने के लिए आवश्यक आकार के प्रतिष्ठानों के लिए आदर्श है, जिससे दसियों किलोवाट-घंटे की भंडारण क्षमता पैदा होती है।

दसियों से सैकड़ों मेगावाट-घंटे की बड़े पैमाने पर स्थापना के लिए, अन्य प्रौद्योगिकियां जैसे कि तरल धातु बैटरी जिसे साडोवे और उनके छात्रों ने कुछ साल पहले विकसित किया था, जो अंबरी नामक एक स्पिन-ऑफ कंपनी का आधार बनी। अधिक प्रभावी हो सकती है। हम अगले साल के भीतर पहले उत्पादों को वितरित करेंगे।अपने आविष्कार के लिए, Sadoway हाल ही में पुरस्कार इस साल का यूरोपीय आविष्कारक पुरस्कार।

सडोवे का कहना है कि एल्यूमीनियम-सल्फर बैटरी का लघुकरण भी उन्हें इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशनों जैसे अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक बना सकता है। उन्होंने तर्क दिया कि जब आज के गैसोलीन ईंधन पंपों की तरह सड़क पर इलेक्ट्रिक कारें काफी आम हो गईं, तो कई कारें एक साथ चार्ज करना चाहेंगी, “इसे बैटरी से करने की कोशिश करना एक त्वरित चार्ज होगा।” यदि आपको इसकी आवश्यकता है, तो एम्परेज इतना अधिक है कि आपके पास उस लाइन पर एम्परेज की मात्रा नहीं है जो सुविधा को खिलाती है। ”इसलिए यदि आपके पास एक बैटरी सिस्टम है जो इस शक्ति को स्टोर कर सकता है और जरूरत पड़ने पर इसे जल्दी से छोड़ सकता है, संभावित रूप से स्थापित करने की आवश्यकता को समाप्त कर सकता है। इन चार्जर्स को समायोजित करने के लिए महंगी नई बिजली लाइनें।

नई तकनीक अवंती नामक एक नई स्पिन-ऑफ कंपनी का आधार है, जिसके पास सडोवे और लुइस ऑर्टिज़ ’96 एससीडी ’00 (जो अंबरी के सह-संस्थापक भी थे) द्वारा सह-स्थापित सिस्टम पर पेटेंट लाइसेंस प्राप्त है। “कंपनी के लिए पहला काम यह दिखाना है कि यह बड़े पैमाने पर काम करता है,” सैडोवे कहते हैं, इसके बाद सैकड़ों चार्जिंग साइकिल चलाने सहित तनाव परीक्षणों की एक श्रृंखला होती है।

क्या कोई जोखिम है कि सल्फर-आधारित बैटरी किसी प्रकार की गंधक से संबंधित गंध विकसित करेगी? सडोवे कहते हैं, मौका नहीं। “सड़े हुए अंडे की गंध एक गैस, हाइड्रोजन सल्फाइड में होती है। यह मौलिक सल्फर है, जो कोशिकाओं के अंदर फंसा हुआ है,” वह रसोई में लिथियम-आयन बैटरी खोलने की कोशिश करते समय कहते हैं (और घर पर यह कोशिश मत करो!), ” हवा में नमी प्रतिक्रिया करती है और सभी प्रकार की गंदगी पैदा करना शुरू कर देती है। गैसें भी। ये वैध प्रश्न हैं, लेकिन बैटरियों को सील कर दिया जाता है और एक खुले कंटेनर में नहीं, इसलिए मुझे इसकी चिंता नहीं है।”

द्वारा लिखित डेविड एल. चांडलर

चटनी: मेसाचुसेट्स प्रौद्योगिक संस्थान