नवीन बैटरी डिज़ाइन इलेक्ट्रिक वाहनों को सुरक्षित, अधिक विश्वसनीय बना सकता है

जापानी शोधकर्ताओं ने एक नई प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी विकसित की है जो अंततः इलेक्ट्रिक वाहनों के सामने आने वाली सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक को हल कर सकती है: ऊर्जा-सघन बैटरी बनाना जो सुरक्षा जोखिम पैदा नहीं करती है। नवोन्वेषी डिज़ाइन ठोस और तरल घटकों को जोड़ती है जिसे वैज्ञानिक “अर्ध-ठोस-अवस्था” बैटरी कहते हैं, जो संभावित रूप से दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ की पेशकश करती है।

जापान में दोशिशा विश्वविद्यालय और टीडीके कॉर्पोरेशन में रयोसुके किडो के नेतृत्व में अनुसंधान टीम ने प्रदर्शित किया कि उनकी नवीन बैटरी डिजाइन पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में सुरक्षा में नाटकीय रूप से सुधार करते हुए उच्च प्रदर्शन बनाए रखती है। उनके निष्कर्ष 15 नवंबर, 2024 को जर्नल ऑफ़ एनर्जी स्टोरेज में प्रकाशित हुए थे।

“उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त करने के लिए सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों की क्षमता बढ़ाने से चक्र प्रदर्शन और सुरक्षा कम हो जाती है,” किडो ने समझाया। “तरल इलेक्ट्रोलाइट और ठोस इलेक्ट्रोलाइट को मिलाकर हमने जो ज्वाला-मंदक अर्ध-ठोस-अवस्था बैटरी विकसित की है, वह उच्च ऊर्जा घनत्व वाली सभी-ठोस-अवस्था बैटरियों के लिए एक सुरक्षित और अधिक टिकाऊ विकल्प प्रदान करती है।”

एक सतत चुनौती का समाधान

यह सफलता उस मूलभूत समस्या का समाधान करती है जिसने लंबे समय से बैटरी शोधकर्ताओं को परेशान किया है। जबकि ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों को तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करने वाली पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में अधिक सुरक्षित माना जाता है, लेकिन ठोस घटकों के बीच अपूर्ण संपर्क के कारण वे खराब प्रदर्शन से ग्रस्त हैं। नया डिज़ाइन वह बनाता है जिसे इंजीनियर घटकों के बीच “संयुक्त इंटरफ़ेज़” कहते हैं, जो सुरक्षा बनाए रखते हुए बेहतर आयन स्थानांतरण की अनुमति देता है।

शोधकर्ताओं ने बैटरी में प्रत्येक इलेक्ट्रोड के लिए तैयार किए गए विशेष गैर-ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट समाधान विकसित करके इसे हासिल किया। इन समाधानों को इलेक्ट्रोड और उनके बीच ठोस सिरेमिक विभाजक दोनों के साथ संगत होने के लिए सावधानीपूर्वक डिजाइन किया गया था। जब परीक्षण किया गया, तो प्रोटोटाइप बैटरियों ने सुरक्षा विशेषताओं में उल्लेखनीय सुधार दिखाते हुए उत्कृष्ट प्रदर्शन किया।

आशाजनक सुरक्षा परिणाम

कठोर सुरक्षा परीक्षण में, नई बैटरी डिज़ाइन ने उच्च तापमान पर उल्लेखनीय स्थिरता दिखाई। जबकि पारंपरिक बैटरियां 110°C के आसपास खतरनाक व्यवहार दिखाना शुरू कर देती हैं, नया डिज़ाइन लगभग 140°C तक स्थिर रहता है। इससे भी अधिक प्रभावशाली ढंग से, यह 400 डिग्री सेल्सियस तक शॉर्ट-सर्किट का प्रतिरोध करता है – जो पारंपरिक डिजाइनों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुरक्षा सुधार है।

भविष्य के अनुप्रयोगों की ओर देखते हुए, किडो ने व्यापक निहितार्थों पर जोर दिया: “जैसे-जैसे दुनिया कार्बन तटस्थता की ओर बढ़ रही है, हाल के वर्षों में इलेक्ट्रिक वाहन महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। विस्तारित जीवनकाल वाली अत्यधिक सुरक्षित ऑटोमोटिव बैटरियां विकसित करना महत्वपूर्ण है। हमारे अध्ययन से प्राप्त अर्ध-सॉलिड-स्टेट बैटरी में तरल-आधारित एलआईबी की दीर्घायु में सुधार करने और सभी सॉलिड-स्टेट बैटरियों की सुरक्षा बनाए रखते हुए ऊर्जा घनत्व बढ़ाने की क्षमता है।

अगले कदम

हालाँकि परिणाम आशाजनक हैं, प्रौद्योगिकी के व्यावसायीकरण से पहले कुछ चुनौतियाँ बनी हुई हैं। शोधकर्ताओं का कहना है कि जिस दर पर बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज हो सकती है उसमें सुधार की अभी भी आवश्यकता है, जिसके लिए पतले ठोस इलेक्ट्रोलाइट घटकों के विकास की आवश्यकता हो सकती है।

अनुसंधान को आंशिक रूप से जापान के नई ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (एनईडीओ) द्वारा ऊर्जा और पर्यावरण प्रौद्योगिकियों के लिए अपने उन्नत अनुसंधान कार्यक्रम के माध्यम से समर्थित किया गया था।

चूंकि वैश्विक स्तर पर इलेक्ट्रिक वाहन अपनाने में तेजी जारी है, इस तरह के नवाचार उपभोक्ताओं द्वारा मांगे गए उच्च प्रदर्शन को बनाए रखते हुए बैटरी सुरक्षा के बारे में लगातार चिंताओं को दूर करने में मदद कर सकते हैं। यह तकनीक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर ग्रिड स्टोरेज सिस्टम तक सुरक्षित, उच्च-प्रदर्शन बैटरी की आवश्यकता वाले अन्य क्षेत्रों में भी अनुप्रयोग पा सकती है।