एक ऐसी तकनीक जो नाटकीय रूप से रेंज बढ़ा सकती है और इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बैटरियों के चार्जिंग समय को कम कर सकती है, जल्द ही कई और कारों में आ सकती है। यह तकनीक आमतौर पर लिथियम-आयन ईवी बैटरियों के नकारात्मक चार्ज एनोड पर उपयोग किए जाने वाले ग्रेफाइट को सिलिकॉन से बदल देती है।
पैनासोनिक ने हाल ही में 2024 में कंपनी की मौजूदा बैटरी उत्पादन लाइन में प्रौद्योगिकी को एकीकृत करने के लिए सिला नैनोटेक्नोलॉजीज के साथ साझेदारी की घोषणा की, जो सिलिकॉन एनोड बनाती है।
संबंधित: इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियां कैसे काम करती हैं, और उनके गुणों पर क्या प्रभाव पड़ता है?
2023 में 14 मिलियन से अधिक इलेक्ट्रिक वाहन बेचे गए, और आने वाले वर्षों में उनकी लोकप्रियता बढ़ने की उम्मीद है। वर्तमान में, ये वाहन उच्च-प्रदर्शन लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करते हैं। हालाँकि ये बैटरियाँ हर दिन बेहतर हो रही हैं, फिर भी कुछ बाधाएँ उनकी उपयोगिता और सुविधा को सीमित करती हैं।
मुख्य वैज्ञानिक अधिकारी, अज़ीन फहीमी, “अपने आकार और वजन के संबंध में ऊर्जा को संग्रहीत करने की बैटरी की क्षमता, जिसे ऊर्जा घनत्व के रूप में जाना जाता है, इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह उस दूरी को प्रभावित करती है जिसे वे एक बार चार्ज करने पर तय कर सकते हैं।” सिएन्ज़ा एनर्जी यू.एस. में, जो सिला द्वारा बनाए जा रहे सिलिकॉन एनोड कार्यान्वयन से भिन्न सिलिकॉन एनोड कार्यान्वयन पर काम कर रही एक टीम का नेतृत्व करते हैं, ने लाइव साइंस को बताया। “एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू बिजली घनत्व है, जो दर्शाता है कि बैटरी कितनी तेजी से ऊर्जा की आपूर्ति कर सकती है।”
दूसरे शब्दों में, यदि कोई कार चार्ज के बीच बहुत दूर तक नहीं जा सकती है, तो यह कई उपभोक्ताओं के लिए नॉनस्टार्टर है। तो नए सिलिकॉन एनोड का रेंज और चार्ज समय पर इतना नाटकीय प्रभाव क्यों पड़ता है?
बैटरियां इलेक्ट्रोड या दो विद्युत चालकों के बीच आवेशित कणों, जिन्हें आयन कहा जाता है, की गति पर निर्भर करती हैं। चार्जिंग के दौरान, लिथियम आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) से, इलेक्ट्रोलाइट नामक एक संवाहक समाधान के माध्यम से, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) में चले जाते हैं, जहां वे तब तक संग्रहीत रहते हैं जब तक कि बिजली की आवश्यकता न हो।
फहीमी ने कहा, “जब बैटरी किसी उपकरण को बिजली प्रदान कर रही होती है, तो लिथियम आयन एनोड से कैथोड में वापस चले जाते हैं।” “आयनों की यह गति इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट के माध्यम से प्रवाहित करने की अनुमति देती है, जिससे एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है जो डिवाइस को शक्ति प्रदान करता है।”
क्योंकि आयनों को एनोड पर तब तक संग्रहीत किया जाता है जब तक कि उन्हें कार को बिजली देने की आवश्यकता न हो, एनोड सामग्री बैटरी के प्रदर्शन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
एक अच्छे एनोड सामग्री में उच्च ऊर्जा घनत्व सुनिश्चित करने के लिए उच्च लिथियम भंडारण क्षमता होनी चाहिए, कुशल इलेक्ट्रॉन प्रवाह को सुविधाजनक बनाने के लिए अच्छी विद्युत चालकता, [और] तेजी से चार्जिंग क्षमताओं के लिए तेज आयन परिवहन, “फाहिमी ने कहा। एनोड को एक स्थिर संरचना की भी आवश्यकता होती है जो कि नहीं होती है उन्होंने कहा, जब आयन अंदर और बाहर बह रहे हों तो आयतन में बदलाव नहीं होगा क्योंकि इससे सतह को नुकसान हो सकता है।
परंपरागत रूप से, लिथियम-आयन बैटरियों में ग्रेफाइट एनोड का उपयोग किया जाता है। इस संवाहक सामग्री की स्तरित संरचना का मतलब है कि आयन एनोड के अंदर और बाहर मात्रा में ज्यादा बदलाव किए बिना जा सकते हैं।
हालांकि, अपने रसायन विज्ञान के कारण, सिलिकॉन प्रति ग्राम दस गुना से अधिक ऊर्जा धारण कर सकता है, फहीमी ने कहा।
फाहिमी ने कहा, “इस उच्च क्षमता का मतलब है कि सिलिकॉन अधिक लिथियम आयनों को संग्रहीत कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी के लिए उच्च ऊर्जा घनत्व होता है।” “उच्च ऊर्जा घनत्व एक बार चार्ज करने पर ईवी की लंबी दूरी तय करता है।”
दुर्भाग्य से, लिथियम आयनों से भरे जाने पर सिलिकॉन अपने मूल आकार से तीन या चार गुना तक फूल जाता है, जिससे “यांत्रिक तनाव और एनोड सामग्री का अंततः क्षरण होता है,” उसने कहा।
इसलिए, इस चुनौती पर काबू पाने के लिए सिलिकॉन एनोड का सावधानीपूर्वक नैनोस्केल डिज़ाइन महत्वपूर्ण है। अनुवर्ती कार्य में, सिएन्ज़ा में फ़ाहिमी की टीम और सिला में टीमें इस समस्या को हल करने पर काम कर रही हैं।
