લવચીક સોલિડ સ્ટેટ બેટરીઓ શું છે?

આંતરરાષ્ટ્રીય વૈજ્ઞાનિકોના જૂથે એક નવી પ્રકારની સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી વિકસાવી છે જે ઇલેક્ટ્રિક વાહનોની શ્રેણીમાં વધારો કરી શકે છે અને લેપટોપ અને સ્માર્ટફોનમાં આગને અટકાવી શકે છે. લેખકો તેમના તારણો એડવાન્સ એનર્જી મટિરિયલ્સમાં વર્ણવે છે. પરંપરાગત રિચાર્જેબલ બેટરીમાં વપરાતા પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સને 'સોલિડ', સિરામિક સાથે બદલીને તેઓ વધુ અસરકારક, લાંબા સમય સુધી ચાલતી બેટરીઓ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે જે ઉપયોગ માટે પણ વધુ સુરક્ષિત છે. સંશોધકોને આશા છે કે આ ફાયદાઓ ઇલેક્ટ્રિક કાર સહિત તમામ પ્રકારના ઉપકરણો માટે વધુ કાર્યક્ષમ, હરિયાળી બેટરીનો માર્ગ મોકળો કરી શકે છે.

અભ્યાસના લેખકો, યુએસ અને યુકેના, કેટલાક સમયથી લિથિયમ આયન બેટરીમાં પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના વિકલ્પોની શોધ કરી રહ્યા છે. 2016 માં તેઓએ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીના વિકાસની જાહેરાત કરી જે પરંપરાગત લિથિયમ આયન કોષોના બમણા વોલ્ટેજ પર કામ કરી શકે, પરંતુ સમાન કાર્યક્ષમતા સાથે.

જ્યારે તેમની નવીનતમ ડિઝાઇન આ અગાઉના સંસ્કરણમાં નોંધપાત્ર સુધારાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, MIT ના સંશોધક પ્રોફેસર ડોનાલ્ડ સડોવે નોંધે છે કે હજુ પણ સુધારણા માટે અવકાશ છે: "એલિવેટેડ તાપમાને સિરામિક સામગ્રીમાં ઉચ્ચ આયનીય વાહકતા પ્રાપ્ત કરવી મુશ્કેલ હોઈ શકે છે," તેમણે સમજાવ્યું. "આ એક પ્રગતિશીલ સિદ્ધિ હતી." સંશોધકોને આશા છે કે આ સુધારેલી બેટરીઓનું પરીક્ષણ કર્યા પછી તે ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અથવા એરોપ્લેનને પાવર કરવા માટે પણ યોગ્ય સાબિત થશે.

સોલિડ સ્ટેટમાં બેટરીના ઓવરહિટીંગને કારણે થતા નુકસાનને જ્વલનશીલ, પ્રવાહીને બદલે સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરીને અટકાવવામાં આવે છે. જો બેટરી ક્ષતિગ્રસ્ત થઈ ગઈ હોય અને સિરામિક ઈલેક્ટ્રોલાઈટ અક્ષરોને સળગાવવાને બદલે વધુ ગરમ કરવા લાગે, જે તેને આગ લાગતી અટકાવે છે. આ નક્કર પદાર્થોની રચનામાં રહેલા છિદ્રો તેમને ઘન સામગ્રીની અંદર વિસ્તૃત નેટવર્ક દ્વારા આગળ વધતા આયનો સાથે વિદ્યુત ચાર્જનો વધુ ભાર વહન કરવા સક્ષમ બનાવે છે.

આ લક્ષણોનો અર્થ એ છે કે જ્વલનશીલ પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ ધરાવતી બેટરીની તુલનામાં વૈજ્ઞાનિકો તેમની બેટરીના વોલ્ટેજ અને કેપેસીટન્સ બંનેને વધારવામાં સક્ષમ છે. હકીકતમાં, પ્રોફેસર સડોવેએ કહ્યું: "અમે 12 ડિગ્રી સે [90°F] પર કાર્યરત 194 વોલ્ટ સાથે લિથિયમ-એર કોષનું નિદર્શન કર્યું. જે અન્ય કોઈએ હાંસલ કર્યું છે તેના કરતા વધારે છે."

આ નવી બેટરી ડિઝાઇનમાં જ્વલનશીલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ કરતાં અન્ય સંભવિત ફાયદાઓ છે, જેમાં એ હકીકતનો સમાવેશ થાય છે કે સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સામાન્ય રીતે કાર્બનિક કરતાં વધુ સ્થિર હોય છે. પ્રોફેસર સડોવેએ કહ્યું, "આશ્ચર્યજનક બાબત એ છે કે તે કેટલું સારું કામ કર્યું." "અમે આ કોષમાં મૂક્યા તેના કરતાં અમને વધુ ઊર્જા મળી છે."

આ સ્થિરતા ઉત્પાદકોને મોટી સંખ્યામાં સોલિડ-સ્ટેટ કોષોને લેપટોપ અથવા ઈલેક્ટ્રિક કારમાં પેક કરવાની મંજૂરી આપી શકે છે, જેનાથી તેઓ વધારે ગરમ થાય છે, ઉપકરણોને વધુ સુરક્ષિત બનાવે છે અને તેમના કાર્યકારી જીવનને લંબાવે છે. હાલમાં, જો આ પ્રકારની બેટરીઓ વધુ ગરમ થાય તો તેમાં આગ લાગવાનું જોખમ રહેલું છે - જેમ કે તાજેતરમાં સેમસંગ ગેલેક્સી નોટ 7 ફોન સાથે બન્યું હતું. પરિણામી જ્વાળાઓ ફેલાવવામાં અસમર્થ હશે કારણ કે દહનને ટકાવી રાખવા માટે કોષોની અંદર કોઈ હવા નથી; ખરેખર, તેઓ પ્રારંભિક નુકસાનની સાઇટની બહાર ફેલાવવામાં અસમર્થ હશે.

આ નક્કર સામગ્રીઓ પણ ખૂબ લાંબા સમય સુધી ચાલતી હોય છે; તેનાથી વિપરિત, જ્વલનશીલ પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે લિથિયમ આયન બેટરી બનાવવાના કેટલાક પ્રયાસો, જે ઊંચા તાપમાને (100 ° સેથી વધુ) કામ કરે છે તે નિયમિતપણે 500 અથવા 600 ચક્ર પછી આગ પકડે છે. સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ આગ પકડ્યા વિના 7500 થી વધુ ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ ચક્રનો સામનો કરી શકે છે."

નવા તારણો EVs ની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરવા અને સ્માર્ટફોનની આગને રોકવા બંને માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ હોઈ શકે છે. સડોવેના જણાવ્યા અનુસાર: "જૂની પેઢીઓની બેટરીઓમાં લીડ એસિડ [કાર] સ્ટાર્ટર બેટરી હતી. તેમની રેન્જ ટૂંકી હતી પરંતુ તે અવિશ્વસનીય રીતે ભરોસાપાત્ર હતી," તેમણે ઉમેર્યું કે તેમની અણધારી નબળાઇ એ હતી કે "જો તે લગભગ 60 ડિગ્રી સેલ્સિયસ કરતાં વધુ ગરમ થાય તો. તે આગ પકડી લેશે."

તે સમજાવે છે કે આજની લિથિયમ આયન બેટરી આમાંથી એક પગલું છે. "તેઓ પાસે લાંબી રેન્જ છે પરંતુ ગંભીર ઓવરહિટીંગ અને આગ પકડવાથી તેઓને નુકસાન થઈ શકે છે," તેમણે ઉમેર્યું હતું કે નવી સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી સંભવિતપણે "મૂળભૂત સફળતા" છે કારણ કે તે વધુ વિશ્વસનીય, સુરક્ષિત ઉપકરણો તરફ દોરી શકે છે.

MIT ના વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે આ ટેક્નોલોજીનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થવામાં પાંચ વર્ષ લાગી શકે છે પરંતુ આવતા વર્ષની શરૂઆતમાં પણ તેઓ સેમસંગ અથવા એપલ જેવા મોટા ઉત્પાદકો પાસેથી સ્માર્ટફોનમાં આ પ્રકારની બેટરીઓ ફીટ કરવાની આશા રાખે છે. તેઓએ એ પણ નોંધ્યું કે લેપટોપ અને ઈલેક્ટ્રિક વાહનો સહિત ફોન ઉપરાંત આ કોષો માટે ઘણા વ્યવસાયિક ઉપયોગો છે.

જો કે પ્રોફેસર સેડોવે ચેતવણી આપે છે કે ટેક્નોલોજી પૂર્ણ થાય તે પહેલાં હજુ પણ અમુક માર્ગો બાકી છે. "અમારી પાસે એક કોષ છે જે ખરેખર ઉત્તમ લાગે છે પરંતુ તે ખૂબ જ શરૂઆતના દિવસો છે ... અમે હજુ સુધી મોટા પાયે, ઉચ્ચ-શક્તિની ઘનતાવાળા ઇલેક્ટ્રોડ સાથે કોષો બનાવવાના બાકી છે."

સેડોવે માને છે કે આ સફળતાને તરત જ વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવશે કારણ કે તે માત્ર વધુ મોટી શ્રેણી સાથે EVsને બળતણ આપવા માટે જ નહીં પણ સ્માર્ટફોનની આગને સંભવિતપણે અટકાવવાની પણ ક્ષમતા ધરાવે છે. કદાચ વધુ આશ્ચર્યજનક તેમની આગાહી છે કે જ્યારે મોટાભાગના ઉત્પાદકો તેમની સલામતી અને વિશ્વસનીયતા વિશે ખાતરી કરે છે ત્યારે સોલિડ સ્ટેટ બેટરીનો ઉપયોગ પાંચ વર્ષથી ઓછા સમયમાં સાર્વત્રિક રીતે થઈ શકે છે.