સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી ઇલેક્ટ્રિક વાહનના ચાર્જિંગ સમયને ફક્ત થોડી મિનિટો જ બનાવી શકે છે

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Προμηθευτής φορητών σταθμών παραγωγής ενέργειας

સુપરકેપેસિટર અને બેટરીની તુલના કરો, જેમ કે સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરીમાં ત્રણ અલગ અલગ ઇલેક્ટ્રોડ જાડાઈ હોય છે, ઉચ્ચ પાવર ઘનતા અને ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા બંને. સ્ત્રોત: અમેરિકન કેમિસ્ટ્રી સોસાયટી ક્યાં છે, તે બેટરી ટેકનોલોજીમાં એક પ્રગતિ જેવું છે, પરંતુ તે બેટરી નથી. નેનોટેકિન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ, ઇન્ક.

અને તેની પેટાકંપનીઓ, એંગસ્ટ્રોનમટીરિયલ્સ, ઇન્ક. ઓહટન દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ નવી સ્પષ્ટીકરણ, જેનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ સાધનો ડિઝાઇન કરવા માટે થાય છે, ઇલેક્ટ્રોડમાં મોટી સંખ્યામાં લિથિયમ આયનોના ઝડપી શટલના આધારે, આ ઇલેક્ટ્રોડમાં મોટી ગ્રાફીન સપાટી છે. આ ઉર્જા સંગ્રહ ઉપકરણ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે ખૂબ જ ઉપયોગી સાબિત થઈ શકે છે, જે ચાર્જિંગ સમયને કલાકોમાંથી એક મિનિટથી પણ ઓછો કરીને ઘટાડી શકે છે.

અન્ય એપ્લિકેશનોમાં નવીનીકરણીય ઉર્જા સંગ્રહ (દા.ત., સૌર અને પવન ઉર્જાનો સંગ્રહ) અને સ્માર્ટ ગ્રીડનો સમાવેશ થઈ શકે છે. સંશોધકોએ જણાવ્યું હતું કે આ નવું ઉપકરણ ગ્રાફીન સપાટી કાર્ય માટે લિથિયમ આયન વિનિમય બેટરી છે, અથવા વધુ સરળ રીતે કહીએ તો, સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી (SMCS: Surface-Mediatedcells) છે. જોકે વર્તમાન સાધનો ન ખોલેલી સામગ્રી અને માળખાંનો ઉપયોગ કરે છે, તેઓ પહેલાથી જ લિથિયમ-આયન બેટરી અને સુપરકેપેસિટર કરતાં વધી શકે છે.

આ નવું ઉપકરણ પ્રતિ કિલોવોટ બેટરી 100 કિલોવોટ પાવર સપ્લાય કરી શકે છે, જે કોમર્શિયલ લિથિયમ-આયન બેટરી કરતા 100 ગણું વધારે છે, અને સુપરકેપેસિટર કરતા 10 ગણું વધારે છે. પાવર ડેન્સિટી જેટલી વધારે હશે, તેટલી જ એનર્જી ટ્રાન્સફર સ્પીડ ઝડપી હશે (જેના પરિણામે ચાર્જિંગ સ્પીડ ઝડપી થઈ શકે છે). વધુમાં, આ નવી બેટરી પ્રતિ કિલોગ્રામ બેટરી 160 વોટની ઉર્જા ઘનતા સંગ્રહિત કરી શકે છે, જે વ્યાપારીકૃત લિથિયમ-આયન બેટરી સાથે તુલનાત્મક છે, જે પરંપરાગત સુપરકેપેસિટર કરતા 30 ગણી વધારે છે.

ઊર્જા ઘનતા જેટલી મોટી હશે, તેટલી વધુ ઊર્જા સંગ્રહિત થઈ શકે છે, (ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના લાંબા ડ્રાઇવિંગ માઇલેજ સાથે) વધુ ઊર્જા સંગ્રહિત થાય છે. જો સમાન સાધનોનું વજન હોય, તો વર્તમાન સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી અને લિથિયમ-આયન બેટરીનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે કરી શકાય છે, અને નેનો ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ અને એંગરસ્ટ્રોન મટિરિયલ્સ કંપનીના સંયુક્ત સ્થાપક જિયાંગ બૌઝ (બોર્ઝ.જાંગ) એવું કહેવાય છે કે અમારી સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી વર્તમાન લિથિયમ-આયન બેટરી જેવી જ છે, ઊર્જા ઘનતામાં વધુ વધારો કરી શકે છે, તેથી તે પ્રવાસ કાર્યક્રમમાં પણ સુધારો કરી શકે છે.

જોકે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરીઓ ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં વપરાતી લિથિયમ-આયન બેટરીની જેમ કલાકો નહીં પણ થોડી મિનિટોમાં (એક મિનિટથી ઓછી ન પણ હોય) ચાર્જ થઈ શકે છે. નેનોટેકનોલોજી ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ કંપની લિમિટેડમાં જિયાંગ બાઉલ્ડ્ઝ અને તેમના ભાગીદાર.

અને એંગર્સમિયા મટિરિયલ કંપનીએ આ અભ્યાસ પ્રકાશિત કર્યો છે, જે આગામી પેઢીના ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણોનો અભ્યાસ છે, જે તાજેતરના "નેનો એક્સપ્રેસ" (નેનોલેટર્સ) માં પ્રકાશિત થયો છે. બંને કંપનીઓ નેનોમટીરિયલ્સના વ્યાપારીકરણમાં નિષ્ણાત છે, એન્જરસ્ટ્રોંગ વિશ્વની સૌથી મોટી નેનો-ગ્રેનાઈટ (NGPS: નેનોગ્રાફીનપ્લેટલેટ્સ) ઉત્પાદક છે. જેમ સંશોધકો તેમના સંશોધનમાં સમજાવે છે તેમ, ઊર્જા સંગ્રહ, બેટરી અને સુપરકેપેસિટરમાં તેમની પોતાની શક્તિઓ અને નબળાઈઓ છે.

જોકે લિથિયમ આયન બેટરી (120-150 વોટ/કિલો) ની ઉર્જા ઘનતા સુપરકેપેસિટર (5 વોટ/કિલો) કરતા ઘણી વધારે છે, આ બેટરીમાં ઓછી પાવર ઘનતા (1 kW/કિલો બેટરી) છે, 10 kW/કિલો બેટરીની સરખામણીમાં). ઘણી સંશોધન ટીમોએ લિથિયમ-આયન બેટરીની પાવર ડેન્સિટી ઉમેરવા, સુપરકેપેસિટરની એનર્જી ડેન્સિટી સુધારવા માટે પ્રયાસો કર્યા છે, પરંતુ આ બે ક્ષેત્રોમાં હજુ પણ મોટા પડકારો છે. કારણ કે એક નવું માળખું પૂરું પાડવામાં આવ્યું છે, તેનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણો માટે થઈ શકે છે, તેથી આ સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી સંશોધકોને આ પડકારોને બાયપાસ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

લિથિયમ આયન બેટરી અને સુપરકેપેસિટરના પ્રદર્શન વચ્ચેના અંતરને ઘટાડીને, આ નવું ઉર્જા સંગ્રહ ઉપકરણ વિકસાવો, અને જિયાંગ બૌઝે જણાવ્યું. વધુ મહત્ત્વની વાત એ છે કે, ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે આ મૂળભૂત રીતે નવું માળખું, સંશોધકોને એક બીજા માટે બલિદાન આપ્યા વિના ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા, પણ ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતા પ્રાપ્ત કરવા સક્ષમ બનાવે છે. સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી ઇલેક્ટ્રોડમાં વિશાળ સપાટી ક્ષેત્રફળ હોય છે, જેથી મોટી માત્રામાં આયનો ઝડપથી શટલ થાય છે, જેનાથી ઝડપી ચાર્જિંગ સમય મળે છે.

સ્ત્રોત: અમેરિકન રસાયણશાસ્ત્રના સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી પ્રદર્શનની ચાવી, કેથોડ અને એનોડમાં ખૂબ મોટી ગ્રાફીન સપાટી હોય છે. બેટરી બનાવતી વખતે, સંશોધકો એનોડમાં લિથિયમ ધાતુ (કણો અથવા ધાતુના વરખના સ્વરૂપમાં) નાખે છે. પ્રથમ ડિસ્ચાર્જ ચક્રમાં, લિથિયમ આયનાઇઝ્ડ થાય છે, લિથિયમ આયન બેટરી કરતાં વધુ લિથિયમ આયન લાવે છે.

જ્યારે બેટરીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આ આયનો પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા કેથોડમાં સ્થળાંતર કરે છે, કેથોડના છિદ્રોમાં જાય છે અને કેથોડમાં મોટી ગ્રાફીન સપાટી સુધી પહોંચે છે. ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, મોટી માત્રામાં લિથિયમ આયન પ્રવાહ કેથોડથી એનોડ તરફ ઝડપથી સ્થળાંતર કરે છે. ખૂબ મોટો ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી વિસ્તાર, જેથી મોટી માત્રામાં આયનો ઝડપથી શટલ થાય, ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉર્જા ઘનતા.

સંશોધકોએ સમજાવ્યું કે છિદ્રાળુ ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી (બેટરીમાં બેટરીની જેમ બ્લોક ઇલેક્ટ્રોડમાં નહીં), નિવેશ પ્રક્રિયામાં સમય લેતી નથી. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે લિથિયમ આયનો દાખલ કરવા આવશ્યક છે, જે બેટરી ચાર્જિંગનો મહત્વપૂર્ણ સમય બનાવે છે. આ અભ્યાસમાં, સંશોધકોએ મોટી સંખ્યામાં વિવિધ પ્રકારના ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ કર્યો હોવા છતાં, વિવિધ પ્રકારના ગ્રાફીન (ઓક્સિડાઇઝ્ડ, રિડ્યુસ્ડ સિંગલ-લેયર અને મલ્ટી-લેયર ગ્રાફીન) તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, પરંતુ આ ઉપકરણને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે આ સામગ્રી અને રૂપરેખાંકનોનું વધુ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.

એક તરફ, સંશોધકો આ બેટરીના ચક્ર જીવનનો વધુ અભ્યાસ કરવાની યોજના ધરાવે છે. અત્યાર સુધી, તેમને જાણવા મળ્યું છે કે આ ઉપકરણો 1000 ચક્ર પછી 95% ક્ષમતા જાળવી શકે છે, 2000 ચક્ર પછી પણ, ડેંડ્રાઇટનો કોઈ સંકેત નથી. સંશોધકો સાધનોના પ્રદર્શનના સંદર્ભમાં વિવિધ લિથિયમ સંગ્રહ પદ્ધતિઓની પણ ચર્ચા કરવાની યોજના ધરાવે છે.

અમારો અંદાજ છે કે સપાટી-મધ્યસ્થી બેટરી ટેકનોલોજીના વ્યાપારીકરણમાં કોઈ મોટા અવરોધો નહીં હોય, અને જિયાંગ બૌઝે જણાવ્યું હતું. હાલનું ગ્રાફીન ઊંચી કિંમતે વેચાય છે, તેમ છતાં એન્જરસ્ટ્રોન મટિરિયલ્સ કંપની ગ્રાફીનની ઉત્પાદન શક્તિને સક્રિયપણે વધારી રહી છે. આગામી 1-3 વર્ષમાં, ગ્રેફાઇટના ઉત્પાદન ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થવાની અપેક્ષા છે.