क्यों स्मार्टफ़ोन इस नई बैटरी टेक के साथ अपग्रेड कर सकते हैं

दुनिया में जितने लोग हैं, उससे कहीं ज्यादा मोबाइल फोन हैं। उनमें से लगभग सभी रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी द्वारा संचालित होते हैं, जो पिछले कुछ दशकों की पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स क्रांति को सक्षम करने वाले एकल सबसे महत्वपूर्ण घटक हैं। उन उपकरणों में से कोई भी उपयोगकर्ताओं के लिए आकर्षक नहीं होगा यदि उनके पास विशेष रूप से भारी होने के बिना, कम से कम कई घंटों तक चलने की पर्याप्त शक्ति नहीं है।

लिथियम आयन बैटरी बड़े अनुप्रयोगों में भी उपयोगी हैं, जैसे इलेक्ट्रिक वाहन और स्मार्ट-ग्रिड ऊर्जा भंडारण प्रणाली। और सामग्री विज्ञान में शोधकर्ताओं के नवाचार, लिथियम आयन बैटरी को बेहतर बनाने के लिए, और भी बेहतर प्रदर्शन के साथ और अधिक बैटरी के लिए मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं। उच्च क्षमता वाली बैटरियों के लिए पहले से ही मांग है जो आग या विस्फोट नहीं पकड़ सकती। और बहुत से लोगों ने छोटी, हल्की बैटरी का सपना देखा है जो मिनटों में चार्ज होती हैं - या कुछ सेकंड - फिर भी किसी डिवाइस को बिजली देने के लिए पर्याप्त ऊर्जा स्टोर करते हैं।

हालांकि, मेरे जैसे शोधकर्ता और भी अधिक उत्साह से सोच रहे हैं। कारों और ग्रिड-स्टोरेज सिस्टम और भी बेहतर होगा यदि उन्हें कई वर्षों, या यहां तक ​​कि दशकों में दसियों बार डिस्चार्ज और रिचार्ज किया जा सके। रखरखाव के कर्मचारी और ग्राहक उन बैटरियों को पसंद करेंगे जो स्वयं की निगरानी कर सकते हैं और अलर्ट भेज सकते हैं यदि वे क्षतिग्रस्त थे या अब चरम प्रदर्शन पर काम नहीं कर रहे हैं - या यहां तक ​​कि खुद को ठीक करने में सक्षम थे। और यह एक आइटम की संरचना में एकीकृत दोहरे उद्देश्य वाली बैटरी का सपना देखने के लिए बहुत अधिक नहीं हो सकता है, जिससे स्मार्टफोन, कार, या इमारत के रूप को आकार देने में मदद मिलती है, जबकि इसके कार्यों को भी शक्ति मिलती है।

यह सब मेरे शोध और दूसरों की मदद के रूप में संभव हो सकता है वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को व्यक्तिगत परमाणुओं के पैमाने पर नियंत्रण और हैंडलिंग पर कभी भी अधिक अनुकूल हो जाता है।

उभरती हुई सामग्री

अधिकांश भाग के लिए, ऊर्जा भंडारण में प्रगति सामग्री विज्ञान के निरंतर विकास, मौजूदा बैटरी सामग्री के प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ाने और पूरी तरह से नई बैटरी संरचनाओं और रचनाओं को विकसित करने पर निर्भर करेगी।

बैटरी उद्योग पहले से ही लिथियम आयन बैटरी की लागत को कम करने के लिए काम कर रहा है, जिसमें उनके पॉजिटिव इलेक्ट्रोड से महंगा कोबाल्ट को हटाने के लिए शामिल है, जिसे कैथोड कहा जाता है। इससे इन बैटरियों की मानवीय लागत में भी कमी आएगी, क्योंकि दुनिया में कोबाल्ट के प्रमुख स्रोत कांगो में कई खदानें बच्चों को कठिन श्रम करने के लिए उपयोग करती हैं।

इसे भी देखें: यह हाफ बैटरी, हाफ सोलर सेल हाइब्रिड हो सकता है कुल गेम चेंजर

शोधकर्ताओं ने कोबाल्ट युक्त सामग्रियों को बदलने के लिए तरीके खोजे हैं जिनमें ज्यादातर निकेल से बने कैथोड हैं। आखिरकार, वे मैंगनीज के साथ निकल को बदलने में सक्षम हो सकते हैं। उन धातुओं में से प्रत्येक सस्ता है, अधिक प्रचुर मात्रा में है, और अपने पूर्ववर्ती की तुलना में काम करने के लिए सुरक्षित है। लेकिन वे एक व्यापार बंद के साथ आते हैं, क्योंकि उनके पास रासायनिक गुण हैं जो उनकी बैटरी के जीवनकाल को छोटा करते हैं।

शोधकर्ताओं ने लिथियम आयनों की जगह उन दो इलेक्ट्रोडों के बीच आयनों और इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ शटल को भी देखा है जो सोडियम, मैग्नीशियम, जस्ता या एल्यूमीनियम पर आधारित सस्ते और संभावित रूप से सुरक्षित हो सकते हैं।

मेरा शोध समूह दो-आयामी सामग्रियों के उपयोग की संभावनाओं को देखता है, आवश्यक रूप से उपयोगी इलेक्ट्रॉनिक गुणों वाले पदार्थों की बेहद पतली चादरें। ग्राफीन शायद इनमें से सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है - कार्बन की एक शीट सिर्फ एक परमाणु मोटी। हम यह देखना चाहते हैं कि क्या विभिन्न द्वि-आयामी सामग्रियों की परतों को ढेर करना और फिर पानी या अन्य प्रवाहकीय तरल के साथ ढेर को घुसपैठ करना बैटरी के प्रमुख घटक हो सकते हैं जो बहुत जल्दी रिचार्ज करते हैं।

बैटरी के अंदर देख रहे हैं

यह बैटरी नवाचार की दुनिया का विस्तार करने वाली नई सामग्री नहीं है: नए उपकरण और विधियाँ शोधकर्ताओं को यह देखने देती हैं कि बैटरी के अंदर क्या हो रहा है, जो एक बार में बहुत आसानी से हो सकता है।

अतीत में, शोधकर्ताओं ने एक विशेष चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रिया या चक्रों की संख्या के माध्यम से एक बैटरी चलाई, और फिर बैटरी से सामग्री को हटा दिया और इस तथ्य के बाद जांच की। इसके बाद ही विद्वान यह जान सकते हैं कि इस प्रक्रिया के दौरान क्या रासायनिक परिवर्तन हुए और यह पता लगा कि बैटरी ने वास्तव में कैसे काम किया और इसके प्रदर्शन पर क्या असर पड़ा।

लेकिन अब, शोधकर्ता बैटरी सामग्रियों को देख सकते हैं क्योंकि वे ऊर्जा भंडारण प्रक्रिया से गुजरते हैं, यहां तक ​​कि वास्तविक समय में उनकी परमाणु संरचना और संरचना का विश्लेषण भी करते हैं। हम परिष्कृत स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक का उपयोग कर सकते हैं, जैसे एक्स-रे तकनीक एक प्रकार के कण त्वरक के साथ उपलब्ध होती है जिसे एक सिनक्रोट्रॉन कहा जाता है - साथ ही इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और स्कैनिंग जांच - आयनों को स्थानांतरित करने के लिए और भौतिक संरचनाओं में परिवर्तन होता है क्योंकि ऊर्जा सामग्री में संग्रहीत और जारी होती है। एक बैटरी में।

यह भी देखें: कैसे एक बैटरी ब्रेकथ्रू इलेक्ट्रिक कारों के लिए नेतृत्व कर सकता है जो सेकंड में चार्ज करता है

उन तरीकों से शोधकर्ताओं ने मेरे जैसे नए बैटरी संरचनाओं और सामग्रियों की कल्पना की, उन्हें बनाया और देखा कि वे कितने अच्छे हैं - या नहीं - वे काम करते हैं। इस तरह, हम बैटरी सामग्री क्रांति को चालू रखने में सक्षम होंगे।

यह लेख मूल रूप से वेरोनिका ऑगस्टीन द्वारा वार्तालाप पर प्रकाशित किया गया था। मूल लेख यहां पढ़ें।