फास्ट चार्जिंग बैटरी की मौत क्यों है?

वे तेल को बदलना चाहते हैं, लेकिन उनके पास अभी भी एक घातक दोष है जिसके बारे में निर्माता चुप हैं।

कोयला युग लंबे समय से याद किया जाता है। तेल का युग भी समाप्त हो रहा है। XNUMX सदी के तीसरे दशक में, हम स्पष्ट रूप से बैटरी के युग में रह रहे हैं।

उनका रोल हमेशा महत्वपूर्ण रहा है क्योंकि बिजली ने मानव जीवन में प्रवेश किया। लेकिन अब तीन प्रवृत्तियों ने अचानक ऊर्जा भंडारण को ग्रह पर सबसे महत्वपूर्ण तकनीक बना दिया है।

पहली प्रवृत्ति मोबाइल उपकरणों में उछाल है - स्मार्टफोन, टैबलेट, लैपटॉप। हमें फ्लैशलाइट, मोबाइल रेडियो और पोर्टेबल डिवाइस जैसी चीजों के लिए बैटरी की जरूरत होती थी - सभी अपेक्षाकृत सीमित उपयोग के साथ। आज, हर किसी के पास कम से कम एक निजी मोबाइल डिवाइस है, जिसका वह लगभग लगातार उपयोग करता है और जिसके बिना उसका जीवन अकल्पनीय है।

दूसरा चलन अक्षय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग और बिजली उत्पादन और खपत की चोटियों के बीच अचानक विसंगति है। यह आसान हुआ करता था: जब मालिक शाम को स्टोव और टीवी चालू करते हैं, और खपत तेजी से बढ़ जाती है, तो थर्मल पावर प्लांट और परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालकों को बस बिजली बढ़ानी पड़ती है। लेकिन सौर और पवन उत्पादन के साथ, यह असंभव है: उत्पादन का शिखर अक्सर उस समय होता है जब खपत अपने निम्नतम स्तर पर होती है। इसलिए, ऊर्जा को किसी तरह संग्रहित किया जाना चाहिए। एक विकल्प तथाकथित "हाइड्रोजन सोसाइटी" है, जिसमें बिजली हाइड्रोजन में परिवर्तित हो जाती है और फिर ग्रिड और इलेक्ट्रिक वाहनों को ईंधन भरती है। लेकिन आवश्यक बुनियादी ढाँचे की असाधारण उच्च लागत और मानव जाति की हाइड्रोजन (हिंडनबर्ग और अन्य) की बुरी यादें इस अवधारणा को अभी के लिए बैकबर्नर पर छोड़ देती हैं।

विपणन विभागों के दिमाग में तथाकथित "स्मार्ट ग्रिड" दिखते हैं: इलेक्ट्रिक कारों को चरम उत्पादन पर अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त होती है, और फिर, यदि आवश्यक हो, तो इसे ग्रिड में वापस कर सकते हैं। हालांकि, आधुनिक बैटरी अभी तक इस तरह की चुनौती के लिए तैयार नहीं हैं।

इस समस्या के लिए प्राचीन स्थिति एक तीसरी प्रवृत्ति का वादा करती है: बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों (बीईवी) के साथ आंतरिक दहन इंजन का प्रतिस्थापन। इन इलेक्ट्रिक वाहनों के पक्ष में एक मुख्य तर्क यह है कि वे ग्रिड में सक्रिय भागीदार हो सकते हैं और ज़रूरत पड़ने पर उन्हें वापस करने के लिए अधिशेष ले सकते हैं।

टेस्ला से वोक्सवैगन तक हर ईवी निर्माता, अपने पीआर सामग्रियों में इस विचार का उपयोग करता है। हालांकि, उनमें से कोई भी यह नहीं पहचानता है कि इंजीनियरों के लिए क्या दर्दनाक है: आधुनिक बैटरी ऐसे काम के लिए उपयुक्त नहीं हैं।

LITHIUM-ION टेक्नॉलॉजी जो आज बाजार पर हावी है और आपके फिटनेस ब्रेसलेट से लेकर सबसे तेज टेस्ला मॉडल S तक लेड एसिड या निकल मेटल हाइड्राइड बैटरी जैसे पुराने कॉन्सेप्ट्स पर कई फायदे हैं। लेकिन इसकी कुछ सीमाएँ भी हैं और इन सबसे ऊपर, उम्र बढ़ने की ओर एक प्रवृत्ति है।

ज्यादातर लोग बैटरी को एक तरह की ट्यूब मानते हैं, जिसमें बिजली किसी तरह "प्रवाहित" होती है। हालांकि, व्यवहार में, बैटरी स्वयं द्वारा बिजली का भंडारण नहीं करती हैं। वे कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने के लिए इसका उपयोग करते हैं। तब वे विपरीत प्रतिक्रिया शुरू कर सकते हैं और अपने आरोप को वापस पा सकते हैं।

लिथियम आयन बैटरी के लिए, बिजली की रिहाई के साथ प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है: लिथियम आयन बैटरी में एनोड पर बनते हैं। ये लिथियम परमाणु हैं, जिनमें से प्रत्येक ने एक इलेक्ट्रॉन खो दिया है। आयन तरल इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड में जाते हैं। और जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों को एक विद्युत सर्किट के माध्यम से प्रसारित किया जाता है, जिससे हमें आवश्यक ऊर्जा मिलती है। जब बैटरी को चार्ज करने के लिए चालू किया जाता है, तो प्रक्रिया को उलट दिया जाता है और आयनों को खोए हुए इलेक्ट्रॉनों के साथ एकत्र किया जाता है।

लिथियम यौगिकों के साथ "अतिवृद्धि" शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकता है और बैटरी को प्रज्वलित कर सकता है।

दुर्भाग्य से, हालांकि, उच्च प्रतिक्रिया जो लिथियम को बैटरी बनाने के लिए इतना उपयुक्त बनाती है, उसका एक नकारात्मक पक्ष है - यह अन्य, अवांछनीय रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है। इसलिए, लिथियम यौगिकों की एक पतली परत धीरे-धीरे एनोड पर बनती है, जो प्रतिक्रियाओं में हस्तक्षेप करती है। और इसलिए बैटरी की क्षमता कम हो जाती है। जितनी अधिक तीव्रता से इसे चार्ज और डिस्चार्ज किया जाता है, यह लेप उतना ही मोटा होता जाता है। कभी-कभी यह तथाकथित "डेंड्राइट्स" भी जारी कर सकता है - लिथियम यौगिकों के स्टैलेक्टाइट्स के बारे में सोचें - जो एनोड से कैथोड तक विस्तारित होते हैं और यदि वे उस तक पहुंचते हैं, तो शॉर्ट सर्किट हो सकता है और बैटरी को प्रज्वलित कर सकता है।

प्रत्येक चार्ज और डिस्चार्ज चक्र लिथियम-आयन बैटरी के जीवन को छोटा करता है। लेकिन हाल ही में तीन-चरण के वर्तमान के साथ फैशनेबल फास्ट चार्जिंग प्रक्रिया को काफी गति देती है। स्मार्टफोन निर्माताओं के लिए यह कोई बड़ी बाधा नहीं है, किसी भी मामले में, वे उपयोगकर्ताओं को हर दो से तीन साल में अपने डिवाइस बदलने के लिए मजबूर करना चाहते हैं। लेकिन कारें एक समस्या हैं।

उपभोक्ताओं को इलेक्ट्रिक वाहन खरीदने के लिए मनाने के लिए, निर्माताओं को उन्हें फास्ट चार्जिंग विकल्पों के साथ लुभाना होगा। लेकिन आयनिटी जैसे फास्ट स्टेशन रोजमर्रा के उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं।

बैटरी की लागत एक तिहाई है और आज की इलेक्ट्रिक कार की पूरी कीमत से भी अधिक है। अपने ग्राहकों को यह विश्वास दिलाने के लिए कि वे टिक टिक बम नहीं खरीद रहे हैं, सभी निर्माता एक अलग, लंबी बैटरी वारंटी प्रदान करते हैं। साथ ही, वे लंबी दूरी की यात्रा के लिए अपनी कारों को आकर्षक बनाने के लिए तेज़ चार्जिंग पर भरोसा करते हैं। कुछ समय पहले तक, सबसे तेज चार्जिंग स्टेशन 50 किलोवाट पर संचालित होते थे। लेकिन नई मर्सिडीज EQC को 110kW तक चार्ज किया जा सकता है, ऑडी ई-ट्रॉन को 150kW तक चार्ज किया जा सकता है, जैसा कि यूरोपीय आयनिटी चार्जिंग स्टेशनों द्वारा पेश किया गया है, और टेस्ला बार को और भी ऊंचा करने की तैयारी कर रहा है।

ये निर्माता स्वीकार करते हैं कि फास्ट चार्जिंग बैटरी को नष्ट कर देगी। इओनिटी जैसे स्टेशन आपात स्थिति के लिए अधिक उपयुक्त हैं जब एक व्यक्ति ने एक लंबा रास्ता तय किया है और उसके पास बहुत कम समय है। अन्यथा, धीरे-धीरे घर पर अपनी बैटरी चार्ज करना एक स्मार्ट दृष्टिकोण है।

इसे कैसे चार्ज और डिस्चार्ज किया जाता है यह इसके जीवनकाल के लिए भी महत्वपूर्ण है। इसलिए, अधिकांश निर्माता 80% से ऊपर या 20% से नीचे चार्ज करने की सलाह नहीं देते हैं। इस दृष्टिकोण के साथ, एक लिथियम-आयन बैटरी प्रति वर्ष औसतन अपनी क्षमता का लगभग 2 प्रतिशत खो देती है। इस प्रकार, यह 10 साल तक, या लगभग 200 किमी तक रह सकता है, इससे पहले कि इसकी शक्ति इतनी गिर जाए कि यह एक कार में बेकार हो जाए।

अंत में, निश्चित रूप से, बैटरी जीवन इसकी अनूठी रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है। यह प्रत्येक निर्माता के लिए अलग है, और कई मामलों में यह इतना नया है कि यह भी पता नहीं है कि यह समय के साथ कैसे पुराना होगा। कई निर्माता पहले से ही "एक मिलियन मील" (1.6 मिलियन किलोमीटर) के जीवन के साथ नई पीढ़ी की बैटरी का वादा कर रहे हैं। एलोन मस्क के मुताबिक टेस्ला उनमें से एक पर काम कर रही है। बीएमडब्ल्यू और आधा दर्जन अन्य कंपनियों को उत्पादों की आपूर्ति करने वाली चीनी कंपनी CATL ने वादा किया है कि उसकी अगली बैटरी 16 साल या 2 लाख किलोमीटर तक चलेगी। जनरल मोटर्स और कोरिया की एलजी केम भी इसी तरह की परियोजना विकसित कर रही हैं। इनमें से प्रत्येक कंपनी के अपने तकनीकी समाधान हैं जिन्हें वे वास्तविक जीवन में आजमाना चाहते हैं। जीएम, उदाहरण के लिए, नमी को बैटरी कोशिकाओं में प्रवेश करने से रोकने के लिए नवीन सामग्रियों का उपयोग करेगा, जो कैथोड पर लिथियम स्केलिंग का मुख्य कारण है। CATL तकनीक एल्यूमीनियम को निकल-कोबाल्ट-मैंगनीज एनोड में जोड़ती है। यह न केवल कोबाल्ट की आवश्यकता को कम करता है, जो वर्तमान में इन कच्चे माल में सबसे महंगा है, बल्कि बैटरी जीवन को भी बढ़ाता है। कम से कम चीनी इंजीनियरों को तो यही उम्मीद है। संभावित ग्राहक यह जानकर प्रसन्न होते हैं कि क्या कोई विचार व्यवहार में काम करता है।