കാർബൺ ബഹിർഗമനം കുറയ്ക്കേണ്ടതിൻ്റെ അടിയന്തിര ആവശ്യം ഗതാഗതത്തെ വൈദ്യുതീകരിക്കുന്നതിലേക്കും ഗ്രിഡിൽ സൗരോർജ്ജ, കാറ്റ് വൈദ്യുതി വിന്യാസം വിപുലീകരിക്കുന്നതിലേക്കും അതിവേഗം നീങ്ങുന്നു. ഈ പ്രവണതകൾ പ്രതീക്ഷിച്ചതുപോലെ വർധിച്ചാൽ, വൈദ്യുതോർജ്ജം സംഭരിക്കുന്നതിനുള്ള മികച്ച രീതികളുടെ ആവശ്യകത തീവ്രമാകും.
കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനത്തിൻ്റെ ഭീഷണി നേരിടാൻ നമുക്ക് ലഭിക്കാവുന്ന എല്ലാ തന്ത്രങ്ങളും ആവശ്യമാണെന്ന് എസ്തറിലെയും ഹരോൾഡ് ഇ. എഡ്‌ഗെർട്ടണിലെയും മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസറായ ഡോ.എൽസ ഒലിവെറ്റി പറയുന്നു. വ്യക്തമായും, ഗ്രിഡ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള മാസ് സ്റ്റോറേജ് സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വികസനം നിർണായകമാണ്. എന്നാൽ മൊബൈൽ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി - പ്രത്യേകിച്ച് ഗതാഗതം - ഇന്നത്തെ രീതിയെ പൊരുത്തപ്പെടുത്തുന്നതിൽ വളരെയധികം ഗവേഷണങ്ങൾ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നുലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾസുരക്ഷിതവും ചെറുതും അവയുടെ വലുപ്പത്തിനും ഭാരത്തിനും കൂടുതൽ ഊർജം സംഭരിക്കാൻ കഴിയുന്നതുമാണ്.
പരമ്പരാഗത ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് തുടരുന്നു, പക്ഷേ അവയുടെ പരിമിതികൾ നിലനിൽക്കുന്നു, ഭാഗികമായി അവയുടെ ഘടന കാരണം.ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഒന്ന് പോസിറ്റീവ്, ഒന്ന് നെഗറ്റീവ്, ഒരു ഓർഗാനിക് (കാർബൺ അടങ്ങിയ) ദ്രാവകത്തിൽ സാൻഡ്വിച്ച് ചെയ്യുന്നു. ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യുകയും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ചാർജ്ജ് ചെയ്ത ലിഥിയം കണങ്ങൾ (അല്ലെങ്കിൽ അയോണുകൾ) ഒരു ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ കടന്നുപോകുന്നു.
ചില വോൾട്ടേജുകളിലും താപനിലയിലും ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് അസ്ഥിരമാവുകയും തീ പിടിക്കുകയും ചെയ്യും എന്നതാണ് ഈ രൂപകൽപ്പനയിലെ ഒരു പ്രശ്നം. സാധാരണ ഉപയോഗത്തിൽ ബാറ്ററികൾ പൊതുവെ സുരക്ഷിതമാണ്, എന്നാൽ അപകടസാധ്യത നിലനിൽക്കുന്നു, ഒലിവെറ്റിയുടെ ഗ്രൂപ്പിലെ ഗവേഷണ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഡോ. കെവിൻ ഹുവാങ് പിഎച്ച്.ഡി.'15 പറയുന്നു.
ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ കാറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുയോജ്യമല്ല എന്നതാണ് മറ്റൊരു പ്രശ്നം. വലിയ, ഭാരമുള്ള ബാറ്ററി പായ്ക്കുകൾ ഇടം പിടിക്കുകയും വാഹനത്തിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഭാരം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഇന്ധനക്ഷമത കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാൽ ഇന്നത്തെ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ അവയുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത നിലനിർത്തിക്കൊണ്ടുതന്നെ ചെറുതും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമാക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ് - ഒരു ഗ്രാം ഭാരത്തിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ അളവ്.
ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ, ഗവേഷകർ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രധാന സവിശേഷതകൾ മാറ്റി ഒരു സോളിഡ് അല്ലെങ്കിൽ സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് പതിപ്പ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. അവർ മധ്യഭാഗത്തുള്ള ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിനെ ഒരു നേർത്ത ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നു, അത് വിശാലമായ വോൾട്ടേജുകളിലും താപനിലയിലും സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്. ഈ സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച്, അവർ ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള ലിഥിയം മെറ്റൽ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡും ഉപയോഗിച്ചു, അത് സാധാരണ പോറസ് കാർബൺ പാളിയേക്കാൾ വളരെ കുറവാണ്. ഈ മാറ്റങ്ങൾ ഊർജ്ജ സംഭരണ ശേഷി നിലനിർത്തിക്കൊണ്ടുതന്നെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഒരു ചെറിയ സെല്ലിനെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു.
ഈ സവിശേഷതകൾ - മെച്ചപ്പെട്ട സുരക്ഷയും കൂടുതൽ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും- സാധ്യതയുള്ള സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളുടെ ഏറ്റവും സാധാരണയായി പറയപ്പെടുന്ന രണ്ട് നേട്ടങ്ങളായിരിക്കാം, എന്നിട്ടും ഇവയെല്ലാം മുന്നോട്ട് നോക്കുന്നതും പ്രതീക്ഷിക്കുന്നതുമാണ്, മാത്രമല്ല അവ നേടാനാവണമെന്നില്ല. എന്നിരുന്നാലും, ഈ സാധ്യത പല ഗവേഷകരും ഈ വാഗ്ദാനം നിറവേറ്റുന്ന മെറ്റീരിയലുകളും ഡിസൈനുകളും കണ്ടെത്താൻ ശ്രമിക്കുന്നു.
ലബോറട്ടറിക്കപ്പുറം ചിന്തിക്കുന്നു
ലബോറട്ടറിയിൽ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്ന നിരവധി കൗതുകകരമായ രംഗങ്ങൾ ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. എന്നാൽ കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാന വെല്ലുവിളിയുടെ അടിയന്തിര സാഹചര്യം കണക്കിലെടുത്ത്, കൂടുതൽ പ്രായോഗിക പരിഗണനകൾ പ്രധാനമാണെന്ന് ഒലിവെറ്റിയും ഹുവാങ്ങും വിശ്വസിക്കുന്നു. സാധ്യമായ മെറ്റീരിയലുകളും പ്രക്രിയകളും വിലയിരുത്തുന്നതിന് ഗവേഷകർക്ക് എല്ലായ്പ്പോഴും ലാബിൽ അളവുകൾ ഉണ്ട്, ഒലിവെറ്റി പറയുന്നു. ഉദാഹരണങ്ങളിൽ ഊർജ്ജ സംഭരണ ശേഷിയും ചാർജ്/ഡിസ്ചാർജ് നിരക്കുകളും ഉൾപ്പെടാം. എന്നാൽ നടപ്പാക്കലാണ് ലക്ഷ്യമെങ്കിൽ, ദ്രുതഗതിയിലുള്ള സ്കെയിലിംഗിൻ്റെ സാധ്യതകളെ പ്രത്യേകമായി അഭിസംബോധന ചെയ്യുന്ന അളവുകൾ ചേർക്കാൻ ഞങ്ങൾ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു.
മെറ്റീരിയലുകളും ലഭ്യതയും
ഖര അജൈവ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ ലോകത്ത്, രണ്ട് പ്രധാന തരം പദാർത്ഥങ്ങളുണ്ട് - ഓക്സിജൻ അടങ്ങിയ ഓക്സൈഡുകളും സൾഫർ അടങ്ങിയ സൾഫൈഡുകളും. ടിൻ, നിയോബിയം എന്നിവയുടെ ഖനനത്തിൻ്റെ ഉപോൽപ്പന്നമായാണ് ടാൻ്റലം നിർമ്മിക്കുന്നത്. ടിൻ, നിയോബിയം എന്നിവയുടെ ഖനനവേളയിൽ ജെർമേനിയത്തേക്കാൾ ടാൻ്റലത്തിൻ്റെ ഉൽപ്പാദനം പരമാവധി സാധ്യതയോട് അടുത്തതായി ചരിത്രപരമായ ഡാറ്റ കാണിക്കുന്നു. തൻ്റാലത്തിൻ്റെ ലഭ്യത LLZO-അധിഷ്ഠിത സെല്ലുകളുടെ സാധ്യമായ സ്കെയിലിംഗിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ഒരു വലിയ ആശങ്കയാണ്.
എന്നിരുന്നാലും, നിലത്ത് ഒരു മൂലകത്തിൻ്റെ ലഭ്യത അറിയുന്നത് അത് നിർമ്മാതാക്കളുടെ കൈകളിലെത്തിക്കാൻ ആവശ്യമായ നടപടികൾ പരിഹരിക്കില്ല. ഖനനം, സംസ്‌കരണം, ശുദ്ധീകരണം, ഗതാഗതം തുടങ്ങിയ പ്രധാന മൂലകങ്ങളുടെ വിതരണ ശൃംഖലയെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു ഫോളോ-ഓൺ ചോദ്യം ഗവേഷകർ അന്വേഷിച്ചു. സമൃദ്ധമായ വിതരണമുണ്ടെന്ന് കരുതുക, ഈ മെറ്റീരിയലുകൾ വിതരണം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള വിതരണ ശൃംഖല വളരുന്നതിനനുസരിച്ച് വേഗത്തിൽ വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമോ? ബാറ്ററികൾക്കുള്ള ആവശ്യം?
ഒരു സാമ്പിൾ വിശകലനത്തിൽ, 2030-ലെ ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾക്കായി ബാറ്ററികൾ ലഭ്യമാക്കുന്നതിന് ജെർമേനിയം, ടാൻടലം എന്നിവയുടെ വിതരണ ശൃംഖലയ്ക്ക് വർഷം തോറും എത്രമാത്രം വളരണമെന്ന് അവർ പരിശോധിച്ചു. ഒരു ഉദാഹരണമായി, 2030-ലെ ലക്ഷ്യമായി ഉദ്ധരിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങളുടെ ഒരു കൂട്ടം, മൊത്തം 100 ജിഗാവാട്ട് മണിക്കൂർ ഊർജ്ജം നൽകുന്നതിന് ആവശ്യമായ ബാറ്ററികൾ നിർമ്മിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കുന്നതിന്, എൽജിപിഎസ് ബാറ്ററികൾ മാത്രം ഉപയോഗിച്ച്, ജെർമേനിയം വിതരണ ശൃംഖലയ്ക്ക് വർഷം തോറും 50% വളർച്ച ആവശ്യമാണ് - ഒരു നീണ്ടുനിൽക്കുന്നു, കാരണം പരമാവധി വളർച്ചാ നിരക്ക് മുൻകാലങ്ങളിൽ ഏകദേശം 7% ആയിരുന്നു. LLZO സെല്ലുകൾ മാത്രം ഉപയോഗിച്ച്, ടാൻ്റലത്തിൻ്റെ വിതരണ ശൃംഖല ഏകദേശം 30% വളരേണ്ടതുണ്ട് - വളർച്ചാ നിരക്ക് ചരിത്രപരമായ പരമാവധി 10%-ത്തിന് മുകളിലാണ്.
വ്യത്യസ്‌ത ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ സ്കെയിലിംഗ്-അപ്പ് സാധ്യതകൾ വിലയിരുത്തുമ്പോൾ മെറ്റീരിയൽ ലഭ്യതയും വിതരണ ശൃംഖലയും പരിഗണിക്കേണ്ടതിൻ്റെ പ്രാധാന്യം ഈ ഉദാഹരണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, ഹുവാങ് പറയുന്നു: ഒരു മെറ്റീരിയലിൻ്റെ അളവ് ഒരു പ്രശ്‌നമല്ലെങ്കിലും, ജെർമേനിയത്തിൻ്റെ കാര്യത്തിലെന്നപോലെ, എല്ലാം സ്കെയിൽ ചെയ്യുന്നു. ഭാവിയിലെ വൈദ്യുത വാഹനങ്ങളുടെ ഉൽപ്പാദനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിനുള്ള വിതരണ ശൃംഖലയിലെ ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ഫലത്തിൽ അഭൂതപൂർവമായ വളർച്ചാ നിരക്ക് ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം.
മെറ്റീരിയലുകളും പ്രോസസ്സിംഗും
ഒരു ബാറ്ററി ഡിസൈനിൻ്റെ സ്കേലബിളിറ്റി സാധ്യതകൾ വിലയിരുത്തുമ്പോൾ പരിഗണിക്കേണ്ട മറ്റൊരു ഘടകം നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയുടെ ബുദ്ധിമുട്ടും ചെലവിൽ അത് ചെലുത്തിയേക്കാവുന്ന സ്വാധീനവുമാണ്. ഒരു സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററിയുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ അനിവാര്യമായും നിരവധി ഘട്ടങ്ങളുണ്ട്, ഏതെങ്കിലും ഘട്ടത്തിൻ്റെ പരാജയം വിജയകരമായി നിർമ്മിക്കുന്ന ഓരോ സെല്ലിൻ്റെയും വില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.
നിർമ്മാണ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾക്കുള്ള ഒരു പ്രോക്‌സി എന്ന നിലയിൽ, ഒലിവെറ്റി, സീഡർ, ഹുവാങ് എന്നിവർ തങ്ങളുടെ ഡാറ്റാബേസിൽ തിരഞ്ഞെടുത്ത സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററി ഡിസൈനുകളുടെ മൊത്തം വിലയിൽ പരാജയനിരക്കിൻ്റെ ആഘാതം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തു. ഒരു ഉദാഹരണത്തിൽ, അവർ LLZO എന്ന ഓക്സൈഡിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചു. LLZO വളരെ പൊട്ടുന്നതും ഉയർന്ന പ്രകടനശേഷിയുള്ള സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കാവുന്നത്ര കനം കുറഞ്ഞതുമായ വലിയ ഷീറ്റുകൾ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ പൊട്ടുകയോ വിണ്ടുകീറുകയോ ചെയ്യാം.
അത്തരം പരാജയങ്ങളുടെ ചെലവ് പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ, LLZO സെല്ലുകൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന നാല് പ്രധാന പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾ അവർ അനുകരിച്ചു. ഓരോ ഘട്ടത്തിലും, അവർ ഒരു അനുമാനിച്ച വിളവ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ചെലവ് കണക്കാക്കി, അതായത് പരാജയപ്പെടാതെ വിജയകരമായി പ്രോസസ്സ് ചെയ്ത മൊത്തം സെല്ലുകളുടെ അനുപാതം. LLZO-യെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, അവർ പഠിച്ച മറ്റ് ഡിസൈനുകളെ അപേക്ഷിച്ച് വിളവ് വളരെ കുറവായിരുന്നു; മാത്രമല്ല, വിളവ് കുറയുന്നതിനാൽ, ഒരു കിലോവാട്ട്-മണിക്കൂറിന് (kWh) സെൽ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ വില ഗണ്യമായി വർദ്ധിച്ചു. ഉദാഹരണത്തിന്, അവസാന കാഥോഡ് തപീകരണ ഘട്ടത്തിലേക്ക് 5% കൂടുതൽ സെല്ലുകൾ ചേർത്തപ്പോൾ, ചെലവ് ഏകദേശം $30/kWh വർദ്ധിച്ചു - അത്തരം സെല്ലുകൾക്ക് പൊതുവായി അംഗീകരിക്കപ്പെട്ട ടാർഗെറ്റ് ചെലവ് $100/kWh ആണെന്നത് കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ ഒരു നിസ്സാരമായ മാറ്റം. വ്യക്തമായും, നിർമ്മാണത്തിലെ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ വലിയ തോതിലുള്ള ഡിസൈൻ സ്വീകരിക്കുന്നതിനുള്ള സാധ്യതയെ ആഴത്തിൽ സ്വാധീനിക്കും.
പോസ്റ്റ് സമയം: സെപ്റ്റംബർ-09-2022