Introduction
क्या आपने कभी सोचा है कि बैटरी की दुनिया में एक नई क्रांति आ सकती है? Lithium-air बैटरियों की खोज ने इस दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। ये बैटरियाँ पारंपरिक lithium-ion बैटरियों की तुलना में अधिक ऊर्जा संग्रहित करने की क्षमता रखती हैं, लेकिन अब तक इनकी उच्च प्रदर्शन क्षमता केवल सिद्धांत तक ही सीमित रही है। एक चीनी शोध टीम ने इस चुनौती का समाधान खोजने के लिए एक अद्वितीय दृष्टिकोण अपनाया है। आइए जानते हैं कि ये lithium-air बैटरियाँ कैसे काम करती हैं और शोधकर्ताओं ने इनमें सुधार लाने के लिए क्या नया किया है!
Full Article
Lithium-air बैटरियाँ (Li-O2) एक अद्वितीय डिज़ाइन पर आधारित हैं। इनमें एक धात्विक lithium से बना anode होता है। जब बैटरी का उपयोग किया जाता है, तो सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए lithium आयन घुलकर छिद्रित cathode की ओर बढ़ते हैं, जिसमें हवा बहती है। इस प्रक्रिया में, ऑक्सीजन ऑक्सीकृत होकर lithium peroxide (Li2O2) में बंध जाती है। चार्जिंग के दौरान, ऑक्सीजन मुक्त होती है और lithium आयन फिर से धात्विक lithium में वापस लौटते हैं। हालाँकि, इन बैटरियों का सिद्धांत में उच्च प्रदर्शन अभी तक वास्तविकता नहीं बन पाया है।
वास्तविकता में, एक प्रभाव जिसे "overpotential" कहा जाता है, इलेक्ट्रोकैमिकल प्रतिक्रियाओं को धीमा कर देता है। Li2O2 का निर्माण और विघटन धीमा होता है और इसकी चालकता भी बहुत कम होती है। इसके अलावा, cathode के छिद्र अक्सर बंद हो जाते हैं, और ऑक्सीजन के निर्माण के लिए आवश्यक उच्च संभावित इलेक्ट्रोलाइट का विघटन करता है, जिससे अवांछनीय साइड प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न होती हैं। यह कारण है कि बैटरियाँ केवल कुछ चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के बाद अपनी अधिकांश प्रदर्शन क्षमता खो देती हैं।
इस चुनौती का समाधान प्रस्तुत करने के लिए, Dalian Institute of Chemical Physics के Zhong-Shuai Wu के नेतृत्व में एक टीम ने एक नया इमिडाज़ोल आयोडाइड नमक (1,3-डाइमिथाइलइमिडाज़ोलियम आयोडाइड, DMII) जोड़ने का प्रस्ताव रखा है। यह नमक एक उत्प्रेरक और redox mediator के रूप में कार्य करता है, जो बैटरी के प्रदर्शन और आयु को बढ़ाता है।
DMII के आयोडाइड आयन (I−) आसानी से I3− में बदल सकते हैं और फिर से वापस (redox पेयर) बन सकते हैं। इस प्रक्रिया में, ये ऑक्सीजन को इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करते हैं (डिस्चार्ज) और उन्हें वापस लेते हैं (चार्ज)। यह सुविधा चार्ज परिवहन को तेज करती है, cathode के overpotential को कम करती है, और इलेक्ट्रोकेमिकल सेल की डिस्चार्ज क्षमता को बढ़ाती है। DMII+ आयन में तीन कार्बन और दो नाइट्रोजन परमाणुओं से बनी एक रिंग होती है। यह रिंग स्वतंत्र रूप से गतिशील इलेक्ट्रॉनों से भरी होती है और डिस्चार्ज के दौरान lithium आयनों को "कैप्चर" कर सकती है और उन्हें cathode पर ऑक्सीजन तक प्रभावी ढंग से पहुंचा सकती है।
इसके अलावा, DMII+ आयन anode पर एक अल्ट्रा-पतली लेकिन अत्यधिक स्थिर इंटरफेस फिल्म बनाते हैं, जो इलेक्ट्रोलाइट और lithium सतह के बीच सीधे संपर्क को रोकती है, इलेक्ट्रोलाइट के विघटन को कम करती है और साइड प्रतिक्रियाओं को रोकती है। यह anode को स्थिर करता है और बैटरी की आयु को बढ़ाता है।
शोधकर्ताओं द्वारा निर्मित इलेक्ट्रोकैमिकल टेस्ट सेल बहुत आशाजनक रहे हैं। उन्होंने बहुत कम overpotential (0.52 V), 960 घंटे तक उच्च चक्र स्थिरता, और बिना किसी साइड प्रतिक्रियाओं के Li2O2 के निर्माण/विघटन में उच्च पुनरावृत्ति दिखाई है।
Conclusion
Lithium-air बैटरियाँ भविष्य की ऊर्जा संग्रहण प्रणाली का एक बड़ा हिस्सा बन सकती हैं। Dalian Institute of Chemical Physics की इस नई खोज से न केवल इन बैटरियों की प्रदर्शन क्षमता में सुधार होने की उम्मीद है, बल्कि ये पारंपरिक lithium-ion बैटरियों की तुलना में अधिक दीर्घकालिक भी बन सकती हैं। ऊर्जा के विश्व में इस नई दिशा में उठाए गए कदम से यह स्पष्ट है कि तकनीकी विकास निरंतर चल रहा है और हमें इसके परिणामों का बेसब्री से इंतजार है।
FAQs Section
1. Lithium-air बैटरी क्या होती है?
Lithium-air बैटरी एक प्रकार की बैटरी है जिसमें lithium आयन एक धात्विक lithium के anode से निकलकर cathode पर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। यह बैटरी पारंपरिक lithium-ion बैटरी की तुलना में अधिक ऊर्जा संग्रहित करने की क्षमता रखती है।
2. Lithium-air बैटरी में क्या समस्याएँ आती हैं?
इन बैटरियों में मुख्य समस्याएँ overpotential, Li2O2 का धीमा निर्माण और विघटन, cathode के छिद्रों का बंद होना और इलेक्ट्रोलाइट का विघटन शामिल हैं। ये समस्याएँ बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं।
3. DMII क्या है और यह बैटरी में कैसे मदद करता है?
DMII (1,3-डाइमिथाइलइमिडाज़ोलियम आयोडाइड) एक नमक है जो lithium-air बैटरी में एक उत्प्रेरक और redox mediator के रूप में कार्य करता है। यह चार्ज परिवहन को तेज करता है और बैटरी के प्रदर्शन और आयु को बढ़ाता है।
4. Lithium-air बैटरी का भविष्य क्या है?
Lithium-air बैटरी का भविष्य उज्ज्वल दिखाई देता है। नई तकनीकों और अनुसंधान के कारण, इन बैटरियों की प्रदर्शन क्षमता और दीर्घकालिकता में सुधार होने की उम्मीद है, जिससे ये ऊर्जा के क्षेत्र में क्रांतिकारी परिवर्तन ला सकती हैं।
5. क्या lithium-air बैटरियाँ अभी बाजार में उपलब्ध हैं?
अभी lithium-air बैटरियाँ वाणिज्यिक उपयोग के लिए पूरी तरह से विकसित नहीं हुई हैं। शोधकर्ता इनकी प्रदर्शन क्षमता और दीर्घकालिकता में सुधार लाने के लिए काम कर रहे हैं।
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