रेंज की चिंता, यह डर कि आपके गंतव्य तक पहुंचने से पहले आपका इलेक्ट्रिक वाहन चार्ज से बाहर हो जाएगा, दुनिया भर में ईवी अपनाने के लिए सबसे बड़ी मनोवैज्ञानिक बाधाओं में से एक बनी हुई है। वर्तमान इलेक्ट्रिक वाहन एक बार चार्ज करने पर लगभग 700 किलोमीटर की दूरी तय कर सकते हैं, यह संख्या इंजीनियर और बैटरी वैज्ञानिक वर्षों से आगे बढ़ाने की कोशिश कर रहे हैं। अब, दक्षिण कोरिया के पोहांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने उस चीज़ की पहचान की है जिसे वे एक सफलता कह रहे हैं: एक जेल-आधारित समाधान जो ईवी को एक बार चार्ज करने पर 1,000 किलोमीटर तक चलने की अनुमति दे सकता है, ऐसी सामग्रियों का उपयोग करके जो उद्योग द्वारा पहले की गई किसी भी चीज़ की तुलना में सस्ती और अधिक व्यावहारिक हैं।
सिलिकॉन हमेशा ईवी बैटरियों का सबसे बड़ा वादा और सबसे बड़ी समस्या क्यों रहा है?
सिलिकॉन लंबे समय से ईवी बैटरी समस्या का आकर्षक उत्तर रहा है। इसकी भंडारण क्षमता आज अधिकांश लिथियम-आयन बैटरियों में उपयोग किए जाने वाले ग्रेफाइट एनोड से कहीं अधिक है, जो इसे अगली पीढ़ी की बैटरी डिजाइन के लिए एक स्पष्ट उम्मीदवार बनाती है। समस्या यह है कि जब आप वास्तव में इसका उपयोग करते हैं तो क्या होता है। चार्जिंग के दौरान, सिलिकॉन अपने मूल आकार से तीन गुना से अधिक फैलता है, फिर डिस्चार्ज के दौरान वापस सिकुड़ जाता है। बार-बार ऐसा करने पर, यह यांत्रिक तनाव सामग्री को खंडित कर देता है, जिससे बैटरी तेजी से खराब हो जाती है और समय के साथ अस्थिर हो जाती है।उद्योग की प्रतिक्रिया नैनो-आकार के सिलिकॉन कणों का उपयोग करने की रही है, जो इतने छोटे हों कि विस्तार से कम संरचनात्मक क्षति हो। यह एक सीमा तक काम करता है। लेकिन नैनो-सिलिकॉन उत्पादन तकनीकी रूप से जटिल है और बड़े पैमाने पर अत्यधिक महंगा है, जिससे भारी लागत प्रभाव के बिना प्रयोगशाला से बड़े पैमाने पर विनिर्माण में जाना मुश्किल हो जाता है।
कैसे ए जेल पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट सिलिकॉन विस्तार समस्या का समाधान करता है
प्रोफेसर सूजिन पार्क, पीएचडी उम्मीदवार मिनजुन जे और डॉ. हाय बिन सोन के नेतृत्व में POSTECH टीम ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया। सिलिकॉन को नैनोस्केल तक सिकोड़ने के बजाय, उन्होंने इसे सूक्ष्म कणों पर रखा, जो पारंपरिक नैनो-सिलिकॉन एनोड में इस्तेमाल होने वाले कणों से सौ गुना बड़ा था और इसे मानक बैटरी में पाए जाने वाले तरल इलेक्ट्रोलाइट के बजाय जेल पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट के साथ जोड़ा गया।जेल एक स्थिर माध्यम के रूप में कार्य करता है। क्योंकि यह न तो पूरी तरह से तरल है और न ही पूरी तरह से ठोस है, यह संरचनात्मक फ्रैक्चरिंग के बिना चार्जिंग चक्र के दौरान बड़े सिलिकॉन कणों के विस्तार और संकुचन को समायोजित कर सकता है जो मानक माइक्रो-सिलिकॉन को अस्थिर बनाता है। परिणाम, जर्नल एडवांस्ड साइंस में प्रकाशित, एक ऐसी बैटरी थी जो पांच माइक्रोमीटर आकार के माइक्रो-सिलिकॉन कणों के साथ भी स्थिर रही, एक ऐसा पैमाना जिसे पहले विश्वसनीय रूप से काम करने के लिए बहुत बड़ा माना जाता था।
इस सफलता के पीछे संख्याएँ: 40% अधिक ऊर्जा घनत्व
नई प्रणाली से जुड़े प्रदर्शन के आंकड़े महत्वपूर्ण हैं। सिलिकॉन-जेल इलेक्ट्रोलाइट संयोजन तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके पारंपरिक बैटरी के बराबर आयन चालकता प्रदान करता है, जिसका अर्थ है कि यह उस गति का त्याग नहीं करता है जिस पर बैटरी के माध्यम से चार्ज चलता है। साथ ही, इसने वर्तमान बैटरी डिज़ाइनों की तुलना में ऊर्जा घनत्व में लगभग 40% सुधार हासिल किया। यह सुधार, मौजूदा ईवी बैटरी पैक पर लागू किया गया है, जो 1,000 किलोमीटर की सीमा के आंकड़े को पहुंच के भीतर रखता है।प्रोफेसर पार्क ने कहा, “हमने माइक्रो-सिलिकॉन एनोड का उपयोग किया, फिर भी हमारे पास एक स्थिर बैटरी है।” “यह शोध हमें वास्तविक उच्च-ऊर्जा-घनत्व लिथियम-आयन बैटरी प्रणाली के करीब लाता है।”गंभीर रूप से, नई प्रणाली के पीछे विनिर्माण प्रक्रिया के लिए विदेशी या महंगे उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है। टीम स्पष्ट थी कि प्रक्रिया सीधी है और तत्काल आवेदन के लिए तैयार है, बैटरी अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण अंतर, जहां औद्योगिक विनिर्माण में संक्रमण से बचने में असमर्थ सफलताएं शायद ही कभी उपभोक्ताओं तक पहुंचती हैं।
यह बैटरी खोज प्रयोगशाला से परे क्यों मायने रखती है?
POSTECH की सफलता ऐसे समय में आई है जब वैश्विक EV बैटरी की दौड़ तेजी से तेज हो रही है। चीन की CATL ने हाल ही में 2026 बीजिंग मोटर शो में अपनी क्विलिन कंप्रेस्ड बैटरी का अनावरण किया, जिसमें सेमी-सॉलिड-स्टेट केमिस्ट्री का उपयोग करके 1,500 किलोमीटर तक की रेंज का दावा किया गया है। इस बीच, जीली, टोयोटा और पश्चिमी स्टार्टअप का एक समूह समान लंबी दूरी की महत्वाकांक्षाओं के साथ सॉलिड-स्टेट बैटरी प्रौद्योगिकियों का अनुसरण कर रहे हैं, हालांकि अधिकांश को 2020 के अंत या 2030 की शुरुआत से पहले बड़े पैमाने पर उत्पादन तक पहुंचने की उम्मीद नहीं है।POSTECH जेल दृष्टिकोण को जो अलग करता है वह इसकी सापेक्ष सादगी है। सॉलिड-स्टेट बैटरियां, अपने सभी वादों के बावजूद, गंभीर विनिर्माण और स्थायित्व चुनौतियों का सामना करती हैं, जिसने उन्हें वर्षों से उत्पादन वाहनों से दूर रखा है। एक जेल पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली जो मौजूदा लिथियम-आयन विनिर्माण बुनियादी ढांचे के साथ काम करती है और नैनो-सिलिकॉन के खर्च के बिना 40% ऊर्जा घनत्व लाभ प्रदान करती है, सार्थक सीमा सुधार के लिए अधिक निकट अवधि के मार्ग का प्रतिनिधित्व करती है।
सिलिकॉन जेल ईवी बैटरियों के लिए आगे क्या आता है
अध्ययन को कोरिया के राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन के स्वतंत्र शोधकर्ता कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था, और टीम के तत्काल अगले कदमों में लंबे चार्जिंग चक्रों पर स्थायित्व के लिए सिस्टम को परिष्कृत करना शामिल है, वास्तविक दुनिया का परीक्षण जो सभी बैटरी रसायन शास्त्र को अंततः पारित करना होगा।ईवी चालकों के लिए, महत्व सीधा है। एक वाहन जो एक बार चार्ज करने पर 1,000 किलोमीटर की यात्रा कर सकता है, अब वह कार नहीं है जिसके लिए सावधानीपूर्वक मार्ग योजना, जानबूझकर चार्जिंग स्टॉप या बैटरी संकेतक पर लगातार ध्यान देने की आवश्यकता होती है। यह बस एक कार है जो बिजली से चलती है। वहां पहुंचना हमेशा से एक रसायन विज्ञान की समस्या रही है। दक्षिण कोरिया की एक टीम को शायद जेल के एक जार के अंदर एक व्यावहारिक उत्तर मिल गया है।
