CUHK से नई इलेक्ट्रोलाइट तकनीक लिथियम-आयन बैटरी की सुरक्षा समस्याओं को हल करती है

पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में रिचार्जेबल बैटरियों से लेकर इलेक्ट्रिक साइकिलों और नए ऊर्जा वाहनों के लिए पावर स्रोतों तक, लिथियम-आयन बैटरी की आग और दहन के कारण होने वाले सुरक्षा हादसे वैश्विक ध्यान का केंद्र बनते जा रहे हैं। 22 तारीख को CNN की एक रिपोर्ट के अनुसार, हांगकांग की चीनी विश्वविद्यालय (CUHK) के एक शोध टीम द्वारा विकसित एक नई तकनीक लिथियम-आयन बैटरी के विस्फोट और आग के जोखिम को महत्वपूर्ण रूप से कम कर सकती है, और इस तकनीक के अगले 3 से 5 वर्षों के भीतर व्यावसायिक रूप से लागू होने की उम्मीद है।

रिपोर्ट में指出 किया गया है कि लिथियम-आयन बैटरियों का स्मार्टफोन्स से लेकर नए ऊर्जा वाहनों तक विभिन्न उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। शोधकर्ताओं ने बताया कि लिथियम-आयन बैटरियों की सामान्य उपयोग परिदृश्यों के तहत अच्छी सुरक्षा होती है, लेकिन अनुचित उपयोग से आग के खतरों और यहां तक कि चरम मामलों में घातक परिणाम हो सकते हैं। इसका कारण यह है कि लिथियम-आयन बैटरियों के अंदर भरा हुआ इलेक्ट्रोलाइट ज्वलनशील होता है। जब इसे भौतिक छिद्रण, अधिक चार्जिंग, चरम तापमान और आर्द्रता की स्थितियों, या उत्पादन प्रक्रिया की खामियों के अधीन किया जाता है, तो बैटरियां धीरे-धीरे स्थिरता खो देती हैं। एक बार जब कोई असामान्यता होती है, तो बैटरी का तापमान तेजी से बढ़ता है और इलेक्ट्रोलाइट को प्रज्वलित करता है, जिससे "थर्मल रनवे" के रूप में ज्ञात एक खतरनाक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू होती है। संबंधित सांख्यिकीय डेटा दिखाता है कि 2024 में अकेले, वैश्विक नागरिक उड्डयन परिवहन क्षेत्र में 89 बैटरी-संबंधित धुआं, आग या उच्च-तापमान असामान्य घटनाएं दर्ज की गईं; दैनिक जीवन में, इलेक्ट्रिक बाइकों, इलेक्ट्रिक स्कूटरों और अन्य उपकरणों की बैटरी आग के हादसे भी असामान्य नहीं हैं।

इस सुरक्षा समस्या को हल करने के लिए, वैश्विक वैज्ञानिक अनुसंधान समुदाय ने सक्रिय रूप से तकनीकी अनुसंधान किया है, जैसे कि पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के स्थान पर उच्च तापमान प्रतिरोधी ठोस या जेल इलेक्ट्रोलाइट्स का विकास करना। हालाँकि, ऐसे समाधान मौजूदा बैटरी उत्पादन लाइनों में बड़े पैमाने पर संशोधनों की आवश्यकता होती है, जो औद्योगिकीकरण की सीमा को काफी बढ़ा देता है और प्रौद्योगिकी के प्रचार की गति को सीमित करता है। इसके विपरीत, CUHK टीम द्वारा प्रस्तावित नई लिथियम-आयन बैटरी अनुकूलन योजना को मौजूदा इलेक्ट्रोलाइट में रासायनिक घटकों को बदलने की आवश्यकता होती है बिना उत्पादन प्रक्रिया के मुख्य लिंक को बदले।

शोधकर्ताओं की टीम ने समझाया कि लिथियम-आयन बैटरी की आग लगने का मुख्य कारण उच्च दबाव के तहत इलेक्ट्रोलाइट का विघटन है, जो बड़ी मात्रा में गर्मी छोड़ता है और एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को प्रेरित करता है। नए विकसित इलेक्ट्रोलाइट में एक द्विआधारी सॉल्वेंट प्रणाली है, जो इस खतरनाक प्रतिक्रिया प्रक्रिया को सटीक रूप से रोक सकती है। सामान्य तापमान की स्थितियों में, पहला सॉल्वेंट बैटरी की आंतरिक रासायनिक संरचना की संकुचन को बनाए रख सकता है, बैटरी के सामान्य प्रदर्शन आउटपुट को सुनिश्चित करता है; जब बैटरी का तापमान असामान्य रूप से बढ़ता है, तो दूसरा सॉल्वेंट तेजी से सुरक्षा तंत्र को सक्रिय करेगा, रासायनिक संरचना को ढीला करके और थर्मल रनवे से संबंधित प्रतिक्रियाओं को धीमा करके आग के खतरों को स्रोत से रोक देगा।

CNN ने प्रयोगशाला परीक्षण डेटा का हवाला दिया जिसमें दिखाया गया कि जब इस नई तकनीक को अपनाने वाली लिथियम-आयन बैटरी को एक कील से छेदा गया, तो तापमान केवल 3.5 डिग्री सेल्सियस बढ़ा; इसके विपरीत, पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों का तापमान समान परीक्षण परिस्थितियों में 555 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ गया। शोधकर्ताओं ने जोर देकर कहा कि यह तकनीकी योजना बैटरी के मुख्य प्रदर्शन और सेवा जीवन पर नकारात्मक प्रभाव नहीं डालेगी। परीक्षणों से पता चला है कि 1000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद, बैटरी की क्षमता अभी भी प्रारंभिक मूल्य का 80% से अधिक बनाए रख सकती है, जो वाणिज्यिक अनुप्रयोग की आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करती है।

यह ध्यान देने योग्य है कि चूंकि यह तकनीक केवल इलेक्ट्रोलाइट घटकों के प्रतिस्थापन से संबंधित है बिना मौजूदा उत्पादन लाइनों को संशोधित किए, इसके पास तेजी से औद्योगिकीकरण के लिए बुनियादी शर्तें हैं। अनुमान है कि बड़े पैमाने पर उत्पादन के बाद, इस तकनीक को अपनाने वाले लिथियम-आयन बैटरियों की लागत मौजूदा मुख्यधारा के उत्पादों के समान होगी। वर्तमान में, संबंधित तकनीक वाणिज्यीकरण उन्नति के चरण में प्रवेश कर चुकी है। अमेरिका के राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला के वरिष्ठ वैज्ञानिक डोनाल्ड फिनिगन ने टिप्पणी की: "यह तकनीकी सफलता रोमांचक है, जिसका अर्थ है कि भविष्य की लिथियम-आयन बैटरियां उच्च तापमान और शॉर्ट सर्किट जैसे चरम कार्य स्थितियों का सामना कर सकेंगी, जिससे आग के जोखिमों से मौलिक रूप से बचा जा सकेगा।"