थॉमस एडिसन की असफल रिचार्जेबल बैटरी को मिल सकता है दूसरा जीवन

संयुक्त राज्य अमेरिका - इख़बारी समाचार एजेंसी

थॉमस एडिसन की असफल रिचार्जेबल बैटरी को मिल सकता है दूसरा जीवन

इलेक्ट्रिकल स्टोरेज के इतिहास के अध्यायों को फिर से लिखने में सक्षम एक विकास में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स (यूसीएलए) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने सफलतापूर्वक एक निकल-लौह बैटरी प्रोटोटाइप विकसित किया है जो प्रसिद्ध आविष्कारक थॉमस एडिसन द्वारा निर्धारित अग्रणी सिद्धांतों पर आधारित है। जबकि इस तकनीक के लिए एडिसन का मूल दृष्टिकोण 20वीं सदी की शुरुआत में इलेक्ट्रिक ऑटोमोबाइल को शक्ति प्रदान करना था, समकालीन शोधकर्ता अब मानते हैं कि इसके मौलिक सिद्धांत नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों, जैसे सौर और पवन ऊर्जा सुविधाओं के लिए कहीं अधिक उपयुक्त हैं।

हाल ही में 'स्मॉल' नामक वैज्ञानिक पत्रिका में प्रकाशित यह अध्ययन, कुछ ही सेकंड में रिचार्ज होने और 12,000 से अधिक चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों को झेलने में सक्षम एक अभिनव बैटरी प्रोटोटाइप का विवरण देता है। यह उल्लेखनीय स्थायित्व लगभग 30 वर्षों के गहन दैनिक उपयोग के बराबर है, जो इस पुनर्कल्पित तकनीक के लिए असाधारण रूप से लंबे जीवनकाल का सुझाव देता है। यह सफलता बेहतर प्रदर्शन के लिए नैनोस्केल पर रासायनिक सिद्धांतों का उपयोग करने की गहरी समझ को दर्शाती है।

रिचार्जेबल इलेक्ट्रिक पावर की अवधारणा एडिसन के युग में पूरी तरह से नई नहीं थी। 1900 तक, संयुक्त राज्य अमेरिका की सड़कों पर गैसोलीन-संचालित वाहनों की तुलना में इलेक्ट्रिक हाइब्रिड कारें अधिक थीं। 1901 में, एडिसन ने एक काम कर रही लेड-एसिड ऑटोमोटिव बैटरी का पेटेंट कराया, जिसने 20वीं सदी को एक बहुत अलग रास्ते पर ले जाने की कगार पर ला दिया था। हालांकि, एडिसन की बैटरियों को महत्वपूर्ण बाधाओं का सामना करना पड़ा, जिसमें उच्च लागत और केवल 30 मील की सीमित सीमा शामिल थी, जिसके कारण एडिसन ने एक सफल निकल-लौह बैटरी उत्तराधिकारी की अपनी दृष्टि को पूरी तरह से साकार करने से पहले आंतरिक दहन इंजन से हार मान ली।

आज, जीवाश्म ईंधन के गंभीर परिणामों के बारे में बढ़ती जागरूकता के प्रकाश में, एक सदी से अधिक निरंतर नवाचार के बाद, नवीकरणीय ऊर्जा वैश्विक ऊर्जा मिश्रण का एक आधार बन गई है। जबकि आज अधिकांश लोग रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरियों से परिचित हैं, एडिसन की निकल-लौह अवधारणा पूरी तरह से फीकी नहीं पड़ी है। यूसीएलए के इंजीनियर स्वीकार करते हैं कि यद्यपि यह तकनीक परिवहन अनुप्रयोगों के लिए सीधे उपयुक्त नहीं हो सकती है, फिर भी यह सौर फार्मों और बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण सुविधाओं जैसे ऊर्जा बुनियादी ढांचे में उपयोग के लिए अपार संभावनाएं दिखाती है।

अध्ययन के सह-लेखक डॉ. माहेर एल-काडी बताते हैं कि इस तकनीक के अंतर्निहित सिद्धांत, परमाणु-स्तरीय बंधनों और नैनोस्केल इंजीनियरिंग पर निर्भर होने के बावजूद, आश्चर्यजनक रूप से समझने में आसान हैं। उन्होंने हाल ही में यूसीएलए प्रोफाइल में कहा, "लोग अक्सर आधुनिक नैनोटेक्नोलॉजी उपकरणों को जटिल और हाई-टेक मानते हैं, लेकिन हमारा दृष्टिकोण आश्चर्यजनक रूप से सरल और सीधा है।"

एल-काडी की टीम ने दो प्राथमिक स्रोतों से प्रेरणा ली: मौलिक रसायन विज्ञान और कंकाल शरीर रचना। उदाहरण के लिए, कशेरुकी हड्डियों और गोले का निर्माण, कैल्शियम-आधारित यौगिकों के निर्माण के लिए एक फ्रेमवर्क के रूप में विशिष्ट प्रोटीन का उपयोग करता है। "खनिजों को सही ढंग से बिछाने से हड्डियां बनती हैं जो मजबूत होती हैं, फिर भी टूटने के लिए पर्याप्त लचीली होती हैं। यह कैसे किया जाता है, यह उपयोग की जाने वाली सामग्री जितना ही महत्वपूर्ण है, और प्रोटीन उनके स्थान को निर्देशित करते हैं," बताते हैं डॉ. रिक कानेर, एक सामग्री वैज्ञानिक और अध्ययन के सह-लेखक।

एल-काडी और कानेर ने कैल्शियम को निकल और लोहे से बदलकर इस जैविक प्रणाली को अनुकूलित करने की संभावना का पता लगाया। प्रोटीन घटक के लिए, उन्होंने बीफ प्रसंस्करण के उप-उत्पादों का उपयोग किया, उन्हें ग्राफीन ऑक्साइड के साथ संसेचित किया - जो कार्बन और ऑक्सीजन की एक एकल-परमाणु-मोटी शीट है। अंततः, उन्होंने सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए निकल परमाणुओं और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए लौह परमाणुओं से भरे एक मुड़े हुए प्रोटीन संरचना को विकसित करने में सफलता प्राप्त की। ये संरचनाएं, जो पांच नैनोमीटर से कम चौड़ी हैं, एक मानव बाल की चौड़ाई तक पहुंचने के लिए 10,000 से 20,000 क्लस्टर की आवश्यकता होगी।

ग्राफीन ऑक्साइड के ऑक्सीजन परमाणु आमतौर पर एक इन्सुलेटर के रूप में कार्य करते हैं, जो बैटरी की दक्षता में बाधा डाल सकते हैं। हालांकि, टीम ने एक समाधान तैयार किया। अपने निर्माण को अति-गर्म पानी में रखकर, उच्च तापमान ने सभी ऑक्सीजन को समाप्त करते हुए प्रोटीन को कार्बन में बदल दिया। साथ ही, ये धातु क्लस्टर संरचनाओं में और अधिक अंतर्निहित हो गए। परिणाम एक एरोजेल था जो मात्रा के हिसाब से लगभग 99% हवा से बना था। यहीं से, सतह क्षेत्र की आश्चर्यजनक गतिशीलता काम में आती है।

"जैसे-जैसे हम बड़ी कणिकाओं से इन अत्यंत छोटी नैनोक्लस्टरों की ओर बढ़ते हैं, सतह क्षेत्र नाटकीय रूप से बढ़ जाता है। यह बैटरियों के लिए एक बहुत बड़ा फायदा है," एल-काडी ने विस्तार से बताया। "जब कण इतने छोटे होते हैं, तो लगभग हर एक परमाणु प्रतिक्रिया में भाग ले सकता है। इसलिए, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग बहुत तेजी से होती है, आप अधिक चार्ज स्टोर कर सकते हैं, और पूरी बैटरी अधिक कुशलता से काम करती है।"

हालांकि एल-काडी की निकल-लौह एरोजेल बैटरी वर्तमान में लिथियम-आयन विकल्पों की भंडारण क्षमता के करीब भी नहीं है, जिससे यह इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए अनुपयुक्त है, इसका महत्व एक साधारण रासायनिक प्रयोग से कहीं अधिक है। निकल-लौह बैटरी की तेज चार्जिंग, दीर्घायु और उच्च आउटपुट सौर फार्मों में अच्छा प्रदर्शन करने की क्षमता का सुझाव देते हैं। यह दिन के दौरान उत्पन्न अतिरिक्त बिजली को आसानी से और जल्दी से स्टोर कर सकती है, फिर रात में ग्रिड को बिजली स्थानांतरित कर सकती है। इसके अलावा, यह डेटा केंद्रों जैसे ऊर्जा-भूखे उपकरणों के लिए एक महत्वपूर्ण बैकअप पावर स्रोत के रूप में काम कर सकती है।

हालांकि एडिसन की निकल-लौह बैटरियों के पुनर्जन्म में अभी भी शुरुआती चरण हैं, लेकिन अंतर्निहित विज्ञान और इंजीनियरिंग विशेषज्ञता मौजूद है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह तकनीक लिथियम-आयन बैटरियों की विशेषता वाले दुर्लभ पृथ्वी धातुओं पर निर्भरता को पूरी तरह से दरकिनार करती है।

एल-काडी ने निष्कर्ष निकाला, "हम बस सामान्य सामग्री मिला रहे हैं, सौम्य हीटिंग चरणों को लागू कर रहे हैं और व्यापक रूप से उपलब्ध कच्चे माल का उपयोग कर रहे हैं।" ये बयान ऊर्जा भंडारण के लिए एक आशाजनक भविष्य के द्वार खोलते हैं, जहां अतीत से प्रेरित नवाचार वर्तमान और भविष्य की चुनौतियों का समाधान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

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