बहु-कार्यात्मक कार्बन फाइबर संरचनात्मक बैटरी सफलतापूर्वक विकसित! इलेक्ट्रिक वाहनों की रेंज 70 फीसदी तक बढ़ने की उम्मीद है.

उम्मीद की जाती है कि कार्बन फाइबर बैटरियां एल्युमीनियम बैटरियों की तरह ही ऊर्जा संग्रहित करेंगी और भार का समर्थन करेंगी।

दरअसल, कार्बन फाइबर अपने अविश्वसनीय हल्के वजन, उच्च शक्ति और उच्च कठोरता के लिए प्रसिद्ध है, जो इसे उच्च प्रदर्शन वाले वाहनों की संरचनात्मक और सौंदर्य सामग्री में एक लोकप्रिय विकल्प बनाता है। इसकी उच्च लागत के बावजूद, यह एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में भी एक महत्वपूर्ण सामग्री है, जहां प्रत्येक ग्राम मायने रखता है। हालाँकि, यदि इस उद्देश्य के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग के साथ डिज़ाइन किया गया है, तो यह एक प्रभावी इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में भी काम कर सकता है। प्रोफेसर लीफ एस्प के नेतृत्व में, चाल्मर्स टीम कई वर्षों से इस क्षेत्र पर शोध कर रही है और 2018 में एक अध्ययन प्रकाशित किया जिसने पहली बार एक विशिष्ट क्रिस्टल व्यवस्था के साथ कार्बन फाइबर की इस संपत्ति का प्रदर्शन किया।

शोधकर्ता ज़िया झेनयुआन, रिकार्डो चौधरी और प्रोफेसर लीफ़ एस्प कई वर्षों से द्रव्यमान रहित ऊर्जा भंडारण की अवधारणा का अध्ययन कर रहे हैं।

नई बैटरी डिज़ाइन का ऊर्जा घनत्व 30 Wh/kg है, जो ऑटोमोटिव मानकों के अनुसार, विशेष रूप से अधिक नहीं है। संदर्भ के लिए, Hyundai Ioniq 6 के 53 kWh बैटरी पैक की रेटेड ऊर्जा घनत्व 153 Wh/kg (PDF) है। हालाँकि, यह आंकड़ा केवल एक बॉक्स में रखे बैटरी पैक के ऊर्जा घनत्व को दर्शाता है; निष्पक्ष तुलना के लिए, संपूर्ण वाहन संरचना के वजन पर भी विचार किया जाना चाहिए। इस कार्बन फाइबर संरचनात्मक बैटरी के डिज़ाइन का उद्देश्य पूरे चेसिस को बदलना है, जिससे जगह खाली करते हुए वाहन के समग्र वजन को कम किया जा सके।

इलेक्ट्रिक वाहन और उपकरण निर्माता इस नए समीकरण का लाभ उठाकर या तो उत्पाद का वजन काफी कम कर सकते हैं या अधिक बैटरी जोड़ने के लिए खाली जगह का उपयोग कर सकते हैं, जिससे समग्र ऊर्जा भंडारण क्षमता में वृद्धि होगी।

ये परिणाम व्यवहार में क्रांतिकारी हो सकते हैं। एएसपी ने कहा, "हमने इलेक्ट्रिक वाहनों पर गणना की, और परिणाम बताते हैं कि यदि इलेक्ट्रिक वाहन प्रतिस्पर्धी संरचनात्मक बैटरी अपनाते हैं, तो उनके ड्राइविंग समय को मौजूदा मॉडलों की तुलना में 70% तक बढ़ाया जा सकता है।"

टीम के नवीनतम प्रोटोटाइप की कठोरता पिछले पुनरावृत्तियों की तुलना में लगभग तीन गुना है, जिसमें लोचदार मापांक 25 GPa से बढ़कर 70 GPa हो गया है। टीम का दावा है कि इसकी कठोरता और भार वहन क्षमता अब एल्यूमीनियम के बराबर है, लेकिन यह बहुत हल्का है।

यह बैटरी डिज़ाइन एनोड और कैथोड दोनों में कार्बन फाइबर का उपयोग करता है, जो बिजली को सुदृढ़ करने और संचालित करने का भी काम करता है। परिणामस्वरूप, वर्तमान संग्राहकों को बनाने के लिए तांबे जैसी भारी सामग्री की कोई आवश्यकता नहीं है, न ही इलेक्ट्रोड डिजाइन में कोबाल्ट जैसी संघर्षशील धातुओं का उपयोग करने की आवश्यकता है।

यह बैटरी डिज़ाइन एनोड और कैथोड दोनों के लिए कार्बन फाइबर सामग्री का उपयोग करता है।

इसके अतिरिक्त, यह बैटरी टर्मिनलों के बीच लिथियम आयनों की आवाजाही को सुविधाजनक बनाने के लिए तरल इलेक्ट्रोलाइट के बजाय अर्ध-ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती है। नतीजतन, यह कम ज्वलनशील और उपयोग करने के लिए सुरक्षित है - हालांकि शोध टीम स्वीकार करती है कि उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों की मांगों को पूरा करने के लिए आयनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से जल्दी से पारित करने की अनुमति देने में अभी भी चुनौतियां हैं। इस क्षेत्र में और रिसर्च की जरूरत है।

दरअसल, यह सिर्फ एक और प्रयोगशाला प्रोटोटाइप बैटरी है, इसलिए इन अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रिक वाहनों और उपकरणों को विकसित होने में कई और साल लगेंगे। हालाँकि, बड़े पैमाने पर उत्पादन और व्यावसायीकरण पहले से ही चल रहा है। 2022 की शुरुआत में, विश्वविद्यालय ने साइनोनस नामक एक नई कंपनी स्थापित करने के लिए गोथेनबर्ग में उद्यम पूंजी फर्म चाल्मर्स वेंचर्स के साथ साझेदारी की। इस कंपनी ने बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के व्यावसायीकरण को बढ़ावा देने के लिए इस साल जून में एक नया सीईओ नियुक्त किया, जो कारों, गैजेट्स और यहां तक ​​कि पवन टरबाइन ब्लेड के निर्माण के तरीके को बदल सकता है।

एएसपी ने कहा, "हम ऐसे मोबाइल फोन की कल्पना कर सकते हैं जो क्रेडिट कार्ड या लैपटॉप जितने पतले हों और उनका वजन अब उनके वजन से केवल आधा हो, जो कि टाइमलाइन के मामले में सबसे करीब है। कारों या हवाई जहाज में इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे घटकों को भी संरचनात्मक रूप से संचालित किया जा सकता है बैटरी। परिवहन उद्योग की चुनौतीपूर्ण ऊर्जा मांगों को पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होगी, लेकिन यही वह जगह है जहां प्रौद्योगिकी सबसे अधिक प्रभाव डाल सकती है।"