बेंगलुरु स्थित वैज्ञानिकों ने एक ऐसी सफलता का खुलासा किया है जो अगली पीढ़ी की पर्यावरण-अनुकूल बैटरियों को ऊर्जा प्रदान कर सकती है। वर्तमान में लोकप्रिय लिथियम बैटरियों से आगे बढ़ते हुए, शोधकर्ताओं ने अधिक पर्यावरण-अनुकूल ज़िंक बैटरियों के लिए उपयुक्त कैथोड सामग्री तैयार की है। इससे सामग्रियों का ऊर्जा घनत्व और स्थायित्व बढ़ सकता है, जिससे अधिक कुशल बैटरियाँ बन सकती हैं।
पिछले कुछ दशकों में ऊर्जा भंडारण में हुई महत्वपूर्ण प्रगति मुख्यतः लिथियम बैटरियों पर केंद्रित रही है, क्योंकि इनका प्रदर्शन वांछनीय है – मुख्यतः उच्च ऊर्जा घनत्व, हालाँकि उपयोग के दौरान इनके साथ कई पर्यावरणीय और सुरक्षा संबंधी जोखिम भी जुड़े होते हैं। एक विकल्प के रूप में, हाल ही में, जलीय ज़िंक-आयन-आधारित बैटरी (ZIB) प्रणालियाँ अपनी उच्च ऊर्जा भंडारण क्षमता, सुरक्षा और पर्यावरण मित्रता के कारण ध्यान आकर्षित कर रही हैं।
दुनिया भर के शोधकर्ता विभिन्न कैथोड पदार्थ विकसित कर रहे हैं जो जिंक-आयन-आधारित इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों के लिए उपयुक्त हो सकते हैं और उच्च ऊर्जा भंडारण क्षमता के साथ लंबे समय तक चल सकते हैं। इस संबंध में कई ऑक्साइड पदार्थों पर पहले से ही शोध किया जा रहा है, लेकिन कई सीमाओं के कारण जिंक-आयन-आधारित प्रणालियों में अपेक्षित प्रदर्शन प्रदर्शित करने में विफल रहे हैं।
इस समस्या के समाधान के लिए, भारत सरकार के विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के अंतर्गत एक स्वायत्त संस्थान, नैनो एवं मृदु पदार्थ विज्ञान केंद्र (सीईएनएस) के डॉ. आशुतोष कुमार सिंह के नेतृत्व में एक शोध दल ने कैथोड पदार्थ को थर्मो-इलेक्ट्रोकेमिकल उपचार द्वारा सक्रिय करके उसकी संरचना में परिवर्तन करने की एक नई सरल रणनीति विकसित की है। इससे बैटरियों को उच्च ऊर्जा भंडारण क्षमता प्राप्त करने में मदद मिल सकती है। यह सामान्य कैथोड पदार्थों के समग्र ऊर्जा घनत्व और स्थायित्व को बढ़ाने का एक सरल और कुशल तरीका है।
चित्र. V 2 O 5 कैथोड सामग्री का इन-सीटू थर्मो-इलेक्ट्रोकेमिकल सक्रियण ।
नवाचार एक आम बैटरी सामग्री, वैनेडियम ऑक्साइड (V 2 O 5 ) के लिए एक सरल “सक्रियण” प्रक्रिया में निहित है। गर्मी और बिजली के एक विशेष संयोजन के साथ इसका इलाज करके, उन्होंने इसकी संरचना को बदल दिया, जानबूझकर उपयोगी “खामियों” या दोषों का निर्माण किया। इसे एक ठोस, चिकनी दीवार को छिद्रपूर्ण, स्पंजी में बदलने के बारे में सोचें। जिंक-वैनेडियम ऑक्साइड (Zn-V 2 O 5 ) नामक इस नई, अपूर्ण संरचना में छोटे स्थान और रास्ते हैं जो इसे V 2 O 5 की तुलना में कहीं अधिक कुशलता से ऊर्जा संग्रहीत और जारी करने की अनुमति देते हैं । Zn-V 2 O 5 संरचना बैटरी के इलेक्ट्रोलाइट से हाइड्रोजन आयन इंटरैक्शन की भी अनुमति देती है, जिससे संरचनात्मक स्थिरता में सुधार होता है और बैटरी चार्जिंग / डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं के दौरान जिंक आयन आंदोलन के लिए अवरोध कम होता है।
सक्रिय पदार्थ ज़िंक-आयन बैटरी (ZIB) को नाटकीय रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व और अविश्वसनीय दीर्घायु प्रदान करता है। यह बहुत अधिक ऊर्जा संग्रहीत कर सकती है और बिना किसी महत्वपूर्ण क्षरण के हज़ारों बार रिचार्ज की जा सकती है।
डॉ. आशुतोष कुमार सिंह और उनकी टीम द्वारा हाल ही में एडवांस्ड एनर्जी मैटेरियल्स में प्रकाशित ये निष्कर्ष जिंक-आयन बैटरी अनुसंधान में लंबे समय से चली आ रही चुनौती से निपटते हैं।
शोध के सह-लेखक श्री राहुलदेव रॉय ने कहा, “कैथोड सामग्री को स्थिर करने में आने वाली कठिनाई के साथ-साथ बेहतर प्रदर्शन के लिए संरचनात्मक संशोधन को समझते हुए, हमने Zn-आयन बैटरी के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य कैथोड सामग्रियों को सक्रिय करने के लिए एक अति सरलीकृत लेकिन नई रणनीति का चयन किया।”
उन्होंने आगे कहा कि यह अध्ययन न केवल ZIB के क्षेत्र को आगे बढ़ाता है, बल्कि इस विशेष तकनीक को भंडारण क्षमता बढ़ाने के लिए अन्य कैथोड सामग्रियों पर भी लागू किया जा सकता है। इससे हरित भविष्य के लिए टिकाऊ और कुशल ऊर्जा भंडारण तकनीकों के विकास के लिए और अधिक प्रयास किए जा सकते हैं।
