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मैंभारत में विद्युत गतिशीलता और बड़े स्थिर बैटरी भंडारण पारिस्थितिकी तंत्र के लिए एक महत्वपूर्ण विकास के तहत, भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, मद्रास के शोधकर्ता लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरी के विकल्प के रूप में यांत्रिक रूप से रिचार्जेबल जिंक-एयर बैटरी विकसित कर रहे हैं।

(ऊपर की छवि डॉ. अरविंद कुमार चंदिरन (केंद्र), सहायक प्रोफेसर, केमिकल इंजीनियरिंग विभाग, आईआईटी मद्रास और जिंक एयर के साथ अनुसंधान टीम की है)

पेटेंट के लिए आवेदन करने के बाद, आईआईटी-मद्रास के केमिकल इंजीनियरिंग विभाग के सहायक प्रोफेसर डॉ. अरविंद कुमार चांदीरन के तहत ये शोधकर्ता इन जिंक-एयर बैटरियों को विकसित करने के लिए प्रमुख उद्योगों के साथ सहयोग कर रहे हैं। मौजूदा ली-आयन बैटरियों की तुलना में, आईआईटी-मद्रास के शोधकर्ताओं का दावा है कि उनके जिंक एयर समकक्षों की शेल्फ लाइफ लंबी है, वे सस्ती हैं, सुरक्षित हैं और दोनों में इस्तेमाल की जा सकती हैं। तिपहिया इलेक्ट्रिक वाहन (ईवीएस)।

“आईआईटी-मद्रास में हमारी प्रयोगशाला में, हमने कम लागत वाली और सुरक्षित धातु-वायु बैटरी प्रणाली का आविष्कार किया है और यह धातु जस्ता पर आधारित है। ये मेटल-एयर बैटरियां उस पैमाने पर भी लगभग तीन गुना सस्ती हैं जिस पैमाने पर हमने इन्हें विकसित किया है। साथ ही, प्रौद्योगिकी को घर में ही विकसित किया गया है। हमारे देश में प्रचुर मात्रा में जिंक मौजूद है, जो इसे अद्वितीय बनाता है। भारत प्रौद्योगिकी का मालिक होगा और अगली पीढ़ी की ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए उसके पास सबसे सुरक्षित तकनीक होगी। इन बैटरियों का उपयोग संभावित रूप से दोपहिया और तिपहिया वाहनों जैसे कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों और स्थिर ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए ईवीएस में किया जा सकता है, ”डॉ चंदिरन कहते हैं।

“स्थिर ऊर्जा भंडारण की बात करें तो, सौर ऊर्जा दिन के समय उपलब्ध होती है, और वह ऊर्जा दोपहर के आसपास चरम पर होती है और दिन के अंत तक ख़त्म हो जाती है। दोपहर के समय जो अतिरिक्त ऊर्जा उपलब्ध होती है, उसे संग्रहित करने के लिए हम बैटरियों का उपयोग करते हैं। अब तक हमारे पास लेड-एसिड या लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकियों पर आधारित विकल्प हैं। लेकिन भारत के पास इनमें से कोई भी तकनीक नहीं है, इसलिए हमें घरेलू स्तर पर उपलब्ध संसाधनों के साथ अपनी घरेलू प्रौद्योगिकियों की ओर बढ़ना होगा। भारत में जिंक प्रचुर मात्रा में पाया जाता है और हम इसके सबसे बड़े उत्पादकों में से एक हैं।”

ईवी पर वापस आते हुए, ली-आयन बैटरी वर्तमान में सबसे लोकप्रिय विकल्प हैं। हालाँकि, चीन जैसे देश वैश्विक ली-आयन बैटरी विनिर्माण क्षेत्र पर हावी हो रहे हैं। भारत में कई ओईएम अपनी ली-आयन बैटरी सेल या तो चीन, दक्षिण कोरिया या पश्चिमी यूरोप से आयात करते हैं क्योंकि बैटरी-ग्रेड लिथियम भारत में व्यापक रूप से उपलब्ध नहीं है। इसके अलावा, भारतीय बाजार की विविध आवश्यकताओं को अकेले लिथियम-आयन बैटरी से पूरी तरह से पूरा नहीं किया जा सकता है।

“हमारा शोध समूह ईवीएस के लिए जिंक-एयर बैटरी के लिए एक भविष्यवादी मॉडल विकसित कर रहा है। इस शोध के माध्यम से, हम मौजूदा तकनीक में कमियों की भी पहचान कर रहे हैं और उन्हें दूर करने के तरीके ढूंढ रहे हैं। अनुसंधान दल ने वर्तमान में जिंक-एयर सेल विकसित किए हैं और ईवी के लिए जिंक-एयर पैक विकसित करने की दिशा में काम कर रहे हैं। इस बैटरी सेल में शामिल तत्व जिंक (एनोड), इलेक्ट्रोलाइट (पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के साथ एक जलीय प्रणाली) और प्लैटिनम-लेपित गैस प्रसार परत (कुछ मिलीग्राम / सेमी 2) की एक पतली परत हैं। ये जिंक-एयर बैटरियां जलीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं और इसलिए स्वाभाविक रूप से सुरक्षित हैं, ”प्रोफ़ेसर चंडीरन ने बातचीत में कहा बेहतर भारत.

जिंक-एयर बैटरियों को शक्ति प्रदान करना

आईसी-इंजन वाहनों के लिए पेट्रोल स्टेशनों की तरह, शोधकर्ता अलग ‘जिंक रिचार्ज स्टेशन’ पर विचार कर रहे हैं। ‘बैटरी-स्वैपिंग’ तकनीक के आधार पर, ईवी उपयोगकर्ता इन ‘जिंक रिचार्ज स्टेशनों’ पर बैटरी के इस्तेमाल किए गए ‘जिंक कैसेट’ को पूरी तरह से चार्ज किए गए ‘जिंक कैसेट’ के साथ स्वैप कर सकते हैं।

इस पहलू पर विस्तार से बताते हुए, डॉ चंदीरन कहते हैं, “यह जिंक-एयर बैटरियों का एक बड़ा फायदा है क्योंकि वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरियों के साथ एकमात्र विकल्प यह उपलब्ध है कि पूरे इस्तेमाल किए गए बैटरी पैक को हटा देना होगा और एक पूर्ण बैटरी पैक से बदलना होगा। लिथियम-आयन बैटरी पैक। इसके परिणामस्वरूप लिथियम-आयन बैटरी के मामले में पूंजी निवेश दोगुना हो जाता है।”

दूसरे शब्दों में, जिंक-एयर बैटरियों को केवल एनोड स्वैपिंग की आवश्यकता होती है, न कि पूरी बैटरी की, जैसा कि ली-आयन के मामले में होता है।

“किसी दिए गए वाहन के लिए, दो ली-आयन बैटरियों को नियोजित करना होगा, एक वाहन पर और दूसरी चार्जिंग के लिए। इससे पूंजीगत व्यय बढ़ता है। हालाँकि, जिंक-एयर के साथ, यह सस्ता एनोड है जिसे बदलना होगा। इन एनोड का आकार कैसेट जैसा होता है। एनोड को छोड़कर, हर अन्य घटक वाहन के साथ तय होता है। केवल एनोड कैसेट बदले जाते हैं। एनोड जिंक है, जो डिस्चार्ज होने पर जिंक ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है। एक बार जिंक ऑक्साइड कैसेट बाहर निकल जाने के बाद, ताजा जिंक कैसेट वाहन में डाले जाएंगे। खर्च हो चुके जिंक ऑक्साइड कैसेट को इलेक्ट्रोकेमिकल स्टेशनों का उपयोग करके सौर ऊर्जा का उपयोग करके पुनर्जीवित किया जाएगा, ”डॉ. चंदिरन बताते हैं।

इस बीच, संस्थान के शोध विद्वान और शोध दल के सदस्य अखिल कोंगारा ने कहा, “प्रस्तावित योजना के अनुसार, एक ईवी उपयोगकर्ता को ‘जिंक कैसेट’ की अदला-बदली करने के लिए ‘जिंक रिचार्ज स्टेशनों’ पर केवल कुछ मिनट बिताने होंगे। ।” गुंजन कपाड़िया, एक शोध विद्वान, जो जिंक-एयर और ली-आयन बैटरियों की परिचालन सुरक्षा पर भी काम कर रहे हैं, ने कहा, “स्वदेशी रूप से विकसित जिंक-एयर बैटरियां, विशेष रूप से भारतीय संदर्भ में, बेहद सुरक्षित हैं क्योंकि इसमें जलीय इलेक्ट्रोलाइट और ईवी दुर्घटना की सबसे खराब स्थिति में भी इसमें आग नहीं लगती है।”

ईवी चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर में आग लग रही है, लेकिन जिंक नहीं

जिंक-एयर बैटरियों के लाभ

आईआईटी मद्रास की टीम ने लगभग तीन साल पहले इन जिंक एयर बैटरियों पर शोध और विकास शुरू किया था। “प्रेरणा काफी सरल थी। इसका उद्देश्य इन-हाउस प्रौद्योगिकियों को विकसित करना था जो कम लागत वाली ऊर्जा भंडारण और सुरक्षित बैटरी प्रदान करती हैं,” डॉ. चंदिरन बताते हैं।

जैसा कि ऊपर कहा गया है, जिंक भारत में व्यापक रूप से उपलब्ध है। इससे स्वाभाविक रूप से ली-आयन बैटरी सेल के लिए चीन या दक्षिण कोरिया जैसे देशों पर निर्भरता कम हो जाएगी और इस प्रकार आयात कम हो जाएगा।

इसके अलावा, जैसा कि पहले कहा गया है, ली-आयन बैटरी की तुलना में जिंक सस्ता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि जहां ली-आयन बैटरियों की कीमत 200 से 250 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोवाट है, वहीं जिंक-एयर बैटरियों की कीमत लगभग 150 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोवाट है। व्यापक उपयोग के साथ, कीमत USD 100 KWh से नीचे आने की उम्मीद है। उन्होंने कहा कि ये बैटरियां पानी पर आधारित हैं, इनकी शेल्फ लाइफ लंबी है और इनकी टर्नअराउंड दक्षता अच्छी है।

“जिंक-एयर बैटरियां बेहतर रेंज प्रदान कर सकती हैं। हम अभी भी उनके चक्र जीवन का परीक्षण कर रहे हैं, लेकिन उम्मीद करते हैं कि वे कुछ हज़ार चक्रों तक सेवा देंगे। ली-आयन बैटरियों की तरह बैटरियां बनाने के लिए उन्हें शुष्क वातावरण की आवश्यकता नहीं होती है। जिंक-एयर बैटरियों का निर्माण परिवेशीय परिस्थितियों में भी किया जा सकता है, और इसलिए CAPEX में कम निवेश होता है। डॉ. चंडीरन बताते हैं, ”सड़क पर उनका परीक्षण किया जाना बाकी है।”

“हम ओईएम के साथ काम कर रहे हैं और कुछ परीक्षणों के बाद उन्हें सड़क पर लाने की उम्मीद है। आशावादी रूप से, हमें सड़क पर सार्थक परिणाम देखने से पहले दो साल की आवश्यकता होगी, क्योंकि हम उन्हें वाहनों में नियोजित करने से पहले कठोर परीक्षण करना चाहेंगे, ”उन्होंने आगे कहा।

जिंक-एयर बैटरियों के अलावा, अन्य विकल्प भी हैं जिन पर भारतीय ईवी बाजार के लिए विचार किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, वहाँ है सोडियम आयन, जो विशेषज्ञों का मानना ​​​​है कि “लिथियम-आयन कोशिकाओं से लगभग 30-40% सस्ता है”। सस्ती लागत के अलावा, सोडियम-आयन से जुड़े अन्य फायदे भी हैं जैसे भारत में इसकी उपलब्धता, बैटरी क्षमता और पर्यावरण पर प्रभाव।

जिंक-एयर बैटरी विकसित करने में, आईआईटी-मद्रास के शोधकर्ताओं ने भारत को अपनी इलेक्ट्रिक गतिशीलता और स्थिर बैटरी भंडारण आवश्यकताओं को पूरा करने में आत्मनिर्भरता के लिए एक और विकल्प की पेशकश की है।

(विनायक हेगड़े द्वारा संपादित)

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