विषय

• अंतरिक्ष की बचत
• लंबा जीवन फैला है
• ठोस राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स के प्रकार
• पतली फिल्म बैटरी
• बड़ी, बड़ी बैटरी
• अत्यधिक प्रवाहकीय
• लपेटें

कुछ हफ़्ते पहले, क्रिस ने हमें ठोस-राज्य बैटरी के विषय से परिचित कराया और कैसे वे स्मार्टफोन बैटरी प्रौद्योगिकी में अगली प्रमुख उन्नति हो सकते हैं। संक्षेप में, ठोस-राज्य बैटरी अधिक सुरक्षित हैं, अधिक रस में पैक कर सकते हैं, और यहां तक ​​कि पतले उपकरणों के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, अभी मध्यम-आकार के स्मार्टफोन सेल में डालने के लिए वे बेहद महंगे हैं, लेकिन आने वाले वर्षों में इसमें बदलाव हो सकता है।

तो, अगर आप सोच रहे हैं कि वास्तव में एक ठोस-राज्य बैटरी क्या है और यह आज की लिथियम-आयन कोशिकाओं से कैसे भिन्न है, तो पढ़ें।

आमतौर पर उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरी और एक ठोस-राज्य बैटरी के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि पूर्व प्रवाह के प्रवाह को विनियमित करने के लिए एक तरल इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान का उपयोग करता है, जबकि ठोस-राज्य बैटरी एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट का चयन करती हैं। एक बैटरी का इलेक्ट्रोलाइट एक प्रवाहकीय रासायनिक मिश्रण है जो एनोड और कैथोड के बीच विद्युत प्रवाह की अनुमति देता है।

सॉलिड स्टेट बैटरियां अभी भी उसी तरह काम करती हैं, जैसे वर्तमान बैटरियां करती हैं, लेकिन सामग्री में बदलाव से बैटरी की कुछ विशेषताओं में बदलाव होता है, जिसमें अधिकतम स्टोरेज क्षमता, चार्जिंग समय, आकार और सुरक्षा शामिल है।

बैटरी के अंदर एक प्रवाहकीय इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड और कैथोड के बीच एक बैटरी गुजरती है, जबकि शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए विभाजक का उपयोग किया जाता है।

अंतरिक्ष की बचत

तरल से ठोस इलेक्ट्रोलाइट में स्विच करने का तत्काल लाभ यह है कि बैटरी की ऊर्जा घनत्व बढ़ सकती है। इसका कारण यह है कि तरल कोशिकाओं के बीच बड़े विभाजकों की आवश्यकता के बजाय, ठोस राज्य बैटरी को केवल शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए बहुत पतली बाधाओं की आवश्यकता होती है।

सॉलिड-स्टेट बैटरी ली-आयन से दोगुनी ऊर्जा में पैक कर सकती है

परम्परागत तरल-लथपथ बैटरी विभाजक 20-30 माइक्रोन मोटाई के साथ आते हैं। सॉलिड-स्टेट टेक्नॉलॉजी में सेपरेटर को 3-4 माइक्रोन तक घटाया जा सकता है, केवल स्विचिंग सामग्री द्वारा 7-गुना स्पेस सेविंग।

हालांकि, ये विभाजक बैटरी के अंदर एकमात्र घटक नहीं हैं और अन्य बिट्स को कम नहीं कर सकते हैं, ठोस-राज्य बैटरी की अंतरिक्ष-बचत क्षमता पर एक सीमा लगाते हैं।

फिर भी, ठोस-राज्य बैटरी ली-आयन से दोगुनी ऊर्जा तक पैक कर सकती हैं, जब एनोड को छोटे विकल्प के साथ बदल दिया जाता है।

लंबा जीवन फैला है

सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रोलाइट्स आम तौर पर आज के तरल या जेल की तुलना में कम प्रतिक्रियाशील होते हैं, इसलिए उन्हें बहुत लंबे समय तक चलने की उम्मीद की जा सकती है और केवल 2 या 3 वर्षों के बाद उन्हें बदलने की आवश्यकता नहीं होगी। इसका अर्थ यह भी है कि ये बैटरियां क्षतिग्रस्त होने या आग लगने की स्थिति में नहीं आतीं, क्योंकि वे क्षतिग्रस्त हो जाती हैं या विनिर्माण दोष से ग्रस्त होती हैं, जिसका अर्थ उपभोक्ताओं के लिए सुरक्षित उत्पाद हैं।

अगर वे क्षतिग्रस्त हैं या विनिर्माण दोष से पीड़ित हैं तो सॉलिड-स्टेट बैटरियों में विस्फोट नहीं होता या आग नहीं पकड़ती।

वर्तमान स्मार्टफ़ोन में, बदली जाने वाली बैटरियां अक्सर उन लोगों के लिए मांगी जाती हैं जो कई वर्षों से एक ही फोन का उपयोग करना चाहते हैं, क्योंकि एक बार ब्रेक डाउन करने के बाद उन्हें स्वैप किया जा सकता है।

स्मार्टफ़ोन की बैटरी अक्सर एक या एक साल के बाद भी अपना चार्ज नहीं रखती है और इससे हार्डवेयर अस्थिर हो सकता है, रीसेट हो सकता है, या कई वर्षों के उपयोग के बाद काम करना बंद कर सकता है। सॉलिड-स्टेट बैटरी के साथ, स्मार्टफोन और अन्य गैजेट्स बिना रिप्लेसमेंट सेल की ज़रूरत के बहुत लंबे समय तक चल सकते हैं।

बहुत सारे ठोस रासायनिक यौगिक हैं जिनका उपयोग बैटरी में किया जा सकता है, न कि केवल एक में।

लिक्विड बनाम सॉलिड बैटरियों की बात हालांकि इस विषय का ओवरसिम्प्लीफिकेशन है, क्योंकि बहुत सारे सॉलिड केमिकल कंपाउंड्स हैं जिनका इस्तेमाल बैटरी में किया जा सकता है, सिर्फ एक के लिए नहीं।

ठोस राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स के प्रकार

ठोस-राज्य बैटरी की आठ विभिन्न प्रमुख श्रेणियां हैं, जिनमें से प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइट के लिए विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करती हैं। ये हैं ली-हैलाइड, पेर्कोवसाइट, ली-हाइड्राइड, नैसिकॉन-जैसे, गार्नेट, अरगिरोडाइट, लीपॉन और लिसिकन-जैसे।

जैसा कि हम अभी भी एक उभरती हुई तकनीक के साथ काम कर रहे हैं, शोधकर्ता अभी भी विभिन्न प्रकार की उत्पाद श्रेणियों के लिए सबसे अच्छे प्रकार के ठोस-राज्य इलेक्ट्रोलाइट के साथ पकड़ में आ रहे हैं। कोई भी अभी तक स्पष्ट नेताओं के रूप में सामने नहीं आया है, लेकिन सल्फाइड-आधारित, लीपॉन और गार्नेट कोशिकाओं को वर्तमान में सबसे अधिक आशाजनक के रूप में देखा जाता है।

आपने शायद देखा होगा कि इनमें से कई प्रकार अभी भी लिथियम (ली) के संबंध में हैं, क्योंकि वे अभी भी लिथियम इलेक्ट्रोड का उपयोग कर रहे हैं। लेकिन कई प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए नए एनोड और कैथोड इलेक्ट्रोड सामग्री का चयन कर रहे हैं।

पतली फिल्म बैटरी

यहां तक ​​कि ठोस-राज्य बैटरी प्रकारों के भीतर, दो स्पष्ट कटौती उपप्रकार हैं - पतली फिल्म और थोक। सबसे सफल पतली-फिल्म प्रकारों में से एक जो पहले से ही बाजार में है, LiPON है, जो अधिकांश निर्माताओं लिथियम एनोड के साथ उत्पादन करते हैं।

LiPON इलेक्ट्रोलाइट उत्कृष्ट वजन, मोटाई और यहां तक ​​कि लचीलेपन के गुण प्रदान करता है, जो इसे पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और गैजेट के लिए एक आशाजनक सेल प्रकार बनाता है जिसमें छोटी कोशिकाओं की आवश्यकता होती है। लंबे समय तक चलने वाली कोशिकाओं के विषय पर वापस जाते हुए, LiPON ने 40,000 चार्ज साइकल के बाद केवल 5% क्षमता में कमी के साथ उत्कृष्ट स्थिरता का प्रदर्शन किया है।

LiPON बैटरी ली-आयन बैटरी की तुलना में कहीं भी 40 से 130 गुना अधिक समय तक रह सकती है, जब तक उन्हें बदलने की आवश्यकता होती है।

तुलना के लिए, लिथियम-आयन बैटरी क्षमता में एक समान या अधिक गिरावट दिखाने से पहले केवल 300 और 1000 चक्रों के बीच की पेशकश करती है। इसका मतलब यह है कि LiPON बैटरी ली-आयन बैटरी की तुलना में कहीं भी 40 से 130 गुना अधिक समय तक रह सकती है, इससे पहले कि उन्हें प्रतिस्थापन की आवश्यकता हो।

लीपॉन का नकारात्मक पक्ष यह है कि इसकी कुल ऊर्जा भंडारण क्षमता और चालकता तुलनात्मक रूप से खराब है। हालांकि, वैकल्पिक सॉलिड-स्टेट बैटरी तकनीक स्मार्टवॉच की लंबी बैटरी लाइफ लाने की कुंजी हो सकती है, जो वर्तमान में कई ग्राहकों को पहनने योग्य पहनने से दूर कर रही है।

बड़ी, बड़ी बैटरी

अभी तक, ठोस राज्य बैटरियां स्मार्टफ़ोन और टैबलेट में पाए जाने वाले बड़े सेल के लिए उपयुक्त नहीं हैं, अकेले लैपटॉप या इलेक्ट्रिक कार। अधिक क्षमता वाली बड़ी बल्क सॉलिड-स्टेट बैटरियों के लिए, लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्स के करीब या मेल खाने वाली बेहतर चालकता की आवश्यकता होती है, जो कि LiPON जैसी होनहार तकनीकों को नियंत्रित करती है। आयनिक चालन एक सामग्री के माध्यम से आयनों की क्षमता को मापता है, और आवश्यक प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए अच्छा प्रवाहकत्त्व बड़ी कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।

LISICON और LiPS ने LiPO, LiS, और SiS बैटरी, ठोस राज्य क्षेत्र के पिछले नेताओं के शोध को पछाड़ दिया है। हालांकि, ये प्रकार अभी भी कमरे के तापमान पर कार्बनिक और तरल इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में कम चालकता से ग्रस्त हैं, जिससे उन्हें वाणिज्यिक उत्पादों के लिए अव्यवहारिक बना दिया जाता है।

अत्यधिक प्रवाहकीय

यहीं पर गार्नेट-ऑक्साइड (LLZO) इलेक्ट्रोलाइट्स में शोध होता है, क्योंकि यह कमरे के तापमान पर एक उच्च आयनिक चालकता का दावा करता है।

सामग्री एक प्रवाहकत्त्व को प्राप्त करती है जो केवल तरल लिथियम-आयन कोशिकाओं द्वारा पेश किए गए परिणामों के थोड़ा पीछे आती है, और एलजीपीएस में नए अध्ययनों से पता चलता है कि यह सामग्री भी इसका मिलान कर सकती है।

इसका मतलब होगा कि आज की Li-ion कोशिकाओं की तुलना में लगभग समान शक्ति और क्षमता वाली ठोस-राज्य बैटरियां, जबकि कम आकार और लंबे जीवनकाल जैसे लाभों को देखकर वास्तविकता बन जाती है।

गार्नेट हवा और पानी में भी स्थिर है, जिससे यह ली-एयर बैटरी के लिए भी उपयुक्त है। दुर्भाग्य से यह एक महंगी sintering प्रक्रिया का उपयोग कर गढ़ा जाना है।

यह वर्तमान में लिथियम आयन कोशिकाओं की कम लागत की तुलना में उपभोक्ता बैटरी में उपयोग के लिए एक अनाकर्षक प्रस्ताव बनाता है। भविष्य में, लागत में गिरावट की संभावना है क्योंकि विनिर्माण तकनीक परिष्कृत हैं लेकिन हम अभी भी व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य ठोस राज्य बैटरी से कुछ दूर हैं।

लपेटें

स्पष्ट रूप से ठोस-राज्य बैटरी प्रौद्योगिकी में अभी भी बहुत सारे शोध चल रहे हैं। हम जल्द से जल्द भविष्यवाणियों के अनुसार, परिपक्व कोशिकाओं को एक और 4 या 5 वर्षों के लिए स्मार्टफोन जैसे उपभोक्ता उत्पादों में अपना रास्ता नहीं बनाने जा रहे हैं। अन्य उपकरणों (जैसे ड्रोन) में सॉलिड-स्टेट बैटरी अगले साल जैसे ही दिखाई दे सकती हैं।

फिर भी, नवीनतम शोध आखिरकार ऐसे परिणाम उत्पन्न कर रहे हैं जो मौजूदा ली-आयन बैटरी को विशेषताओं के संदर्भ में प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं, जबकि ठोस-राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स के लाभ भी प्रदान कर सकते हैं। हम सभी को परिपक्व होने के लिए विनिर्माण प्रक्रियाओं के लिए है, और यह एक वास्तविकता बनाने के लिए संसाधनों के साथ बड़ी और आगामी बैटरी निर्माताओं की एक संख्या है।

संक्षेप में, उपभोक्ता दृष्टिकोण से इन सभी रासायनिक अंतरों के मुख्य लाभ हैं: 6 गुना तेजी से चार्ज करना, दो बार ऊर्जा घनत्व तक, 2 की तुलना में 10 साल तक का लंबा चक्र जीवन, और कोई ज्वलनशील घटक नहीं। यह निश्चित रूप से स्मार्टफोन और अन्य पोर्टेबल गैजेट्स के लिए एक वरदान साबित होने वाला है।