लिथियम-आधारित बैटरी दशकों से हमारे जीवन का अभिन्न अंग रही हैं और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए आवश्यक हैं। लेकिन लिथियम-आधारित बैटरी इतनी लोकप्रिय क्यों हो गई हैं, और क्या बेहतर विकल्प हैं? एक दिन लिथियम-आधारित बैटरी को पूरी तरह से क्या बदल सकता है?
लिथियम-आधारित बैटरी क्या हैं?
लिथियम-आधारित बैटरी (लिथियम-आयन बैटरी) आज सबसे आम प्रकार की बैटरी हैं। लिथियम-आधारित बैटरी का विचार पहली बार 1976 में एक ब्रिटिश रसायनज्ञ माइकल स्टेनली व्हिटिंगम द्वारा प्रस्तावित किया गया था। लिथियम-आधारित बैटरी पहली बार 1991 में बड़े पैमाने पर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हुईं, जब वे बड़े पैमाने पर उत्पादन में चली गईं।
लिथियम-आधारित बैटरी कई रूपों में आ सकती है, जिसमें लिथियम सहित सबसे उल्लेखनीय संस्करण हैं लौह फॉस्फेट, लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड, और लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड। इन बैटरियों में छोटे पावर सेल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) और एक इलेक्ट्रोलाइट होता है।
सेल के भीतर, लिथियम आयन सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच चलते हैं, इलेक्ट्रोलाइट के साथ आंदोलन वेक्टर के रूप में कार्य करता है। लिथियम आयन (Li+) का धनात्मक आवेश होता है और इसलिए वे ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं। दो इलेक्ट्रोड भी प्रमुख घटकों से बने होते हैं। एक विशिष्ट लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरी के मामले में, कैथोड लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड से बना होता है, जबकि एनोड आमतौर पर ग्रेफाइट नामक कार्बन-आधारित यौगिक से बना होता है।
कैथोड अपने कुछ सकारात्मक लिथियम आयनों को छोड़ देगा, जो तब इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड की यात्रा करते हैं, ऊर्जा जारी करते हैं जो बैटरी अपने बिजली उत्पादन के लिए उपयोग करेगी। इस त्वरित और सरल प्रक्रिया पर अब दुनिया भर के अरबों लोगों द्वारा अपने उपकरणों को ईंधन देने के लिए भरोसा किया जाता है।
लिथियम-आयन बैटरी के कई ब्रांड सिंगल-यूज़ हैं। जबकि वे एक उपकरण को हफ्तों, महीनों या वर्षों तक बिजली दे सकते हैं, बैटरी खत्म होने के बाद इसे हटा दिया जाना चाहिए और इसे बदल दिया जाना चाहिए। हालाँकि, रिचार्जेबल लिथियम-आधारित बैटरी अब बहुत लोकप्रिय हैं, क्योंकि वे उपयोगकर्ताओं के पैसे बचा सकते हैं और कम अपशिष्ट उत्पन्न कर सकते हैं।
लेकिन क्यों, वास्तव में, लिथियम-आधारित बैटरी शीर्ष पसंद हैं? निर्माताओं और उपभोक्ताओं के लिए उन्हें ऐसा आकर्षक विकल्प क्या बनाता है?
हम लिथियम-आधारित बैटरियों का उपयोग क्यों करते हैं?
अन्य बैटरी प्रकारों की तुलना में उनके लंबे जीवन के कारण हम मुख्य रूप से लिथियम-आधारित बैटरी का उपयोग करते हैं। निर्माता ऐसी बैटरियों का उत्पादन और बिक्री करना चाहते हैं जो हल्की और कॉम्पैक्ट रहते हुए कुछ दिनों के लिए शक्ति प्रदान करती हैं। इसके अलावा, के अनुसार स्वच्छ ऊर्जा संस्थान, लिथियम-आयन बैटरी में प्रति माह लगभग 1-2% का बहुत कम स्व-निर्वहन होता है, जिसका अर्थ है कि जब भी उनका उपयोग किया जाता है तो वे अपनी समग्र बिजली क्षमता का कम प्रतिशत खो देते हैं।
लिथियम-आयन बैटरी एक साधारण रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से ऊर्जा का उत्पादन कर सकती हैं, जिससे वे निर्माताओं के लिए एक बहुत ही आकर्षक विकल्प बन जाती हैं। इसे जोड़कर, लिथियम-आयन बैटरी की ऊर्जा घनत्व उन्हें सबसे पसंदीदा विकल्प बनाती है। एक मानक लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता 260-270wh/kg (वाट-घंटे प्रति किलोग्राम) होती है, जबकि लेड-एसिड बैटरी केवल 50-100wh/kg की क्षमता तक पहुँच सकती है (प्रति किलोग्राम के अनुसार) ड्रैगनफ्लाई एनर्जी). लिथियम-आयन बैटरी का ऊर्जा घनत्व भी एक महत्वपूर्ण कारण है कि वे क्यों हैं आमतौर पर इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किया जाता है.
इन कारकों के कारण, लिथियम-आधारित बैटरी आम जनता के बीच लोकप्रिय हैं, और उन्हें खरीदना महंगा नहीं है। जबकि बैटरी के कुछ ब्रांड या मॉडल की कीमत अधिक हो सकती है, मानक लिथियम-आधारित बैटरी आम तौर पर काफी सस्ती होती हैं और दुनिया भर में लाखों दुकानों में उपलब्ध होती हैं।
लेकिन लिथियम-आयन बैटरी बिल्कुल भी सही नहीं हैं। वास्तव में, इस अविश्वसनीय रूप से लोकप्रिय शक्ति स्रोत से जुड़े कुछ स्पष्ट मुद्दे हैं।
लिथियम-आधारित बैटरियों के साथ समस्या
लिथियम-आयन बैटरी से जुड़ी सबसे बड़ी समस्याओं में से एक यह है कि वे बहुत अधिक मात्रा में कचरा पैदा करते हैं। बहुत से लोग बैटरी खत्म होने के बाद नियमित रूप से कचरे के माध्यम से बैटरी का निपटान करना चुनते हैं, जो पर्यावरण के लिए हानिकारक है।
जब लिथियम-आयन बैटरियों को अन्य सामान्य, गैर-पुनर्नवीनीकरण योग्य कचरे के साथ निपटाया जाता है, तो वे लैंडफिल में समाप्त हो जाते हैं। एक बार जब वे यहां उतरते हैं, तो उनके घटक रिस सकते हैं और आसपास के वातावरण को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकते हैं। लिथियम, निकल, कोबाल्ट और मैंगनीज सभी गंभीर संदूषण जोखिम पैदा कर सकते हैं और सभी विभिन्न लिथियम-आधारित बैटरी प्रकारों में मौजूद हैं।
क्या अधिक है, इस प्रकार की बैटरी के लिए लिथियम निष्कर्षण भी हमारे ग्रह को नुकसान पहुँचाता है। लिथियम को नमक खनन या वाष्पीकरण के माध्यम से निकाला जा सकता है, दोनों प्रक्रियाओं का पर्यावरण पर बुरा प्रभाव पड़ता है। संदूषण, बढ़ी हुई पानी की लवणता, सीओ 2 उत्सर्जन, और जैव विविधता हानि लिथियम निष्कर्षण के सभी चिंताजनक दुष्प्रभाव हैं।
यह देखते हुए कि 2020 और 2026 के बीच लिथियम बैटरी बाजार के 14.6 प्रतिशत बढ़ने की उम्मीद है (जैसा कि रिपोर्ट किया गया है) स्टेटिस्टा), इस बात की संभावना है कि लिथियम निकालने की प्रक्रिया पर्यावरण के लिए खतरा बनी रहेगी। यह भी एक है ईवी उत्पादन उद्योग में बढ़ती चिंता.
तो फिर विकल्प क्या हैं?
शीर्ष 4 लिथियम-आधारित बैटरी विकल्प
1. खारे पानी की बैटरी
खारे पानी के महासागर हमारे ग्रह के दो-तिहाई हिस्से को कवर करते हैं। तो, बिजली उत्पादन के लिए इस संसाधन का उपयोग कैसे किया जा सकता है?
खारे पानी की बैटरी बिजली पैदा करने के लिए एक केंद्रित खारा समाधान का उपयोग करती हैं। खारे पानी की बैटरी में एक एनोड और एक कैथोड भी होता है, जिसमें खारा समाधान सकारात्मक सोडियम आयनों (Na + आयनों) के लिए इलेक्ट्रोलाइट (या वेक्टर) के रूप में कार्य करता है। सोडियम आयन कैथोड से एनोड तक जाते हैं, जिससे ऊर्जा उत्पन्न होती है।
खारे पानी की बैटरी में वास्तविक समुद्री जल का उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन समुद्र से बड़ी मात्रा में नमक काटा जा सकता है और इन बैटरियों के लिए उपयोग किया जा सकता है। बैटरी बनाने के लिए खारे पानी का उपयोग लिथियम, कोबाल्ट, निकल और बैटरी में उपयोग की जाने वाली अन्य धातुओं के लिए उपयोग की जाने वाली निष्कर्षण प्रक्रियाओं की तुलना में पर्यावरण की दृष्टि से बहुत कम हानिकारक हो सकता है।
2. कांच की बैटरी
ग्लास बैटरी थोड़ी असामान्य लग सकती है, लेकिन उनमें काफी क्षमता है। ग्लास बैटरी एक अपेक्षाकृत नया विचार है, जिसे पहली बार 2017 में भौतिक विज्ञानी जॉन गुडएनफ द्वारा अवधारणाबद्ध किया गया था। यह बैटरी, जिसे "गुडेनफ बैटरी" के रूप में जाना जाता है, इलेक्ट्रोलाइट के रूप में ग्लास का उपयोग करती है। जबकि बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स आमतौर पर तरल रूप में आते हैं, कांच की बैटरी पूरी तरह से ठोस होती है।
एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग तरल इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में काफी सुरक्षित है, आग लगने की संभावना को कम करता है और लैंडफिल में लीचिंग के जोखिम को दूर करता है। क्या अधिक है, ग्लास बैटरी लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में अधिक समय तक चल सकती है, जिससे वे समग्र रूप से अधिक टिकाऊ विकल्प बन जाते हैं। सोडियम का उपयोग ग्लास बैटरी में भी किया जाता है, जैसा कि खारे पानी की बैटरी पर चर्चा करते समय उल्लेख किया गया है, यह पारंपरिक बैटरी धातुओं की तुलना में अधिक टिकाऊ संसाधन है।
3. सोडियम-सल्फर बैटरी
सोडियम-सल्फर (NaS) बैटरी लिक्विड-स्टेट बैटरी का एक रूप है जो पिघले हुए एनोड और कैथोड का उपयोग करती है। इस मामले में, एनोड और कैथोड एक तरल रूप में आते हैं, पूर्व में पिघला हुआ सोडियम और बाद में पिघला हुआ सल्फर होता है। लिथियम-आयन बैटरी का आविष्कार होने से पहले 1960 के दशक से ये बैटरी मौजूद हैं। लेकिन हमारी दुनिया में NaS बैटरी की क्या क्षमता है?
सोडियम-सल्फर बैटरियों का एक प्रमुख लाभ लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में उनका उच्च ऊर्जा घनत्व है। वास्तव में, सिडनी विश्वविद्यालय के शोधकर्ता 2022 में लिथियम-आयन बैटरी की ऊर्जा क्षमता से चार गुना अधिक सोडियम-सल्फर बैटरी बनाई। क्या अधिक है, सोडियम-सल्फर बैटरी लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में कम जहरीली होती है, जो पर्यावरण के लिए अच्छी खबर है।
4. गांजा बैटरी
आपको नहीं लगता कि हेम्प में लिथियम-आयन बैटरी को बदलने की क्षमता है, लेकिन इस संयंत्र ने एक बार फिर अपनी बहुमुखी प्रतिभा साबित कर दी है। हालाँकि, ये बैटरियाँ एक चेतावनी के साथ आती हैं: वे अभी भी काम करने के लिए लिथियम जैसी भारी धातुओं का उपयोग करती हैं।
इको वॉच रिपोर्ट करता है कि 2022 में शोधकर्ताओं द्वारा विकसित भांग से चलने वाली बैटरी का एक उदाहरण, अपनी बिजली उत्पादन प्रक्रिया में लिथियम और सल्फर का उपयोग करता है। यहाँ अंतर यह है कि निकल या कोबाल्ट जैसी अन्य भारी धातुओं का उपयोग नहीं किया जाता है, और पारंपरिक लिथियम-आयन वेरिएंट की तुलना में बैटरी का प्रदर्शन बेहतर होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि गांजा कैथोड को बार-बार चक्रों के माध्यम से अपने जीवन का विस्तार करने में मदद करता है।
गांजा आधारित बैटरी भी अधिक लागत प्रभावी हैं और इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग के लिए विचार किया जा रहा है। विभिन्न EV बैटरी प्रकारों के बारे में जानने के लिए, हमारी जाँच करें विषय पर समर्पित रचना.
बैटरी उद्योग भविष्य में ज्यादा हरा-भरा हो सकता है
लिथियम-आयन बैटरी के ऐसे आशाजनक विकल्पों के साथ पहले से ही काम चल रहा है, बैटरी उद्योग के भविष्य के बारे में सोचना रोमांचक है। यदि ऐसे विकल्पों का सफलतापूर्वक व्यावसायीकरण किया जाता है, तो हम अनगिनत पर्यावरणीय मुद्दों और आपदाओं को रोक सकते हैं। सब सब में, यह लिथियम-आयन प्रतिस्थापन के लिए एक जीत है!
