चिनी संशोधकांनी जल-आधारित बॅटरी रसायनशास्त्रासाठी 120,000-चक्र आयुष्याचा दावा केला

जल-आधारित बॅटरी design सुरक्षा आणि दीर्घायुष्याकडे लक्ष देते

चीनमधील संशोधकांनी एक aqueous battery chemistry जाहीर केली आहे, जी त्यांच्या मते grid-scale energy storage चे कार्यजीवन लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते, तसेच conventional lithium-ion systems शी संबंधित काही disposal आणि safety समस्या टाळू शकते. 18 फेब्रुवारी रोजी Nature Communications मध्ये प्रकाशित झालेल्या या कामात covalent organic polymers या वर्गावर लक्ष केंद्रित केले आहे, ज्यांचा उपयोग magnesium आणि calcium ions ना neutral water-based electrolyte मधून battery च्या anode म्हणून केला गेला आहे.

मुख्य दावा लक्षवेधी आहे: टीमचे म्हणणे आहे की battery सुमारे 120,000 charge cycles पर्यंत टिकू शकते, म्हणजे grid storage मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या typical lithium-ion battery च्या आयुष्यापेक्षा 10 पटाहून अधिक. तितकेच महत्त्वाचे म्हणजे, संशोधकांचा युक्तिवाद आहे की हे chemistry विषारी घटकांपासून दूर आहे आणि पर्यावरणात सुरक्षितपणे dispose केले जाऊ शकते, त्यामुळे मोठ्या stationary storage systems साठी ते अत्यंत clean candidate ठरते.

Aqueous batteries महत्त्वाच्या का आहेत

Water-based electrolytes nonflammable असल्यामुळे आणि अनेक mainstream battery designs मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या materials पेक्षा स्वस्त असू शकतात म्हणून aqueous batteries दीर्घकाळापासून लक्ष वेधून घेत आहेत. त्यामुळे renewable energy buffering सारख्या उपयोगांसाठी त्या आकर्षक ठरतात, जिथे कमी fire risk आणि दीर्घ operating life energy density इतकेच महत्त्वाचे असू शकतात.

पण या format ची एक हट्टी कमकुवत बाजू आहे. या batteries मध्ये उपयोगी ठरू शकणारे organic polymers aqueous systems मध्ये सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या acidic किंवा alkaline electrolytes मध्ये लवकर तुटून जातात. ही degradation utilities आणि grid operators सर्वाधिक महत्त्व देतात त्या गोष्टीला धक्का देते: अनेक वर्षांच्या cycling नंतरही विश्वासार्ह performance.

नवीन अभ्यास battery ची structural chemistry आणि cell मधील operating environment दोन्ही बदलून ही समस्या सोडवण्याचा प्रयत्न करतो. कठोर electrolytes वर अवलंबून न राहता संशोधकांनी pH 7.0 असलेला neutral electrolyte वापरला. त्यासोबत त्यांनी hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin नावाचे compound वापरले, ज्यात carbonyl-rich regions positive ions आकर्षित करतात आणि एक rigid molecular scaffold material ला flat, honeycomb-like structure टिकवून ठेवण्यास मदत करते.

डिझाइनचे उद्दिष्ट novelty नाही, stability

व्यावहारिक दृष्टिकोनातून, संशोधक अशा battery ची निर्मिती करत आहेत ज्यात active materials पाण्यात विखुरून जाऊ नयेत. घट्ट polymer structure चा उद्देश anode टिकवणे, आणि त्याच वेळी magnesium व calcium ions कार्यक्षमतेने हलू देणे हा आहे. study summary नुसार, neutral electrolyte त्या ions ना conduct करण्यात मदत करतो आणि polymer ला corrode होण्यापासून वाचवतो.

हे संयोजन महत्त्वाचे आहे, कारण long-duration storage अनेकदा एका चमकदार performance metric पेक्षा हळूहळू होणाऱ्या losses ने मर्यादित होते. जर electrode फुगला, विरघळला, किंवा वेळोवेळी structural order गमावू लागला, तर battery पायाभूत वापरासाठी योग्य ठरवणे कठीण होते. त्यामुळे flash ऐवजी durability देणारे chemistry उपयुक्त ठरू शकते, विशेषतः अशा installations मध्ये ज्या दशकानुदशके दररोज चालवायच्या आहेत.

संशोधकांनी केलेला 120,000-cycle life चा दावा हा मुख्य संकेत आहे. जर हा आकडा study conditions च्या पुढेही टिकला, तर तो अशा battery कडे निर्देश करेल जी अनेक विद्यमान प्रणालींपेक्षा अधिक repetitive use सहन करू शकते. Live Science ने या lifespan ला नाट्यमय पद्धतीने मांडले, आणि काही assumptions अंतर्गत design 24th century पर्यंत टिकू शकते असे नमूद केले. गाभ्याचा मुद्दा साधा आहे: टीम extreme endurance साठी बांधलेली battery architecture सादर करत आहे.

हे energy system मध्ये कुठे बसेल

हे काम consumer electronics किंवा electric vehicles पेक्षा fixed storage साठी अधिक संबंधित दिसते. source text मध्ये ही chemistry grid storage मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या lithium-ion batteries शी स्पष्टपणे तुलना केली आहे, आणि तोच योग्य frame आहे. Wind किंवा solar output जास्त असताना power साठवणे आणि नंतर कमी fire risk व manageable replacement costs सह ते सोडणे अशा technologies electric grids ला हव्या आहेत.

त्या संदर्भात, nonflammable operation हा मोठा फायदा आहे. abundant elements आणि organic building blocks चा वापर hazardous materials ऐवजी करणेही फायदेशीर आहे. जर battery वर्षानुवर्षे meaningful degradation शिवाय cycle केली जाऊ शकली, तर maintenance आणि replacement frequency कमी होऊन storage projects ची economics बदलू शकते.

त्याचा अर्थ असा नाही की ही technology व्यापक पातळीवर lithium-ion ची जागा घ्यायला तयार आहे. source material commercial timelines, manufacturing costs, energy density figures, किंवा scale-up चे तपशील देत नाही. हे मुद्दे महत्त्वाचे आहेत. Grid operators फक्त chemistry विकत घेत नाहीत; ते proven systems, supply chains, warranties, आणि bankable performance data विकत घेतात.

पुढे काय पाहायचे

सध्या, हे imminent product launch पेक्षा एक promising research result म्हणून पाहणे योग्य आहे. सर्वात भक्कम समर्थित दावे असे आहेत की battery जल-आधारित आहे, neutral electrolytes वापरते, toxic elements टाळते, आणि reported study मध्ये खूप उच्च cycle-life performance साधते.

पुढचे प्रश्न स्पष्ट आहेत. हे chemistry मोठ्या प्रमाणावर तयार करता येईल का? Materials lab बाहेरही स्थिर राहतील का? Battery तिच्या आकार आणि खर्चाच्या तुलनेत किती energy साठवू शकते? आणि controlled test conditions च्या पलीकडे real grid deployments मध्ये safety आणि durability advantages टिकवता येतील का?

या caveats असूनही, हा अभ्यास energy storage research मधील एक महत्त्वाची दिशा दाखवतो. Battery progress बहुतेकदा faster charging किंवा longer range अशा भाषेत चर्चिला जातो, पण grid साठी durability आणि safety हे अधिक transformative breakthroughs ठरू शकतात. ही aqueous design lab bench च्या पुढेही हे गुण टिकवू शकली, तर ती आपल्या आसपासच्या infrastructure इतक्याच दीर्घायुष्यासाठी बांधलेल्या storage systems कडे जाणाऱ्या व्यापक बदलाचा भाग ठरू शकते.

हा लेख Live Science च्या reporting वर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.