చైనా పరిశోధకులు నీటి-ఆధారిత బ్యాటరీ రసాయనశాస్త్రానికి 120,000-సైకిల్ ఆయుష్షు ఉందని ప్రకటించారు

నీటి-ఆధారిత బ్యాటరీ design భద్రత మరియు దీర్ఘాయుష్షుపై లక్ష్యం పెట్టింది

చైనాలోని పరిశోధకులు ఒక aqueous battery chemistryని నివేదించారు; ఇది grid-scale energy storage యొక్క పని జీవితాన్ని గణనీయంగా పెంచగలదని, అలాగే conventional lithium-ion systems‌తో సంబంధం ఉన్న కొన్ని disposal మరియు safety సమస్యలను తప్పించగలదని వారు చెబుతున్నారు. ఈ పని, ఫిబ్రవరి 18న Nature Communicationsలో ప్రచురించబడింది, magnesium మరియు calcium ions‌ను neutral water-based electrolyte ద్వారా batteryలో anode‌గా ఉపయోగించిన covalent organic polymers అనే వర్గాన్ని కేంద్రంగా తీసుకుంది.

ప్రధాన వాదన ఆశ్చర్యకరమైనది: battery సుమారు 120,000 charge cycles వరకు పనిచేయగలదని team అంటోంది, అంటే grid storage కోసం వాడే typical lithium-ion battery జీవితకాలం కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువ. అంతే ముఖ్యంగా, ఈ chemistry విషపూరిత elements‌ను తప్పిస్తుందని, పర్యావరణంలో సురక్షితంగా disposed చేయవచ్చని పరిశోధకులు వాదిస్తున్నారు; అందువల్ల ఇది పెద్ద stationary storage systems కోసం ప్రత్యేకంగా clean candidate అవుతుంది.

Aqueous batteries ఎందుకు ముఖ్యమో

Water-based electrolytes nonflammable కావడం, మరియు అనేక mainstream battery designs‌లో ఉపయోగించే materials కంటే తక్కువ ఖర్చుతో ఉండే అవకాశం ఉండటం వల్ల aqueous batteries చాలా కాలంగా ఆకర్షణ పొందాయి. ఇది renewable energy buffering వంటి applications‌కు ఆకర్షణీయమైన ఎంపికను చేస్తుంది, అక్కడ తక్కువ fire risk మరియు దీర్ఘ operating life, energy density లాగే ముఖ్యంగా ఉండొచ్చు.

కానీ ఈ format‌కు ఒక మొండి బలహీనత ఉంది. ఈ batteriesలో ఉపయోగపడే organic polymers, aqueous systems‌లో సాధారణంగా ఉండే acidic లేదా alkaline electrolytes‌లో వేగంగా క్షీణిస్తాయి. ఆ degradation, utilities మరియు grid operators ఎక్కువగా పట్టించుకునే ప్రయోజనాన్నే తగ్గిస్తుంది: ఎన్నో సంవత్సరాల cycling తర్వాత కూడా నమ్మదగిన performance.

కొత్త అధ్యయనం battery యొక్క structural chemistry మరియు cellలోని operating environment రెండింటినీ మార్చి ఆ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ప్రయత్నిస్తోంది. కఠినమైన electrolytes‌పై ఆధారపడకుండా, పరిశోధకులు pH 7.0 కలిగిన neutral electrolyte‌ను ఉపయోగించారు. దానికి hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin అనే compound‌ను జోడించారు; ఇందులో carbonyl-rich regions positive ions‌ను ఆకర్షిస్తాయి, మరియు rigid molecular scaffold material‌ను flat, honeycomb-like structure‌గా నిలుపుతుంది.

డిజైన్ లక్ష్యం novelty కాదు, stability

ప్రాక్టికల్‌గా, పరిశోధకులు నీటిలో battery యొక్క active materials విచ్ఛిన్నం కాకుండా ఉండే batteryని నిర్మించడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు. గట్టిగా ఉండే polymer structure anode‌ను కాపాడడమే కాకుండా, magnesium మరియు calcium ions సమర్థవంతంగా కదలడానికి కూడా సహాయపడుతుంది. study summary ప్రకారం, neutral electrolyte ఆ ions‌ను conduct చేయడంలో సహాయపడుతుంది, polymer‌ను corrode అవకుండా ఉంచుతుంది.

ఈ కలయిక ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే long-duration storage తరచుగా ఒకే అద్భుతమైన metric‌తో కాకుండా, నెమ్మదిగా పేరుకుపోయే losses‌తో పరిమితం అవుతుంది. ఒక electrode ఉబ్బితే, కరిగితే, లేదా కాలక్రమేణా structural order కోల్పోతే, ఆ battery infrastructure వినియోగానికి తగినదిగా న్యాయపరచడం కష్టం. కాబట్టి flash కంటే durability‌కు ప్రాధాన్యం ఇచ్చే chemistry విలువైనదిగా మారవచ్చు, ముఖ్యంగా దశాబ్దాల పాటు ప్రతిరోజూ నడవాల్సిన installations‌లో.

పరిశోధకుల 120,000-cycle life claim ఇక్కడ ప్రధాన సంకేతం. ఆ సంఖ్య study conditionsను మించి కూడా నిలుస్తే, అది చాలా incumbent systems కంటే ఎక్కువ repetitive use‌ను తట్టుకునే batteryని సూచిస్తుంది. Live Science ఈ lifespan‌ను నాటకీయంగా వివరించి, కొన్ని assumptions కింద design 24th century వరకూ కొనసాగవచ్చని పేర్కొంది. ప్రధాన విషయం సరళమైనది: team extreme endurance కోసం రూపొందించిన battery architecture‌ను ప్రవేశపెడుతోంది.

ఇది energy systemలో ఎక్కడ సరిపోతుంది

ఈ పని consumer electronics లేదా electric vehicles కంటే fixed storage‌కు ఎక్కువ సంబంధం కలిగి ఉంది. source text ఈ chemistryను grid storage‌లో వాడే lithium-ion batteries‌తో స్పష్టంగా పోల్చింది, అది సరైన frame. Wind లేదా solar output ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు power‌ను నిల్వ చేసి, తర్వాత తక్కువ fire risk మరియు manageable replacement costs‌తో విడుదల చేసే technologies electric grids‌కు అవసరం.

ఆ సందర్భంలో, nonflammable operation ఒక పెద్ద ప్రయోజనం. అందుబాటులో ఉన్న elements మరియు organic building blocks‌ను ప్రమాదకర materials‌కు బదులుగా ఉపయోగించడం కూడా లాభదాయకం. Battery సంవత్సరాల తరబడి meaningful degradation లేకుండా cycle చేయగలిగితే, maintenance మరియు replacement frequency తగ్గి storage projects economics‌ను మార్చవచ్చు.

దీని అర్థం ఈ technology lithium-ion‌ను విస్తృతంగా భర్తీ చేయడానికి సిద్ధంగా ఉందని కాదు. source material commercial timelines, manufacturing costs, energy density figures, లేదా scale-up వివరాలను ఇవ్వలేదు. ఆ గ్యాప్స్ ముఖ్యమైనవి. Grid operators chemistryను మాత్రమే కొనరు; వారు proven systems, supply chains, warranties, మరియు bankable performance data‌ను కొనుగోలు చేస్తారు.

తరువాత ఏమి గమనించాలి

ప్రస్తుతం, ఇది త్వరలో ఉత్పత్తిగా మారబోయే పరిష్కారం కంటే ఒక promising research result‌గా చూడటం మంచిది. అత్యంత బలంగా మద్దతు పొందిన claims: battery నీటి-ఆధారితమై ఉంది, neutral electrolytes‌ను ఉపయోగిస్తుంది, toxic elements‌ను తప్పిస్తుంది, మరియు reported studyలో చాలా ఉన్నత cycle-life performance సాధించింది.

తదుపరి ప్రశ్నలు స్పష్టమైనవే. ఈ chemistryని పెద్ద స్థాయిలో తయారు చేయగలమా? Materials ల్యాబ్ వెలుపల కూడా స్థిరంగా ఉంటాయా? Battery దాని పరిమాణం మరియు ఖర్చుతో పోలిస్తే ఎంత energy నిల్వ చేయగలదు? మరియు real grid deployments‌లో, controlled test conditions‌కు మించి, safety మరియు durability advantages‌ను నిలుపుకోగలదా?

ఈ caveats ఉన్నప్పటికీ, ఈ study energy storage research‌లో ఒక ముఖ్యమైన దిశను సూచిస్తుంది. Battery progress గురించి ఎక్కువగా faster charging లేదా longer range పరంగా మాట్లాడతారు, కానీ grid కోసం durability మరియు safety మరింత మార్పు తీసుకురాగల breakthroughs కావచ్చు. ఈ aqueous design lab bench‌ను దాటి కూడా ఆ లక్షణాలను నిలుపుకుంటే, అది తన చుట్టూ ఉన్న infrastructure‌కు సమానంగా దీర్ఘాయుష్షుతో ఉండే storage systems వైపు ఒక పెద్ద మార్పులో భాగమవుతుంది.

ఈ article Live Science reporting‌పై ఆధారపడి ఉంది. మూల article చదవండి.