भारत को ऊर्जा भंडारण के लिए (चीनी प्रभुत्व वाले) लिथियम से बाहर निकलने की आवश्यकता अच्छी तरह से मान्यता प्राप्त है। लिथियम दुर्लभ है, कम सुरक्षित है, और लिथियम-आयन की ऊर्जा सीमाएं हैं। जैसे, भारत को लिथियम से कुछ बेहतर तरीके से छलांग लगाने की जरूरत है – जैसे मेटल-एयर बैटरी, जो पिछले कुछ वर्षों से फोकस में हैं, क्योंकि वे अधिक शक्ति पैक करते हैं।
लेकिन उनकी अपनी समस्याएं हैं।
मेटल-एयर बैटरी, जिसमें मेटल एनोड (इलेक्ट्रॉन देने वाला) और कैथोड (इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता) के रूप में वायुमंडलीय ऑक्सीजन होती है, आकर्षक रही है क्योंकि आप सोडियम, जिंक, आयरन, एल्युमिनियम, मैग्नीशियम और कैल्शियम जैसी सस्ती और आसानी से उपलब्ध धातुओं का उपयोग कर सकते हैं। . इनमें से जिंक और एल्युमीनियम दौड़ में आगे हैं, इसके बाद सोडियम और आयरन हैं।
मेटल-एयर बैटरियां कई तकनीकी चुनौतियों के साथ आती हैं, लेकिन अनुसंधान प्रयोगशालाओं से उद्योग के लिए संदेश यह है कि इन मुद्दों को सुलझाया जा रहा है। ऐसा प्रतीत होता है कि मेटल-एयर बैटरी आम होने से पहले पांच साल से भी कम समय की बात है, निश्चित रूप से स्थिर ऊर्जा भंडारण में, और शायद वाहनों में भी। रेंज के लिए, kWhr/kg में परिकलित, मेटल-एयर बैटरियां प्रथम श्रेणी की हैं – वे लिथियम-आयन (ली-आयन) ब्लू को हरा देती हैं (हालांकि लिथियम-एयर और भी बेहतर है)। ली-आयन के 100-265 घंटे/किलोग्राम की तुलना में जिंक-एयर 350-500 Whr/kg (सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व बहुत अधिक है) की व्यावहारिक ऊर्जा घनत्व का दावा करता है।
चूंकि धातु-वायु बैटरी का वोल्टेज आमतौर पर ली-आयन से कम होता है, इसलिए आपको अधिक कोशिकाओं की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन कोशिकाओं का वजन बहुत कम होता है क्योंकि उनमें कैथोड के लिए हवा होती है।
हालांकि, अन्य सिरदर्द भी हैं। सबसे बड़ा ओवर रीचार्जेबिलिटी है।
कारण तकनीकी हैं – एनोड पर ‘परजीवी हाइड्रोजन विकास’ इसे खराब करता है और इलेक्ट्रोलाइट के प्रदर्शन को प्रभावित करता है; धातु एनोड पर स्पाइक्स (डेंड्राइट्स) का निर्माण भी होता है। हालांकि, एक आसान और व्यावहारिक अंतरिम समाधान दृष्टि में है: पूरी तरह से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोलाइट्स और एनोड के साथ डिस्चार्ज किए गए इलेक्ट्रोलाइट का आवधिक प्रतिस्थापन। जिंक-एयर बैटरी पर काम कर रहे आईआईटी-मद्रास के द्रव यांत्रिकी विभाग के प्रोफेसर सत्य शेषाद्रि कहते हैं कि यह घर पर जल शोधक में झिल्ली को बदलने के समान है – आप इसे छह महीने में एक बार करते हैं। जहां तक इलेक्ट्रोलाइट की बात है, कभी-कभार पेट्रोल पंप पर जाएं और मिनटों में लिक्विड बदलवाएं। शेषाद्री का मानना है कि यह एक नए उद्योग को जन्म दे सकता है – जो कि एनोड को पुनर्चक्रित करने और इलेक्ट्रोलाइट को परिष्कृत करने का है, शायद सौर ऊर्जा के साथ।
मुद्दों से निपटना
अन्य शोधकर्ता इन मुद्दों से निपटने के अन्य तरीकों पर काम कर रहे हैं। आईआईटी-मद्रास में एयरोस्पेस इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर सत्य चक्रवर्ती, जिन्होंने एल्यूमीनियम-एयर बैटरी विकसित की है, हाइड्रोजन के लिए “अलग चैनल” का उपयोग करते हैं। उनका कहना है कि उनकी टीम ने “हमारी प्रयोगशाला में ऊर्जा घनत्व क्षमता का एहसास किया है” और एल्यूमीनियम-एयर बैटरी ने 1,000 घंटे से अधिक ड्यूटी साइकिल और “हजारों चार्ज-डिस्चार्ज चक्र” पर काम किया है।
के राम्या और आर बालाजी, पाउडर मेटलर्जी एंड न्यू मैटेरियल्स (एआरसीआई), चेन्नई में इंटरनेशनल एडवांस्ड रिसर्च सेंटर के शोधकर्ता, एक अलग सेल आर्किटेक्चर की कोशिश कर रहे हैं – एयर कैथोड के लिए दो अलग-अलग कक्ष, एक डिस्चार्जिंग के लिए और दूसरा रिचार्जिंग के लिए – जैसा कि कुछ वैज्ञानिक पत्रों में वकालत की।
आईआईटी-मद्रास में सेंटर फॉर फोटो एंड इलेक्ट्रो-केमिकल (सी-पीईसी) के अरविंद चंडीरन एक द्वि-कार्यात्मक उत्प्रेरक विकसित कर रहे हैं (नीचे देखें ‘कैसे विकृत सामग्री अर्थव्यवस्था को हरा-भरा करने में मदद कर सकती है’), एक हलाइड पेरोसाइट, डिस्चार्ज और रिचार्ज दोनों के लिए।
“योजना यांत्रिक रूप से रिचार्जेबल मेटल-एयर बैटरी पैक विकसित करने और परिसर में दोपहिया और तिपहिया वाहनों पर प्रदर्शित करने की है,” चंडीरन कहते हैं।
धातु-वायु के साथ अन्य मुद्दों में कार्बोनेट बनाने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के साथ वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड की प्रतिक्रिया और इलेक्ट्रोड पर लेपित उत्प्रेरक का क्षरण है, लेकिन इनमें से किसी को भी दुर्गम नहीं माना जाता है।
जैसे, मेटल-एयर बैटरियां आज उद्योग के लिए इसमें कूदना शुरू करने के लिए पर्याप्त रूप से संभव हैं।
मार्च में, इंडियन ऑयल कॉर्पोरेशन ने एल्युमिनियम-एयर बैटरी बनाने के लिए इज़राइली कंपनी फ़िनर्जी के साथ करार किया। यूके स्थित एमएएल रिसर्च एंड डेवलपमेंट लिमिटेड (मूल रूप से फ्रांस का मेटाइलेक्ट्रिक एसएएस) मेटल-एयर कंपनियों में सबसे जोर से चिल्लाता है – यह दावा करता है (अन्य बातों के अलावा) एक बैटरी के साथ तैयार होने का दावा करता है जिसकी कीमत सिर्फ 83 डॉलर प्रति किलोवाट है। वैंकूवर, कनाडा स्थित जिंक8 एनर्जी सॉल्यूशंस स्थिर अनुप्रयोगों के लिए $45-a-kWhr जिंक-एयर बैटरी की बात करता है।
मेटल-एयर बैटरियों में बहुत कुछ हो रहा है, क्या उद्योग को लिथियम-आयन पर पैसा लगाना चाहिए?
एआरसीआई की चेन्नई शाखा के प्रमुख और अनुसंधान की देखरेख करने वाले राघवन गोपालन को लगता है कि मेटल-एयर बैटरी “टीआरएल -3 से टीआरएल -6” (प्रौद्योगिकी तत्परता स्तर) से “पांच साल से कम” में परिपक्व हो जाएगी। वे बाजार हिस्सेदारी ले लेंगे, लेकिन ली-आयन को पूरी तरह से बाहर नहीं करेंगे।
चक्रवर्ती का मानना है कि “ली-आयन में बहुत अधिक पैसा बहुत जल्द बंधा हुआ है”, जो धातु-वायु के विकास में बाधा उत्पन्न कर सकता है। “लोग ली-आयन में निवेश करने पर झपकी लेते हुए पकड़े गए, अभी भी आखिरी हंसी हो सकती है,” वे कहते हैं।
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