सोलिड-स्टेट बैटरी और पारंपरिक लिथियम बैटरी के बीच क्या अंतर और फायदे हैं?

मूलभूत प्रौद्योगिकी अंतर

पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरीज़ तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं, लेकिन सोलिड-स्टेट बैटरीज़ इससे अलग हैं। वे इस तरल इलेक्ट्रोलाइट को ठोस केरेमिक या पॉलिमर सामग्री से बदल देते हैं। इस संरचना में परिवर्तन आग लगने वाले घटकों को दूर कर देता है। एक साथ, यह अधिक संक्षिप्त सेल डिज़ाइन की अनुमति भी देता है। इसके अलावा, पारंपरिक लिथियम बैटरीज़ में आमतौर पर ग्राफाइट एनोड्स होते हैं। इसके विपरीत, सोलिड-स्टेट बैटरीज़ अक्सर लिथियम मेटल एनोड्स का उपयोग करती हैं। यह सोलिड-स्टेट बैटरीज़ को समान मात्रा में अधिक ऊर्जा भंडारित करने में मदद करता है।

ऊर्जा घनत्व और प्रदर्शन के फायदे

चूंकि ठोस-अवस्था बैटरी में तरल इलेक्ट्रोलाइट नहीं होते हैं, वे इलेक्ट्रोड सामग्री को कहीं अधिक प्रभावी रूप से स्टैक कर सकते हैं। इसके परिणामस्वरूप, उनका ऊर्जा घनत्व लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में 2 से 3 गुना अधिक होता है। यह क्या मतलब है? वैसे तो, डिवाइसों के लिए, यह यानी कि वे अधिक समय तक चल सकते हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों जैसी अनुप्रयोगों में, यह वजन में महत्वपूर्ण कमी का कारण बन सकता है। हाल की शोध पत्रिकाओं में दिखाया गया है कि प्रोटोटाइप ठोस-अवस्था सेल 500 वाट-घंटा/किलोग्राम (Wh/kg) तक ऊर्जा घनत्व पहुंचा सकते हैं। तुलना के लिए, उच्च-अंत लिथियम-आयन बैटरी का ऊर्जा घनत्व आमतौर पर 250-300 वाट-घंटा/किलोग्राम (Wh/kg) होता है।

बढ़ी हुई सुरक्षा विशेषताएँ

इकाई बैटरी ज्वलनशील यौगिक द्रव को हटा देती है। इस कारण, वे चाली स्थितियों में भी कहीं अधिक बेहतर ऊष्मीय स्थिरता रखती हैं। प्रयोगशाला के तनाव परीक्षणों ने पाया कि वे 200°C तक अपनी संरचना बनाए रख सकती हैं। दूसरी ओर, लिथियम-आयन बैटरी का खतरा ऊष्मीय भागने का होता है जब तापमान 150°C पर पहुँच जाता है। यह बनी हुई सुरक्षा विशेषता इकाई बैटरी को ऐसी अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त बनाती है जहाँ विफलता को रोकना अत्यंत महत्वपूर्ण है, जैसे मेडिकल इम्प्लेंट्स और अंतरिक्ष विज्ञान प्रणाली।

चार्जिंग की गति और साइकल जीवन

कुछ अग्रणी ठोस-अवस्था बैटरी प्रोटोटाइप 15 मिनट से कम समय में अपनी चार्ज क्षमता का 80% तक पहुँचा सकती हैं। और वे परंपरागत लिथियम बैटरियों को क्षति पहुँचाने वाली लिथियम प्लेटिंग समस्या से मुक्त हैं। ठोस-अवस्था बैटरियों में ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI) बहुत स्थिर होती है। यह 5,000 से अधिक चार्ज चक्रों के माध्यम से गुजर सकती है और अपनी क्षमता का 90% से अधिक बनाए रखती है। यह लंबे समय तक की ड्यूरेबिलिटी उन ऊर्जा स्टोरेज सिस्टम्स के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण है जो हर दिन गहराई से चार्ज और डिसचार्ज होने की आवश्यकता रखते हैं और दशकों तक काम करने की अपेक्षा होती है।

ऐप्लिकेशन-स्पेसिफिक फायदे

इलेक्ट्रिक वाहनों को ठोस-रासायनिक बैटरीज़ से बहुत लाभ हो सकता है। बैटरी पैक के समान आकार का उपयोग करते हुए, वे अपनी ड्राइविंग रेंज को 30 - 50% तक बढ़ा सकती हैं। इसके अलावा, आग के खतरे में कमी आती है। पोर्टेबल मेडिकल उपकरणों को बिना सुरक्षा मानदर्शनों का बलिदान दिए हुए आर्ज़ के बीच अधिक समय तक चलने की सुविधा मिलती है। ठोस-रासायनिक बैटरीज़ -40°C से 120°C तक की तापमान की विस्तृत श्रृंखला को सहन कर सकती हैं। यह उन्हें कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों से प्रत्यक्ष उपकरणों में उपयोग के लिए विश्वसनीय बनाती है।

पर्यावरणीय प्रभाव पर विचार

ठोस-रासायनिक बैटरीज़ की कोशिका वास्तुकला सरल होती है। इसका मतलब है कि उन्हें लिथियम-आयन बैटरीज़ के उत्पादन में सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले कोबाल्ट और अन्य संघर्ष खनिजों की आवश्यकता नहीं होती। ठोस विद्युत-अभिक्रिया की स्थिरता द्वारा पुनः चक्रण प्रक्रिया सुरक्षित होती है और इससे उच्च सामग्री पुनर्प्राप्ति दर मिलती है। निर्माताओं को ऊर्जा खपत को कम करने में प्रगति हो रही है। वे पारंपरिक लिथियम बैटरी उत्पादन विधियों की तुलना में 40% कम ऊर्जा का उपयोग करने का लक्ष्य रखते हैं।