નવી કેથોડ સામગ્રીથી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, સસ્તી, પર્યાવરણ અનુકુલ Na-ion બેટરીનું ઉત્પાદન કરાશે
નવી દિલ્હીઃ વૈજ્ઞાનિકોએ સોડિયમ-આયન બેટરી માટે સોડિયમ-ટ્રાન્સમિશન-મેટલ-ઓક્સાઇડ-આધારિત કેથોડ સામગ્રીની હવા/પાણી-અસ્થિરતા અને માળખાકીય-કમ-ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ અસ્થિરતાને એકસાથે શોધી કાઢવાની પદ્ધતિ વિકસાવી છે. તદનુસાર નવી હવા/પાણી-સ્થિર અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કેથોડ સામગ્રી વિકસાવવામાં આવી છે. નવી વિકસિત સામગ્રીએ હવા/પાણીના સંપર્કમાં ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ચક્રીય સ્થિરતા અને જ્યારે હવા/પાણીના સંપર્કમાં આવે ત્યારે સ્થિરતા દર્શાવી હતી. આ રીતે, સિસ્ટમોના વિકાસને સરળ બનાવવામાં આવશે અને એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે, આનાથી ઉપભોક્તા ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, ગ્રીડ ઉર્જા સંગ્રહ, નવીનીકરણીય ઉર્જા અને ઈલેક્ટ્રિકમાંથી મેળવેલા પાવર સ્ત્રોતો સહિત વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે સસ્તું અને ટકાઉ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ અને ઈ-વાહનનો સમાવેશ થાય છે.
આબોહવા અને પર્યાવરણીય સંબધિત ચિંતાઓને પગલે બૅટરી-સંચાલિત ઇલેક્ટ્રિક વાહનોનું મહત્વ વધારે છે, તેથી એલઆઈ-આયન સિસ્ટમ્સ સિવાય ખર્ચ-અસરકારક, સંસાધન-કાર્યક્ષમ, સલામત અને આલ્કલાઇન મેટલ-આયન બેટરી સિસ્ટમની જરૂર છે. ભારતમાં વિપુલ પ્રમાણમાં Na-સ્ત્રોત છે, જે આગામી Na-ion બેટરી સિસ્ટમને ભારતીય સંદર્ભમાં વધુ મહત્ત્વપૂર્ણ બનાવે છે. કોઈપણ આલ્કલી મેટલ-આયન બેટરી કોષની જેમ, Na-આયન કોષમાં પણ કેથોડ અને એનોડ સક્રિય પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે (મેટાલિક વર્તમાન કલેક્ટર ફોઈલ દ્વારા). આ સેલના ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન ચાર્જ કેરિયર્સ (એટલે કે, Na-ion) ના ઉલટાવી શકાય તેવું ટ્રાન્સફર/દૂર કરવાની સુવિધા આપે છે.
સોડિયમ-આયન બેટરીના ઘણા ફાયદાઓ હોવા છતાં, ‘ફ્લકી’ NA-TM-ઓક્સાઇડ-આધારિત કેથોડ સામગ્રીનું વિદ્યુતરાસાયણિક વર્તન/પ્રદર્શન અને ભેજના સંપર્કમાં આવવા પર તેમની સ્થિરતા NA-આયન બેટરી સિસ્ટમ્સની વિશાળ શ્રેણી માટે એક પડકાર છે. વિકાસ અને વપરાશમાં સુધારા માટે ઘણો અવકાશ છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે આવી સ્થિરતાનો અભાવ Na-Tm-ઓક્સાઇડના સંચાલન/સંગ્રહને પડકારે છે અને તેમના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રભાવને પણ નકારાત્મક અસર કરે છે. વધુમાં, પાણીની અસ્થિરતા પાણી આધારિત દ્રાવણના સંભવિત ઉપયોગથી વિપરીત, ઇલેક્ટ્રોડની તૈયારી માટે એન-મિથાઈલ-2-પાયરોલિડોન (NMP) જેવા ઝેરી-જોખમી-મોંઘા રસાયણોનો ઉપયોગ ફરજિયાત બનાવે છે.
તેમના તાજેતરના સંશોધનમાં, IIT બોમ્બે ખાતે પ્રોફેસર અમર્ત્ય મુખોપાધ્યાયના જૂથે મુખ્ય પરિબળોને ઓળખ્યા છે જે આ પડકારને પહોંચી વળવા માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન એનએ-આયન બેટરી વિકસાવવામાં મદદ કરી શકે છે. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (DST) ની સંલગ્ન સંસ્થા સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ રિસર્ચ બોર્ડ (SERB) દ્વારા સમર્થિત તેમના સંશોધનમાં, તેઓએ DSTની ઊર્જા સંગ્રહ યોજનાની સામગ્રીમાં સાર્વત્રિક ડિઝાઇન પરિમાણ વિકસાવ્યું છે. આ સફળ ડિઝાઇન અને ટકાઉ NA-આયન બેટરી સિસ્ટમ્સ અને પર્યાવરણીય રીતે સ્થિર અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કેથોડ્સના વ્યાપક વિકાસ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે. કેમિકલ કોમ્યુનિકેશન્સ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલા પેપરમાં, સંશોધકોએ ટીએમ-ઓ બોન્ડ કોવેલન્સીમાં “ઇન્ટરલેબ” સ્પેસીંગ્સ દાખલ કરીને, Na-આયન બેટરી કેથોડના Na-Tm-ઓક્સાઇડ માળખામાં વૈકલ્પિક સ્લેબ માળખામાં ફેરફાર કરવાનું સૂચન કર્યું છે.
લાક્ષણિક ‘ફ્લકી’ N-Tm ઓક્સાઇડ માળખું NaO (O-Na-O) અને TmO (O-Tm -O) થી બનેલા વૈકલ્પિક ‘સ્લેબ’ દ્વારા રચાય છે, જેમાં O-આયન (જે ચોખ્ખો નકારાત્મક ચાર્જ વહન કરે છે) ધરાવે છે. ). જ્યારે Tm–O બોન્ડ પ્રકૃતિમાં આયનીય-સહસંયોજક છે, જ્યારે Na–O મુખ્યત્વે આયનીય છે. આવી ‘સ્તરવાળી’ રચનામાં, ટીએમ-ઓ બોન્ડની સહસંયોજકતાની ડિગ્રીને ટ્યુન કરીને, TM-સ્તરમાં કેશન્સનું યોગ્ય સંયોજન ડિઝાઇન કરીને, કોઈ વ્યક્તિ O-આયન પર નેટ/અસરકારક નકારાત્મક ચાર્જને ટ્યુન કરી શકે છે. આ, બદલામાં, Na- અને O-આયનો વચ્ચેના ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પુલને અને N-સ્તરમાં O-આયન વચ્ચેના વિકારને પણ અસર કરી શકે છે.
