लिथियम बैटरियों को बदलने के लिए सॉलिड स्टेट बैटरियां सबसे आशाजनक तकनीक बन गई हैं। एमआईटी ने सॉलिड-स्टेट बैटरी प्रौद्योगिकी में नवीनतम प्रगति का सारांश प्रस्तुत किया है

सॉलिड स्टेट बैटरी (एसएसबी) उच्च ऊर्जा घनत्व वाली एक उभरती हुई बैटरी तकनीक है जो लिथियम-आयन बैटरी (एलआईबी) के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती है, जो मौजूदा बाजार में विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए बिजली प्रदान करती है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों के विपरीत, सॉलिड-स्टेट बैटरियों में एक ठोस सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट होता है जो बैटरी के अंदर एनोड और कैथोड को अलग करता है। कुछ बैटरियों में, यह डिज़ाइन एनोड के रूप में लिथियम का उपयोग कर सकता है।

इससे पहले कि सॉलिड-स्टेट बैटरियों का व्यावसायीकरण किया जाए और बड़े पैमाने पर लागू किया जाए, शोधकर्ताओं को अपने व्यक्तिगत घटकों का उत्पादन करने और आशाजनक बैटरी सेल डिजाइन विकसित करने के लिए लागत प्रभावी रणनीतियों की पहचान करनी चाहिए। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के शोधकर्ताओं ने एक समीक्षा लेख लिखा है जिसमें क्षेत्र में नवीनतम विकास का सारांश दिया गया है और ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स और इलेक्ट्रोलाइट/कैथोड श्रृंखला कनेक्शन के प्रसंस्करण के लिए रणनीतियों की रूपरेखा तैयार की गई है, जिसका उपयोग भविष्य के एसएसबी डिजाइन के लिए किया जा सकता है।

इस तथ्य के कारण कि अधिकांश पिछले शोधों ने दानेदार ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स पर ध्यान केंद्रित किया है, एसएसबी की वर्तमान लागत भविष्यवाणी में उल्लिखित 75% उत्पादन लागत बहुत अधिक अनुमानित है, क्योंकि वे ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रसंस्करण के लिए उच्च तापमान शास्त्रीय सिंटरिंग तकनीक पर आधारित हैं। इस अध्ययन को करने वाले शोधकर्ताओं में से एक, मोरन बलैश ने बताया कि कुछ भविष्यवाणियों से पता चलता है कि यदि लागत निर्धारण कारक है, तो ऑक्साइड ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स पर आधारित एसएसबी की लागत अधिक है और एलआईबी के साथ प्रतिस्पर्धा करना लगभग असंभव है। हम कम तापमान वाले विनिर्माण समाधान प्रदान करते हैं जो बैटरी असेंबली को प्रभावित करते हैं, और सुझाव देते हैं कि शोधकर्ता न केवल क्लासिक अरहेनियस ट्रांसपोर्ट ली+आरेख और इलेक्ट्रोकेमिकल स्थिरता विंडो पर रिपोर्ट करें और प्रतिबिंबित करें, बल्कि नए 'हॉट प्रोसेसिंग बजट' पर भी प्रतिबिंबित करें।

अपने पेपर में, रूप और उनके सहयोगियों ने इस बात पर जोर दिया कि अब कम तापमान पर, 1-20um की आकार सीमा के साथ सिरेमिक एसएसबी इलेक्ट्रोलाइट फिल्मों के निर्माण के पर्याप्त अवसर हैं। इसके अलावा, उन्होंने यह भी प्रस्तावित किया कि मौजूदा रणनीतियाँ कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट्स के उत्पादन की महंगी सह-फायरिंग रणनीति से बचकर एसएसबी की उत्पादन लागत को कम कर सकती हैं।

उदाहरण के लिए, यदि एसएसबी ऑक्साइड बैटरियों के डिजाइन और निर्माण में उच्च तापमान सह सिंटरिंग से बचा जाता है, तो कैथोड सामग्री का उत्पादन करने के लिए कम कोबाल्ट का उपयोग किया जा सकता है, जो भविष्य में भूराजनीतिक संसाधन संघर्षों से बचने में मदद करता है, रूप्प बताते हैं।

भविष्य में, रूप और उनके सहयोगियों द्वारा चर्चा की गई वैकल्पिक सह-सिंटरिंग रणनीति ऑक्सीकृत लिथियम आधारित ठोस-राज्य बैटरियों की प्रतिस्पर्धात्मकता को प्रभावित कर सकती है। इसके अलावा, वे इलेक्ट्रिक वाहनों या पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के लिए कम तापमान वाली ठोस बैटरियों पर आगे के शोध का मार्ग भी प्रशस्त कर सकते हैं।

अब तक, शिक्षा क्षेत्र में अधिकांश प्रयोगशाला आधारित शोधों ने परीक्षण सामग्री के रूप में सिंटर कणों के निर्माण और बैटरियों को असेंबल करने को चुना है, केवल कुछ ही समूह वैकल्पिक समाधानों का अध्ययन कर रहे हैं, जैसे कि एसएसबी के कार्यान्वयन और प्रतिस्पर्धी डिजाइन के अनुकूल चुंबकीय टेप और पतली फिल्में विकसित करना। पतले और मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स। इस क्षेत्र के विकास से संबंधित कई ऐतिहासिक कारण हैं, हालांकि, इसका नुकसान यह है कि कणों का सिंटरिंग बहुत मजबूत है, जो कोबाल्ट कटौती कैथोड के एकीकरण को सीमित करता है। इसके बाहरी आयाम आदर्श नहीं हैं, और प्रक्रिया लागत अधिक है, क्योंकि इनमें से अधिकतर कैथोड सामग्री केवल इलेक्ट्रोलाइटिक घटकों के साथ उच्च तापमान सह-फायरिंग में अस्थिर (चरण आरेख के माध्यम से) होती है।

रूप और उनके सहयोगियों द्वारा लिखे गए समीक्षा पत्र ने अंततः एक काफी सरल संदेश दिया। अधिक विशेष रूप से, यह एसएसबी इलेक्ट्रोलाइट्स के संश्लेषण में संक्रमण के लाभों पर जोर देता है, जिससे उनका आकार एलआईबी में शास्त्रीय पॉलिमर विभाजकों के समान हो जाता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, इस तरह का परिवर्तन एसएसबी की संरचना में सुधार और इसकी लागत को कम करने के लिए मूल्यवान है, जबकि बड़े पैमाने पर गैर कोबाल्ट कैथोड को एकीकृत करने के लिए नई संभावनाएं भी प्रदान करता है।

हमें यह जानकर आश्चर्य हुआ कि भले ही तकनीकी आवश्यकताओं वाले एसएसबी डिजाइनों में पतले और मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं, फिर भी इस क्षेत्र में डेटा की कमी है जो मिलीमीटर आकार के पापी कणों के आधार पर अधिकांश अरहेनियस आरेख और इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो दिखाता है। जुआन कार्लोस गोंजालेज रोसिलो पहले लेखकों में से एक थे।

हालाँकि कई अध्ययनों ने केवल कुछ माइक्रोमीटर की घटक मोटाई वाले एसएसबी की क्षमता पर प्रकाश डाला है, अब तक, कुछ टीमों ने इन घटकों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्रभावी रणनीतियों का प्रस्ताव दिया है। अपने पेपर में, पिछले कुछ वर्षों में एकत्र किए गए शोध साक्ष्यों के आधार पर, रूप और उनके सहयोगियों ने एक विधि प्रस्तावित की जो अंततः इस लक्ष्य को प्राप्त कर सकती है।

पेपर में हमारे द्वारा उठाए गए कुछ प्रश्न हैं: इन घटकों को विकसित करने के लिए कौन सी विधियां उपयुक्त हैं, और महत्वपूर्ण बात यह है कि ये विधियां लागत को कम करने और कैथोड/इलेक्ट्रोलाइट घटकों के लिए सह-सिंटरिंग से बचने के लिए विकल्प प्रदान करने के लिए थर्मल प्रोसेसिंग बजट को कैसे प्रभावित करेंगी? रुप ने आगे कहा: हमारी समीक्षा पतली और मजबूत एसएसबी के साथ-साथ एसएसबी के लिए इलेक्ट्रोलाइट्स के निर्माण के लिए वैकल्पिक समाधान तलाशने के लिए अन्य टीमों को प्रेरित करने का एक विनम्र प्रयास था।

भविष्य के शोध में, शोधकर्ता एसएसबी विकास के दो मुख्य पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बना रहे हैं। सबसे पहले, वे विभिन्न अन्य रणनीतियों की रूपरेखा तैयार करने की उम्मीद करते हैं जिनका उपयोग सह-सिंटरिंग प्रक्रियाओं पर भरोसा किए बिना, एसएसबी कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट्स को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है।

रूप ने बताया कि ये सभी शास्त्रीय पाउडर से कण या टेप मार्गों पर आधारित प्रक्रियाओं की तुलना में चुनौतीपूर्ण और कहीं अधिक समय लेने वाले विकल्प हैं, क्योंकि मापदंडों का एक विशाल क्षेत्र और सर्वोत्तम घनत्व प्रोटोकॉल है, जबकि ठोस रासायनिक संरचना की स्टोइकोमेट्री को बनाए रखना संभव नहीं है। वह सरल. हालाँकि, यदि चुनौतियाँ हल हो जाती हैं, तो ये मूल्यवान वैकल्पिक विनिर्माण विधियाँ प्रदान कर सकती हैं, जो अधिक कोबाल्ट कम करने वाली कैथोड सामग्री के दीर्घकालिक एकीकरण की दिशा में शुरुआती पत्थर है।

रुप और उनके सहयोगियों ने एसएसबी के बड़े पैमाने पर विकास और कार्यान्वयन में तेजी लाने के तरीके का पता लगाने के लिए नए शोध करने की भी योजना बनाई है। वर्तमान में, प्रयोगशाला वातावरण में एसएसबी इलेक्ट्रोलाइट्स को डिजाइन करने, विकसित करने और निर्माण करने में औसतन 10 साल से अधिक का समय लगने का अनुमान है। इन घटकों के आकार कारक को कम करने के लिए अतिरिक्त 5-10 वर्षों की आवश्यकता हो सकती है। समय की ये लंबी अवधि तेज़ प्रसंस्करण तकनीकों की आवश्यकता पर प्रकाश डालती है।

हमारे वर्तमान शोध में, हम प्रदर्शन का परीक्षण करने और इष्टतम विनिर्माण मार्ग को तेजी से पुनरावृत्त करने के लिए सिरेमिक यौगिकों और उनके रासायनिक घटकों की तेजी से स्क्रीनिंग और तेजी से स्वचालित प्रसंस्करण के परिप्रेक्ष्य का पता लगाते हैं और प्रस्तुत करते हैं। यह उतना सरल नहीं है जितना लोग कल्पना करते हैं, क्योंकि शिक्षा जगत में पारंपरिक ठोस-राज्य बैटरी प्रसंस्करण मार्ग में पाउडर या सिंटेड यौगिकों का उपयोग किया जाता है, जिसमें तेजी से स्क्रीनिंग और स्वचालित चक्र चलाने के लिए कुछ हद तक जटिलता होती है। हम विशिष्ट उदाहरणों और विश्लेषण के माध्यम से अपने काम का समर्थन करने की उम्मीद करते हैं, क्योंकि ये संभावित विधियां तेजी से साइकिल चलाने और स्वचालन के लिए सर्वोत्तम प्रसंस्करण स्थितियों की तलाश करने और भविष्य की ठोस-राज्य बैटरियों के लिए घटकों और बैटरियों के डिजाइन और निर्माण के लिए अधिक उपयुक्त हैं।