अत्यधिक ठंड की स्थिति के लिए नई Durable Battery Technology

ऊर्जा भंडारण तकनीक के लिए एक रोमांचक विकास में, शोधकर्ताओं ने एक टिकाऊ और कुशल Zn-air बैटरी तैयार की है जो हिमालय में पाए जाने वाले अत्यधिक ठंड की स्थिति में काम करने में सक्षम है। यह नवाचार दूरदराज के क्षेत्रों के लिए विश्वसनीय ऊर्जा समाधान का वादा करता है जहां पारंपरिक बैटरियां अक्सर उप-शून्य तापमान के कारण विफल हो जाती हैं।

ऊर्जा भंडारण की चुनौती

स्वच्छ, नवीकरणीय ऊर्जा की बढ़ती मांग के साथ, उन्नत ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की तत्काल आवश्यकता है। वर्तमान लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियों को उनके भारी कैथोड सामग्रियों के कारण सीमाओं का सामना करना पड़ता है, जो उनके ऊर्जा घनत्व को सीमित करते हैं। इसके विपरीत, धातु-वायु बैटरियां एक आशाजनक विकल्प के रूप में उभर रही हैं। ये बैटरियां भारी कैथोड सामग्रियों को जिंक (Zn) जैसी धातुओं से बदल देती हैं और हवा से ऑक्सीजन का उपयोग करती हैं, जिससे ऊर्जा घनत्व में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

नवीनतम बैटरी डिजाइन

सीएसआईआर-सीएमईआरआई, दुर्गापुर के डीएसटी इंस्पायर फैकल्टी फेलो डॉ. अनिरुद्ध कुंडू के नेतृत्व में एक टीम ने इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति की है। उन्होंने कोबाल्ट-आयरन (CoFe) मिश्र धातु और आयरन कार्बाइड (Fe3C) नैनोकणों को नाइट्रोजन-डोप्ड कार्बन शीट में एकीकृत करके एक अद्वितीय कैथोड सामग्री विकसित की है। यह सामग्री, जो अपनी उत्कृष्ट विद्युत चालकता और उत्प्रेरक गुणों के लिए जानी जाती है, एक संकर संरचना बनाती है जो बैटरी के स्थायित्व और प्रदर्शन को बढ़ाती है।

यह कैसे काम करता है

नई Zn-एयर बैटरी एयर-इलेक्ट्रोड के रूप में CoFe/Fe3C मिश्र धातु/कार्बाइड संकर संरचना और एनोड के रूप में जिंक फ़ॉइल के संयोजन का उपयोग करती है। बैटरी अपने तरल रूप में 6 M KOH इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती है। ठोस-अवस्था अनुप्रयोगों के लिए, PVA-CMC (पॉलीविनाइल अल्कोहल-कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज) से बना एक पारदर्शी, लचीला और स्थिर जेल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया जाता है। इस जेल को असेंबली से पहले एक केंद्रित KOH और जिंक एसीटेट घोल में भिगोया जाता है।

प्रदर्शन और अनुप्रयोग

नवीनतम बैटरी तरल और ठोस-अवस्था दोनों रूपों में उल्लेखनीय प्रभावकारिता प्रदर्शित करती है, यहाँ तक कि उप-शून्य तापमान पर भी। *एडवांस्ड फंक्शनल मैटीरियल्स* नामक पत्रिका में प्रकाशित शोध में व्यावहारिक इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगों के लिए इस तकनीक की क्षमता पर प्रकाश डाला गया है। बैटरी का पोर्टेबल, लचीला और हल्का डिज़ाइन इसे विभिन्न उपयोगकर्ताओं के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है, जिसमें रोज़मर्रा के उपभोक्ता और कठोर वातावरण में काम करने वाले सैन्य कर्मी शामिल हैं।

भविष्य के निहितार्थ

यह उन्नत बैटरी तकनीक टिकाऊ और लचीले ऊर्जा समाधानों की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। चरम जलवायु और दूरस्थ स्थानों में विश्वसनीय ऊर्जा भंडारण को सक्षम करके, यह अधिक ऊर्जा स्वतंत्रता और सुरक्षा का मार्ग प्रशस्त करता है। यह विकास न केवल व्यक्तिगत उपभोक्ताओं के लिए बल्कि रक्षा और दूरस्थ संचालन में महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए भी आशाजनक है।

शोधकर्ताओं का काम व्यावहारिक ऊर्जा समाधानों के लिए नई संभावनाओं को खोलता है, जिससे टिकाऊ और कुशल बैटरी उपयोगकर्ताओं और सेटिंग्स की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सुलभ हो जाती है।

IN ENGLISH ,

New Durable Battery Technology for Extreme Cold Conditions

In an exciting development for energy storage technology, researchers have designed a durable and efficient Zn-air battery capable of functioning in extreme cold conditions, such as those found in the Himalayas. This innovation promises reliable energy solutions for remote areas where conventional batteries often fail due to sub-zero temperatures.

The Challenge of Energy Storage

With the growing demand for clean, renewable energy, there is an urgent need for advanced energy storage systems. Current lithium-ion (Li-ion) batteries face limitations due to their heavy cathode materials, which restrict their energy density. In contrast, metal-air batteries are emerging as a promising alternative. These batteries replace heavy cathode materials with metals like zinc (Zn) and use oxygen from the air, significantly enhancing energy density.

Innovative Battery Design

A team led by Dr. Aniruddha Kundu, a DST Inspire Faculty Fellow from CSIR-CMERI, Durgapur, has made significant strides in this area. They have developed a unique cathode material by integrating cobalt-iron (CoFe) alloy and iron carbide (Fe3C) nanoparticles into nitrogen-doped carbon sheets. This material, known for its excellent electrical conductivity and catalytic properties, forms a hybrid structure that enhances the battery’s durability and performance.

How It Works

The new Zn-air battery uses a combination of a CoFe/Fe3C alloy/carbide hybrid structure as the air-electrode and zinc foil as the anode. The battery employs a 6 M KOH electrolyte in its liquid form. For solid-state applications, a transparent, flexible, and stable gel electrolyte made from PVA-CMC (polyvinyl alcohol-carboxymethyl cellulose) is used. This gel is soaked in a concentrated KOH and zinc acetate solution before assembly.

Performance and Applications

The innovative battery demonstrates remarkable efficacy in both liquid and solid-state forms, even under sub-zero temperatures. The research, published in the journal *Advanced Functional Materials*, highlights the potential of this technology for practical electrochemical applications. The battery’s portable, flexible, and lightweight design makes it an ideal choice for various users, including everyday consumers and military personnel operating in harsh environments.

Future Implications

This advanced battery technology represents a significant step towards sustainable and resilient energy solutions. By enabling reliable energy storage in extreme climates and remote locations, it paves the way for greater energy independence and security. This development holds promise not only for individual consumers but also for critical applications in defense and remote operations.

The researchers’ work opens up new possibilities for practical energy solutions, making durable and efficient batteries accessible to a wider range of users and settings.