ग्राफीन और बैटरी
ग्रैफेन, कार्बन परमाणुओं की एक शीट जो एक छत्ते के जाली पैटर्न में एक साथ बंधी होती है, को आश्चर्यजनक गुणों के असंख्य होने के कारण "आश्चर्यजनक सामग्री" के रूप में पहचाना जाता है। यह विद्युत और तापीय ऊर्जा का एक शक्तिशाली संवाहक है, अत्यधिक हल्के रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, और एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ लचीला है। इसे कई अनुप्रयोगों के लिए असीमित संभावनाओं के साथ पर्यावरण के अनुकूल और टिकाऊ भी माना जाता है।
ग्राफीन बैटरी के फायदे
बैटरियों के क्षेत्र में, पारंपरिक बैटरी इलेक्ट्रोड सामग्री (और संभावित वाले) को ग्राफीन के साथ बढ़ाने पर काफी सुधार होता है। एक ग्राफीन बैटरी हल्की, टिकाऊ और उच्च क्षमता वाले ऊर्जा भंडारण के लिए उपयुक्त हो सकती है, साथ ही चार्जिंग समय को छोटा कर सकती है। यह बैटरी के जीवन का विस्तार करेगा, जो सामग्री पर लेपित कार्बन की मात्रा से नकारात्मक रूप से जुड़ा हुआ है या चालकता प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोड में जोड़ा जाता है, और ग्रैफेन पारंपरिक बैटरी में उपयोग किए जाने वाले कार्बन की मात्रा की आवश्यकता के बिना चालकता जोड़ता है।
ग्राफीन विभिन्न तरीकों से ऊर्जा घनत्व और रूप जैसी बैटरी विशेषताओं में सुधार कर सकता है। ली-आयन बैटरी (और अन्य प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी) को बैटरी के एनोड में ग्रैफीन पेश करके और सामग्री की चालकता और बड़े सतह क्षेत्र के लक्षणों पर पूंजीकरण करके रूपात्मक अनुकूलन और प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।
यह भी पता चला है कि बैटरी बढ़ाने के लिए हाइब्रिड सामग्री बनाना भी उपयोगी हो सकता है। वैनेडियम ऑक्साइड का एक संकर (VO .)2) और ग्राफीन, उदाहरण के लिए, ली-आयन कैथोड पर इस्तेमाल किया जा सकता है और त्वरित चार्ज और डिस्चार्ज के साथ-साथ बड़े चार्ज चक्र स्थायित्व प्रदान करता है। इस मामले में, वीओ2 उच्च ऊर्जा क्षमता प्रदान करता है लेकिन खराब विद्युत चालकता, जिसे एक संरचनात्मक "रीढ़ की हड्डी" के रूप में ग्रैफेन का उपयोग करके हल किया जा सकता है जिस पर वीओ संलग्न करना है2 - एक हाइब्रिड सामग्री बनाना जिसमें बढ़ी हुई क्षमता और उत्कृष्ट चालकता दोनों हों।
एक अन्य उदाहरण एलएफपी (लिथियम आयरन फॉस्फेट) बैटरी है, जो एक प्रकार की रिचार्जेबल ली-आयन बैटरी है। इसमें अन्य ली-आयन बैटरियों की तुलना में कम ऊर्जा घनत्व होता है, लेकिन उच्च शक्ति घनत्व (उस दर का एक संकेतक जिस पर बैटरी द्वारा ऊर्जा की आपूर्ति की जा सकती है)। ग्राफीन के साथ एलएफपी कैथोड को बढ़ाने से बैटरी हल्की होती है, ली-आयन बैटरी की तुलना में बहुत तेजी से चार्ज होती है और पारंपरिक एलएफपी बैटरी की तुलना में अधिक क्षमता होती है।
बैटरी बाजार में क्रांति लाने के अलावा, ग्राफीन बैटरी और ग्राफीन का संयुक्त उपयोग सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रिक कार की ड्राइविंग रेंज और दक्षता में सुधार की विख्यात अवधारणा जैसे आश्चर्यजनक परिणाम प्राप्त कर सकते हैं। जबकि ग्रैफेन बैटरी अभी तक व्यापक व्यावसायीकरण तक नहीं पहुंच पाई है, दुनिया भर में बैटरी की सफलता की सूचना दी जा रही है।
बैटरी मूल बातें
बैटरियां बिजली के एक मोबाइल स्रोत के रूप में काम करती हैं, जिससे बिजली से चलने वाले उपकरणों को सीधे एक आउटलेट में प्लग किए बिना काम करने की अनुमति मिलती है। जबकि कई प्रकार की बैटरियां मौजूद हैं, मूल अवधारणा जिसके द्वारा वे कार्य करती हैं, समान रहती हैं: एक या अधिक विद्युत रासायनिक कोशिकाएं संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं। एक बैटरी आमतौर पर धातु या प्लास्टिक के आवरण से बनी होती है, जिसमें एक सकारात्मक टर्मिनल (एक एनोड), एक नकारात्मक टर्मिनल (एक कैथोड) और इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं जो आयनों को उनके बीच स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। एक विभाजक (एक पारगम्य बहुलक झिल्ली) विद्युत शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए एनोड और कैथोड के बीच एक अवरोध बनाता है, जबकि आयनिक चार्ज वाहक के परिवहन की अनुमति देता है जो वर्तमान के पारित होने के दौरान सर्किट को बंद करने के लिए आवश्यक होते हैं। अंत में, कनेक्टेड डिवाइस के माध्यम से बैटरी के बाहर चार्ज करने के लिए एक कलेक्टर का उपयोग किया जाता है।
जब दो टर्मिनलों के बीच सर्किट पूरा हो जाता है, तो बैटरी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से बिजली पैदा करती है। एनोड एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया का अनुभव करता है जिसमें इलेक्ट्रोलाइट से दो या दो से अधिक आयन एनोड के साथ मिलकर एक यौगिक उत्पन्न करते हैं, इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करते हैं। उसी समय, कैथोड एक कमी प्रतिक्रिया से गुजरता है जिसमें कैथोड पदार्थ, आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन यौगिकों में संयोजित होते हैं। सीधे शब्दों में कहें, एनोड प्रतिक्रिया इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करती है जबकि कैथोड में प्रतिक्रिया उन्हें अवशोषित करती है और उस प्रक्रिया से बिजली का उत्पादन होता है। बैटरी तब तक बिजली का उत्पादन जारी रखेगी जब तक कि प्रतिक्रियाओं के निर्माण के लिए आवश्यक पदार्थ इलेक्ट्रोड से बाहर नहीं निकल जाते।
बैटरी के प्रकार और विशेषताएं
बैटरियों को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है: प्राथमिक और द्वितीयक। प्राथमिक बैटरी (डिस्पोजेबल), एक बार उपयोग की जाती हैं और बेकार हो जाती हैं क्योंकि चार्जिंग के दौरान उनमें इलेक्ट्रोड सामग्री अपरिवर्तनीय रूप से बदल जाती है। सामान्य उदाहरण जिंक-कार्बन बैटरी के साथ-साथ खिलौनों, फ्लैशलाइट्स और पोर्टेबल उपकरणों की भीड़ में उपयोग की जाने वाली क्षारीय बैटरी हैं। माध्यमिक बैटरी (रिचार्जेबल), को कई बार डिस्चार्ज और रिचार्ज किया जा सकता है क्योंकि इलेक्ट्रोड की मूल संरचना कार्यक्षमता हासिल करने में सक्षम है। उदाहरणों में वाहनों में उपयोग की जाने वाली लेड-एसिड बैटरी और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरी शामिल हैं।
अनगिनत विभिन्न प्रयोजनों के लिए बैटरियां विभिन्न आकारों और आकारों में आती हैं। विभिन्न प्रकार की बैटरी विभिन्न फायदे और नुकसान प्रदर्शित करती हैं। निकेल-कैडमियम (एनआईसीडी) बैटरी ऊर्जा घनत्व में अपेक्षाकृत कम होती हैं और उनका उपयोग किया जाता है जहां लंबे जीवन, उच्च निर्वहन दर और किफायती मूल्य महत्वपूर्ण होते हैं। वे अन्य उपयोगों के बीच वीडियो कैमरों और बिजली उपकरणों में पाए जा सकते हैं। NiCd बैटरियों में जहरीली धातुएँ होती हैं और ये पर्यावरण के अनुकूल नहीं होती हैं। निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी में NiCd वाले की तुलना में अधिक ऊर्जा घनत्व होता है, लेकिन यह एक छोटा चक्र-जीवन भी होता है। एप्लिकेशन में मोबाइल फोन और लैपटॉप शामिल हैं। लेड-एसिड बैटरियां भारी होती हैं और बड़े बिजली अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जहां वजन सार का नहीं बल्कि आर्थिक मूल्य होता है। वे अस्पताल के उपकरण और आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था जैसे उपयोगों में प्रचलित हैं।
लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियों का उपयोग किया जाता है जहां उच्च-ऊर्जा और न्यूनतम वजन महत्वपूर्ण होते हैं, लेकिन तकनीक नाजुक होती है और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक सुरक्षा सर्किट की आवश्यकता होती है। अनुप्रयोगों में सेल फोन और विभिन्न प्रकार के कंप्यूटर शामिल हैं। लिथियम आयन पॉलीमर (ली-आयन पॉलीमर) बैटरियां ज्यादातर मोबाइल फोन में पाई जाती हैं। वे हल्के हैं और ली-आयन बैटरी की तुलना में एक स्लिमर रूप का आनंद लेते हैं। वे आमतौर पर सुरक्षित भी होते हैं और उनका जीवन लंबा होता है। हालांकि, वे कम प्रचलित प्रतीत होते हैं क्योंकि ली-आयन बैटरी निर्माण के लिए सस्ती हैं और उच्च ऊर्जा घनत्व है।
बैटरी और सुपरकैपेसिटर
जबकि कुछ प्रकार की बैटरियां हैं जो बड़ी मात्रा में ऊर्जा को स्टोर करने में सक्षम हैं, वे बहुत बड़ी, भारी हैं और धीरे-धीरे ऊर्जा छोड़ती हैं। दूसरी ओर, कैपेसिटर जल्दी चार्ज और डिस्चार्ज करने में सक्षम होते हैं लेकिन बैटरी की तुलना में बहुत कम ऊर्जा धारण करते हैं। इस क्षेत्र में ग्राफीन का उपयोग, हालांकि, उच्च चार्ज और डिस्चार्ज दरों और यहां तक कि किफायती सामर्थ्य के साथ ऊर्जा भंडारण के लिए रोमांचक नई संभावनाएं प्रस्तुत करता है। ग्राफीन-सुधारित प्रदर्शन इस प्रकार . के बीच अंतर की पारंपरिक रेखा को धुंधला करता है सुपरकैपेसिटर और बैटरी।
ग्रैफेन बैटरी बैटरी और सुपरकेपसिटर दोनों के फायदों को जोड़ती है
ग्रैफेन-एन्हांस्ड बैटरी लगभग यहां हैं
ग्रैफेन आधारित बैटरी में रोमांचक क्षमता है और हालांकि वे अभी तक पूरी तरह से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं, आर एंड डी गहन है और उम्मीद है कि भविष्य में परिणाम मिलेंगे। दुनिया भर की कंपनियां (सैमसंग, हुआवेई और अन्य सहित) विभिन्न प्रकार की ग्रैफेन-वर्धित बैटरी विकसित कर रही हैं, जिनमें से कुछ अब बाजार में प्रवेश कर रही हैं। मुख्य अनुप्रयोग इलेक्ट्रिक वाहनों और मोबाइल उपकरणों में हैं।
कुछ बैटरी परिधीय तरीकों से ग्रैफेन का उपयोग करती हैं - बैटरी रसायन शास्त्र में नहीं। उदाहरण के लिए 2016 में हुआवेई ने एक नई ग्राफीन-वर्धित ली-आयन बैटरी का अनावरण किया जो उच्च तापमान (मौजूदा 60 डिग्री सीमा के विपरीत 50 डिग्री डिग्री) पर क्रियाशील रहने के लिए ग्रैफेन का उपयोग करता है और ऑपरेशन समय को दोगुना करता है। इस बैटरी में बेहतर गर्मी अपव्यय के लिए ग्रैफेन का उपयोग किया जाता है - यह बैटरी के ऑपरेटिंग तापमान को 5 डिग्री कम कर देता है।
स्रोत: ग्रैफेन बैटरी: परिचय और बाजार समाचार | ग्राफीन-जानकारी
