पर्यावरणपूरक झिंक-आयन बॅटरी तंत्रज्ञानाला संशोधनातून नवी दिशा

नवी दिल्‍ली – बेंगळुरू येथील वैज्ञानिकांनी पुढील पिढीच्या पर्यावरणपूरक बॅटऱ्यांना गती देऊ शकणारा एक मोठा शोध लावला आहे. सध्या लोकप्रिय असलेल्या लिथियम बॅटऱ्यांच्या पुढे जात संशोधकांनी झिंक बॅटऱ्यांसाठी योग्य असा कॅथोड पदार्थ विकसित केला आहे, जो अधिक पर्यावरणस्नेही आहे. त्यामुळे बॅटरीच्या ऊर्जा घनतेत आणि स्थैर्यात मोठी वाढ होऊ शकते तसेच त्या अधिक कार्यक्षम बनू शकतात.

गेल्या काही दशकांमध्ये ऊर्जा साठवणुकीतील महत्त्वाच्या प्रगती लिथियम बॅटऱ्यांभोवती केंद्रित राहिल्या आहेत, कारण त्यांची कार्यक्षमता आणि ऊर्जा घनता उच्च असते. मात्र, या बॅटऱ्या वापरात असतांना काही पर्यावरणीय आणि सुरक्षेशी संबंधित धोके निर्माण करतात. त्यामुळे झिंक-आयन आधारित नवी बॅटरी प्रणाली औद्योगिक आणि संशोधन क्षेत्रात लोकप्रिय होत आहेत. या बॅटऱ्या उच्च ऊर्जा साठवण क्षमता, सुरक्षितता आणि पर्यावरणपूरक गुणधर्मांसाठी ओळखल्या जात आहेत.

जगभरातील संशोधक झिंक-आयोन इलेक्ट्रोलाइट प्रणालींसाठी योग्य आणि टिकाऊ कॅथोड पदार्थ विकसित करण्यावर काम करत आहेत. अनेक ऑक्साइड पदार्थांची चाचणी घेतली गेली असली तरी, या प्रणालींमध्ये आवश्यक कार्यक्षमता साधण्यात ते फारसे यशस्वी ठरले नाहीत. या समस्येवर उपाय म्हणून, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाच्या अधिपत्याखालील ‘सेन्टर फॉर नॅनो अँड सॉफ्ट मॅटर सायन्सेस’ या स्वायत्त संस्थेतील डॉ. आशीष कुमार सिंह यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधन टीमने एक सोपी आणि नवीन पद्धत विकसित केली आहे. या पद्धतीत त्यांनी कॅथोड पदार्थाची थर्मो-इलेक्ट्रोकेमिकल ट्रिटमेंट करून त्याची रचना सुधारली आहे. त्यामुळे बॅटरींच्या ऊर्जा साठवण कार्यक्षमतेत उल्लेखनीय वाढ होऊ शकते.

या नवकल्पनेचा मुख्य भाग म्हणजे सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या व्हॅनेडियम ऑक्साइड या पदार्थाचे सक्रियकरण होय. उष्णता आणि विद्युत प्रवाहाच्या विशिष्ट संयोजनाने या पदार्थाच्या रचनेत सूक्ष्म बदल केले गेले. त्यात हेतुपुरस्सर सुक्ष्म त्रुटी किंवा दोष निर्माण केले गेले. यामुळे हा पदार्थ अधिक छिद्रयुक्त आणि सच्छिद्र झाला. यामुळे गुळगुळीत भिंतीचे रूपांतरण स्पंजासारख्या भिंतीत केले गेले आहे. या नव्या रचनेला “झिंक-व्हॅनेडियम ऑक्साइड” असे नाव दिले आहे. या संरचनेतील सूक्ष्म पोकळ जागांमुळे ऊर्जा अधिक कार्यक्षमतेने साठवता व मुक्त करता येते. तसेच झिंक-व्हॅनेडियम ऑक्साइड ही रचना बॅटरीतील इलेक्ट्रोलाइटमधील हायड्रोजन आयनशी परस्परसंवाद साधते, ज्यामुळे तिचे संरचनात्मक स्थैर्य वाढते आणि झिंक आयनच्या गतीसाठी लागणारा अडथळा कमी होतो. त्यामुळे चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रिया अधिक सुलभ आणि कार्यक्षम होते.

या सक्रिय केलेल्या पदार्थामुळे झिंक-आयोन बॅटऱ्यांना अत्यंत उच्च ऊर्जा घनता आणि अपवादात्मक टिकाऊपणा मिळतो. त्या अधिक ऊर्जा साठवू शकतात आणि हजारो वेळा रिचार्ज करूनही त्यांची कार्यक्षमता कमी होत नाही. डॉ. आशीष कुमार सिंह आणि त्यांच्या टीमचे हे संशोधन अलीकडेच अॅडव्हान्स्ड एनर्जी मटेरियल्स या प्रतिष्ठित जर्नलमध्ये प्रकाशित झाले असून झिंक-आयोन बॅटरी संशोधनातील अनेक वर्षांचा अडथळा दूर करण्यात त्यांनी यश मिळवले आहे.