बैटरी बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) अपनाने की राह में सबसे बड़ी बाधाओं में से एक हैं। लेकिन क्या होगा अगर वे न केवल लंबे समय तक चल सकें, बल्कि खुद की मरम्मत भी कर सकें? यही दृष्टि शोधकर्ताओं जैसे जोहान्स ज़िग्लर और लिउ सुफु को प्रेरित कर रही है, जो इसे हकीकत बनाने के लिए काम कर रहे हैं।
यूरोप में ईवी की बिक्री बढ़ रही है, फरवरी में 2024 के इसी महीने की तुलना में 20% की वृद्धि हुई है। ईवी हमारे परिवहन को विद्युतीकृत करने और ग्रह को नष्ट करने वाले कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए आवश्यक हैं, लेकिन उनकी यात्रा बिना चुनौतियों के नहीं है।
अधिकांश ईवी लिथियम-आयन बैटरी पर निर्भर करते हैं, जो हमारे फोन में मौजूद बैटरी के समान हैं, लेकिन बहुत बड़ी और अधिक जटिल हैं। एक ईवी बैटरी में दर्जनों किलोग्राम मूल्यवान धातुएँ - लिथियम, निकल और तांबा - होती हैं और इसे एक दशक से अधिक समय तक चलना चाहिए, जो एक ईवी की अपेक्षित जीवनकाल से मेल खाता है।
इस चुनौती से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम पीएचओईएनआईएक्स नामक एक यूरोपीय संघ-वित्तपोषित पहल के तहत एकत्र हुई है, जिसका उद्देश्य ऐसी बैटरी विकसित करना है जो खुद को ठीक कर सकें। उनका लक्ष्य बैटरी के जीवन को बढ़ाना, उन्हें सुरक्षित बनाना और नई बैटरी धातुओं की आवश्यकता को कम करना है।
ज़िग्लर ने कहा, “विचार बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और इसके कार्बन फुटप्रिंट को कम करना है क्योंकि एक ही बैटरी खुद की मरम्मत कर सकती है ताकि कुल मिलाकर कम संसाधनों की आवश्यकता हो।” ज़िग्लर जर्मनी में फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सिलिकेट रिसर्च आईएससी में एक सामग्री वैज्ञानिक हैं।
2023 में, यूरोपीय संघ ने 34 सामग्रियों को महत्वपूर्ण के रूप में पहचाना, जिसमें लिथियम, निकल, तांबा और कोबाल्ट जैसी बैटरी धातुएँ शामिल हैं।
PHOENIX परियोजना का नाम पौराणिक पक्षी के नाम पर रखा गया है जो अपनी राख से उठता है - शोधकर्ताओं को बैटरी तकनीक में पुनर्जन्म और नवीनीकरण प्राप्त करने की उम्मीद का एक उपयुक्त प्रतीक।
और दांव ऊँचे हैं। यूरोपीय संघ के कानून की आवश्यकता है 2035 से बेचे जाने वाले सभी नए कार और वैन शून्य उत्सर्जन उत्पन्न करने के लिए। इसका उद्देश्य परिवहन क्षेत्र से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को काफी कम करना है।
ऐसा होने के लिए, इलेक्ट्रिक कारों को बेहतर बैटरी की आवश्यकता होगी।
स्मार्टफोन का मालिक कोई भी व्यक्ति बैटरी से होने वाली निराशा को जानता है: कुछ वर्षों के बाद, उनका जीवनकाल घट जाता है। यही समस्या ईवी को भी सताती है, बस बड़े पैमाने पर।
ऐसा इसलिए होता है क्योंकि समय के साथ बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज होने पर बैटरी के कुछ हिस्से खराब हो जाते हैं।
बेल्जियम, जर्मनी, इटली, स्पेन और स्विट्जरलैंड के वैज्ञानिक ऐसे सेंसर डिजाइन करने के लिए सहयोग कर रहे हैं जो लिथियम-आयन बैटरी में उम्र बढ़ने के साथ होने वाले परिवर्तनों का पता लगाते हैं, और आवश्यकता पड़ने पर बैटरी की स्वयं-उपचार को ट्रिगर करते हैं।
इसका उद्देश्य बैटरी के जीवनकाल को दोगुना करना और, विस्तार से, ईवी के जीवन को दोगुना करना है।
“विचार बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और इसके कार्बन फुटप्रिंट को कम करना है क्योंकि एक ही बैटरी खुद की मरम्मत कर सकती है ताकि कुल मिलाकर कम संसाधनों की आवश्यकता हो।
आज, बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) - एक बैटरी का दिमाग - यह सुनिश्चित करने के लिए एक बैटरी के वोल्टेज और तापमान की निगरानी करता है कि वह ज़्यादा गरम न हो और सुरक्षा संबंधी समस्याएँ पैदा न करे।
स्विट्जरलैंड के सेंटर फॉर इलेक्ट्रॉनिक्स एंड माइक्रोटेक्नोलॉजी (सीएसईएम) में एक इंजीनियर, जो विघटनकारी तकनीकों का विकास करता है, ने कहा, “वर्तमान में, जो महसूस किया जाता है वह सामान्य तापमान, वोल्टेज और करंट में बहुत सीमित है। शेष ऊर्जा की उपलब्धता का अनुमान प्रदान करने के अलावा, यह सुरक्षा सुनिश्चित करता है।” स्टॉफर बीएमएस अनुसंधान का नेतृत्व करते हैं।
PHOENIX टीम उन्नत सेंसर और ट्रिगर पेश करके आगे बढ़ने का लक्ष्य रखती है। उनमें से कुछ यह पता लगाएंगे कि बैटरी कब फैलती है, अन्य हीट मैप उत्पन्न करेंगे, और कुछ हाइड्रोजन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसी खतरनाक गैसों पर नज़र रखेंगे।
ये सभी सेंसर बैटरी स्वास्थ्य के लिए एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली प्रदान करेंगे।
जब बैटरी का दिमाग मरम्मत की आवश्यकता का निर्णय लेता है, तो उपचार सक्रिय हो जाता है। इसका मतलब हो सकता है कि बैटरी को वापस आकार में निचोड़ा जाए, उदाहरण के लिए, या अंदर स्वयं-मरम्मत तंत्र को ट्रिगर करने के लिए लक्षित गर्मी लागू की जाए।
सुफु ने कहा, “विचार यह है कि थर्मल उपचार के तहत, कुछ अद्वितीय रासायनिक बंधन वापस उछलेंगे।” सुफु सीएसईएम में एक बैटरी रसायनज्ञ हैं जो पीएचओईएनआईएक्स पर भी काम करते हैं।
एक अन्य स्वयं-उपचार दृष्टिकोण डेंड्राइट्स - चार्जिंग के दौरान बैटरी इलेक्ट्रोड पर बनने वाली शाखित धातु संरचनाओं - को तोड़ने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करता है, जो शॉर्ट सर्किट और विफलता का कारण बन सकते हैं।
PHOENIX शोधकर्ता ईवी की रेंज बढ़ाने और बैटरी के आकार को कम करने का भी लक्ष्य रखते हैं।
सुफु ने कहा, “हम उच्च ऊर्जा घनत्व वाली अगली पीढ़ी की बैटरी विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं।” इसका मतलब है कि एक ईवी को एक छोटी बैटरी की आवश्यकता होगी, जो इसे हल्का बना देगी और इसे एक बार चार्ज करने पर अधिक दूरी तक चलने की अनुमति देगा।
एक रणनीति पेंसिल में इस्तेमाल होने वाली सामग्री ग्रेफाइट को सिलिकॉन से बदलना है, जो धातुओं और गैर-धातुओं के बीच कहीं स्थित है।
सुफु ने कहा कि यह आज की व्यावसायिक बैटरियों में व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया है, आंशिक रूप से इसलिए कि सिलिकॉन कम स्थिर है और इसका आयतन चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान 300% तक बढ़ सकता है। अंदर सिलिकॉन के साथ, एक बैटरी को इन भारी परिवर्तनों से बचने या खुद की मरम्मत करने में सक्षम होना होगा।
“हम उच्च ऊर्जा घनत्व वाली अगली पीढ़ी की बैटरी विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं।
मार्च 2025 में, सेंसर प्रोटोटाइप और ट्रिगर का एक नया बैच विकसित किया गया और बैटरी पाउच कोशिकाओं - लचीली, हल्की और सपाट लिथियम-आयन बैटरियों पर परीक्षण के लिए भागीदारों को भेजा गया।
हालांकि, बैटरी को सेंसर से लोड करना इसके स्वास्थ्य की स्थिति पर जानकारी प्रदान करने के लिए बहुत अच्छा है, लेकिन यह लागत में भी वृद्धि करता है। इसलिए टीम इस बात पर ध्यान केंद्रित कर रही है कि कौन सी तकनीकें ईवी की लागत को उचित ठहराने के लिए पर्याप्त लाभ प्रदान करती हैं।
जो भी दृष्टिकोण प्रबल होगा, वह भविष्य के ईवी को लंबे समय तक चलने और अधिक दूरी तक चलने में सक्षम करेगा, जिसमें सुरक्षित, अधिक कॉम्पैक्ट और कम संसाधन-गहन बैटरी होंगी।
बैटरी के जीवन को बढ़ाने से ईवी का कार्बन फुटप्रिंट भी कम होगा, जो उपभोक्ताओं और पर्यावरण दोनों के लिए एक जीत-जीत की स्थिति प्रदान करता है।
ज़िग्लर ने कहा, “बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और ईवी पर काम करना रोमांचक है।” “यह सब भागों को एक साथ लाने के बारे में है।”
बैटरी बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) अपनाने की राह में सबसे बड़ी बाधाओं में से एक हैं। लेकिन क्या होगा अगर वे न केवल लंबे समय तक चल सकें, बल्कि खुद की मरम्मत भी कर सकें? यही दृष्टि शोधकर्ताओं जैसे जोहान्स ज़िग्लर और लिउ सुफु को प्रेरित कर रही है, जो इसे हकीकत बनाने के लिए काम कर रहे हैं।
यूरोप में ईवी की बिक्री बढ़ रही है, फरवरी में 2024 के इसी महीने की तुलना में 20% की वृद्धि हुई है। ईवी हमारे परिवहन को विद्युतीकृत करने और ग्रह को नष्ट करने वाले कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए आवश्यक हैं, लेकिन उनकी यात्रा बिना चुनौतियों के नहीं है।
अधिकांश ईवी लिथियम-आयन बैटरी पर निर्भर करते हैं, जो हमारे फोन में मौजूद बैटरी के समान हैं, लेकिन बहुत बड़ी और अधिक जटिल हैं। एक ईवी बैटरी में दर्जनों किलोग्राम मूल्यवान धातुएँ - लिथियम, निकल और तांबा - होती हैं और इसे एक दशक से अधिक समय तक चलना चाहिए, जो एक ईवी की अपेक्षित जीवनकाल से मेल खाता है।
इस चुनौती से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम पीएचओईएनआईएक्स नामक एक यूरोपीय संघ-वित्तपोषित पहल के तहत एकत्र हुई है, जिसका उद्देश्य ऐसी बैटरी विकसित करना है जो खुद को ठीक कर सकें। उनका लक्ष्य बैटरी के जीवन को बढ़ाना, उन्हें सुरक्षित बनाना और नई बैटरी धातुओं की आवश्यकता को कम करना है।
ज़िग्लर ने कहा, “विचार बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और इसके कार्बन फुटप्रिंट को कम करना है क्योंकि एक ही बैटरी खुद की मरम्मत कर सकती है ताकि कुल मिलाकर कम संसाधनों की आवश्यकता हो।” ज़िग्लर जर्मनी में फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सिलिकेट रिसर्च आईएससी में एक सामग्री वैज्ञानिक हैं।
2023 में, यूरोपीय संघ ने 34 सामग्रियों को महत्वपूर्ण के रूप में पहचाना, जिसमें लिथियम, निकल, तांबा और कोबाल्ट जैसी बैटरी धातुएँ शामिल हैं।
PHOENIX परियोजना का नाम पौराणिक पक्षी के नाम पर रखा गया है जो अपनी राख से उठता है - शोधकर्ताओं को बैटरी तकनीक में पुनर्जन्म और नवीनीकरण प्राप्त करने की उम्मीद का एक उपयुक्त प्रतीक।
और दांव ऊँचे हैं। यूरोपीय संघ के कानून की आवश्यकता है 2035 से बेचे जाने वाले सभी नए कार और वैन शून्य उत्सर्जन उत्पन्न करने के लिए। इसका उद्देश्य परिवहन क्षेत्र से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को काफी कम करना है।
ऐसा होने के लिए, इलेक्ट्रिक कारों को बेहतर बैटरी की आवश्यकता होगी।
स्मार्टफोन का मालिक कोई भी व्यक्ति बैटरी से होने वाली निराशा को जानता है: कुछ वर्षों के बाद, उनका जीवनकाल घट जाता है। यही समस्या ईवी को भी सताती है, बस बड़े पैमाने पर।
ऐसा इसलिए होता है क्योंकि समय के साथ बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज होने पर बैटरी के कुछ हिस्से खराब हो जाते हैं।
बेल्जियम, जर्मनी, इटली, स्पेन और स्विट्जरलैंड के वैज्ञानिक ऐसे सेंसर डिजाइन करने के लिए सहयोग कर रहे हैं जो लिथियम-आयन बैटरी में उम्र बढ़ने के साथ होने वाले परिवर्तनों का पता लगाते हैं, और आवश्यकता पड़ने पर बैटरी की स्वयं-उपचार को ट्रिगर करते हैं।
इसका उद्देश्य बैटरी के जीवनकाल को दोगुना करना और, विस्तार से, ईवी के जीवन को दोगुना करना है।
“विचार बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और इसके कार्बन फुटप्रिंट को कम करना है क्योंकि एक ही बैटरी खुद की मरम्मत कर सकती है ताकि कुल मिलाकर कम संसाधनों की आवश्यकता हो।
आज, बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) - एक बैटरी का दिमाग - यह सुनिश्चित करने के लिए एक बैटरी के वोल्टेज और तापमान की निगरानी करता है कि वह ज़्यादा गरम न हो और सुरक्षा संबंधी समस्याएँ पैदा न करे।
स्विट्जरलैंड के सेंटर फॉर इलेक्ट्रॉनिक्स एंड माइक्रोटेक्नोलॉजी (सीएसईएम) में एक इंजीनियर, जो विघटनकारी तकनीकों का विकास करता है, ने कहा, “वर्तमान में, जो महसूस किया जाता है वह सामान्य तापमान, वोल्टेज और करंट में बहुत सीमित है। शेष ऊर्जा की उपलब्धता का अनुमान प्रदान करने के अलावा, यह सुरक्षा सुनिश्चित करता है।” स्टॉफर बीएमएस अनुसंधान का नेतृत्व करते हैं।
PHOENIX टीम उन्नत सेंसर और ट्रिगर पेश करके आगे बढ़ने का लक्ष्य रखती है। उनमें से कुछ यह पता लगाएंगे कि बैटरी कब फैलती है, अन्य हीट मैप उत्पन्न करेंगे, और कुछ हाइड्रोजन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसी खतरनाक गैसों पर नज़र रखेंगे।
ये सभी सेंसर बैटरी स्वास्थ्य के लिए एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली प्रदान करेंगे।
जब बैटरी का दिमाग मरम्मत की आवश्यकता का निर्णय लेता है, तो उपचार सक्रिय हो जाता है। इसका मतलब हो सकता है कि बैटरी को वापस आकार में निचोड़ा जाए, उदाहरण के लिए, या अंदर स्वयं-मरम्मत तंत्र को ट्रिगर करने के लिए लक्षित गर्मी लागू की जाए।
सुफु ने कहा, “विचार यह है कि थर्मल उपचार के तहत, कुछ अद्वितीय रासायनिक बंधन वापस उछलेंगे।” सुफु सीएसईएम में एक बैटरी रसायनज्ञ हैं जो पीएचओईएनआईएक्स पर भी काम करते हैं।
एक अन्य स्वयं-उपचार दृष्टिकोण डेंड्राइट्स - चार्जिंग के दौरान बैटरी इलेक्ट्रोड पर बनने वाली शाखित धातु संरचनाओं - को तोड़ने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करता है, जो शॉर्ट सर्किट और विफलता का कारण बन सकते हैं।
PHOENIX शोधकर्ता ईवी की रेंज बढ़ाने और बैटरी के आकार को कम करने का भी लक्ष्य रखते हैं।
सुफु ने कहा, “हम उच्च ऊर्जा घनत्व वाली अगली पीढ़ी की बैटरी विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं।” इसका मतलब है कि एक ईवी को एक छोटी बैटरी की आवश्यकता होगी, जो इसे हल्का बना देगी और इसे एक बार चार्ज करने पर अधिक दूरी तक चलने की अनुमति देगा।
एक रणनीति पेंसिल में इस्तेमाल होने वाली सामग्री ग्रेफाइट को सिलिकॉन से बदलना है, जो धातुओं और गैर-धातुओं के बीच कहीं स्थित है।
सुफु ने कहा कि यह आज की व्यावसायिक बैटरियों में व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया है, आंशिक रूप से इसलिए कि सिलिकॉन कम स्थिर है और इसका आयतन चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान 300% तक बढ़ सकता है। अंदर सिलिकॉन के साथ, एक बैटरी को इन भारी परिवर्तनों से बचने या खुद की मरम्मत करने में सक्षम होना होगा।
“हम उच्च ऊर्जा घनत्व वाली अगली पीढ़ी की बैटरी विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं।
मार्च 2025 में, सेंसर प्रोटोटाइप और ट्रिगर का एक नया बैच विकसित किया गया और बैटरी पाउच कोशिकाओं - लचीली, हल्की और सपाट लिथियम-आयन बैटरियों पर परीक्षण के लिए भागीदारों को भेजा गया।
हालांकि, बैटरी को सेंसर से लोड करना इसके स्वास्थ्य की स्थिति पर जानकारी प्रदान करने के लिए बहुत अच्छा है, लेकिन यह लागत में भी वृद्धि करता है। इसलिए टीम इस बात पर ध्यान केंद्रित कर रही है कि कौन सी तकनीकें ईवी की लागत को उचित ठहराने के लिए पर्याप्त लाभ प्रदान करती हैं।
जो भी दृष्टिकोण प्रबल होगा, वह भविष्य के ईवी को लंबे समय तक चलने और अधिक दूरी तक चलने में सक्षम करेगा, जिसमें सुरक्षित, अधिक कॉम्पैक्ट और कम संसाधन-गहन बैटरी होंगी।
बैटरी के जीवन को बढ़ाने से ईवी का कार्बन फुटप्रिंट भी कम होगा, जो उपभोक्ताओं और पर्यावरण दोनों के लिए एक जीत-जीत की स्थिति प्रदान करता है।
ज़िग्लर ने कहा, “बैटरी के जीवनकाल को बढ़ाना और ईवी पर काम करना रोमांचक है।” “यह सब भागों को एक साथ लाने के बारे में है।”