क्या ठंडे जलवायु वाले ईवी वाहन विकल्प बन सकते हैं?

ईवी अपनाने की दर में ठंडक

इलेक्ट्रिफिकेशन एक ऐसा रुझान है जो पूरी दुनिया में फैल रहा है। यह ईवी, हीटिंग और औद्योगिक प्रक्रियाओं दोनों पर लागू होता है। हालांकि, अभी तक सब कुछ पूर्ण नहीं है, क्योंकि पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों का प्रदर्शन ठंडे तापमान में गंभीर रूप से गिर जाता है। इसलिए, जबकि यह कैलिफ़ोर्निया या चीन जैसे ईवी अपनाने के दो प्रमुख क्षेत्रों में वास्तव में समस्या नहीं है, यह उत्तरी अक्षांशों में एक गंभीर मुद्दा बन सकता है।

इन सीमाओं के बावजूद, हम देखते हैं कि नॉर्वे (72% ईवी और 14% हाइब्रिड) जैसे देशों में ईवी अपनाने की दर बहुत अधिक है, जो दर्शाता है कि जनसंख्या ईवी में स्विच करने के लिए बहुत तैयार है।

स्रोत: Roland Berger

फिर भी, नॉर्वे के पड़ोसियों का मामला यह संकेत दे सकता है कि नॉर्वे जैसी विशाल सब्सिडी के बिना, इस क्षेत्र में अपनाना 50% से नीचे स्थिर हो सकता है।

यदि बैटरी सिस्टम ठंड में प्रदर्शन में सुधार करते हैं, तो यह क्षेत्र और अन्य समान देशों में बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों (BEV) का 100% लक्ष्य हासिल करने वाले पहले देशों में से एक बन सकता है।

अब तक, कम तापमान में प्रदर्शन सुधार की मुख्य आशा सोडियम-आयन बैटरियों पर आधारित थी, विशेष रूप से चीनी कंपनी CATL द्वारा किए गए ठोस प्रगति के साथ (संबंधित रिपोर्ट के लिए लिंक देखें)। लेकिन एक नया अवधारणा लिथियम-आयन बैटरियों के लिए ठंडे परिस्थितियों के अनुरूप विशेष रूप से अनुकूलित मार्ग खोल सकती है।

यह शोध चीन के डोंघुआ विश्वविद्यालय, फुदान विश्वविद्यालय, किंगडाओ विश्वविद्यालय और इनर मंगोलिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था। उन्होंने हाल ही में अपना परिणाम Angewandte Chemie में “Negative Thermal Expansion Behavior Enabling Good Electrochemical-Energy-Storage Performance at Low Temperatures” शीर्षक के तहत प्रकाशित किया।

ठंड में लिथियम-आयन बैटरियों की समस्याएँ

लिथियम-आयन बैटरियां आज उपलब्ध सबसे शक्तिशाली और ऊर्जा-घनी बैटरियों में से हैं, जो ईवी के लिए आवश्यक पैमाने पर उपलब्ध हैं। भविष्य में सॉलिड-स्टेट बैटरियों के साथ यह बदल सकता है। या शायद हनीकॉम्ब बैटरियों जैसी उन्नत लिथियम-आयन बैटरियां सॉलिड-स्टेट तकनीकों जितनी ही प्रभावी हो जाएँगी।

लेकिन दोनों मामलों में, ठंडे मौसम में प्रदर्शन की समस्या बनी रहती है। कारण यह है कि ठंडे मौसम, विशेष रूप से शून्य से नीचे के तापमान, इलेक्ट्रोड सामग्री के भीतर लिथियम आयनों के प्रसार को धीमा कर देता है। अभी तक इसे तकनीक की एक मौलिक सीमा माना गया है, जो लिथियम-आयन की ठंडे तापमान पर प्रतिक्रिया के भौतिक विज्ञान से उत्पन्न होती है।

ईवी में अब तक एकमात्र विकल्प यह रहा है कि बैटरी ऊर्जा का उपयोग करके इसे गर्म रखा जाए (जिससे शक्ति बर्बाद होती है) या इतना बड़ा बैटरी पैक स्थापित किया जाए कि रेंज हानि उपयोगकर्ता के लिए स्वीकार्य हो। कम से कम अभी तक।

निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन (NTE) इलेक्ट्रोड्स

शोधकर्ताओं द्वारा उपयोग किया गया मुख्य अवधारणा यह है कि इलेक्ट्रोड सामग्री में “निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन” (NTE) नामक विशेषता का उपयोग किया जाए। ये ऐसी सामग्री हैं जो ठंडे होने पर विस्तार करती हैं, जो अधिकांश सामग्री, विशेष रूप से धातुओं, के विपरीत दिशा में होती है।

दैनिक जीवन में एक उदाहरण पानी है, जो जमने पर विस्तार करता है, जिससे बर्फ तरल पानी से कम घनी हो जाती है।

परीक्षण लिथियम टाइटेनियम फॉस्फेट LiTi2(PO4)3 या “LTP” का उपयोग करके किए गए।

LTP

यह सामग्री एक क्रिस्टल संरचना से बनी है जो TiO6 ऑक्टाहेड्रा और PO4 टेट्राहेड्रा की 3D जाली बनाती है। यह एक खुली, लचीली संरचना बनाती है जिसमें “गुहाएँ” और “चैनल” दोनों होते हैं, जहाँ लिथियम आयन स्थित हो सकते हैं।

स्रोत: Angewandte Chemie

जब ठंडा किया जाता है, तो क्रिस्टलीय संरचना अपने एक क्रिस्टल अक्ष के साथ खिंचाव करती है। इससे ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच की दूरी बढ़ती है, जिससे जाली में गुहाएँ विस्तृत हो जाती हैं।

ठंडे क्रिस्टल में बड़ा स्थान लिथियम आयनों के संग्रह और परिवहन को आसान बनाता है।

मजबूत ठंडा प्रदर्शन

गुहाओं का बढ़ता आकार लिथियम आयनों की कम गतिशीलता को पूरी तरह नहीं हटाता, लेकिन यह काफी मदद करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि -10 °C पर लिथियम आयनों का प्रसार दर अभी भी 25 °C पर प्राप्त मान का 84 % था। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि ऐसी बैटरी कितनी कुशल और स्थिर होगी।

-10 °C पर कार्बन-कोटेड LTP पर किए गए इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षणों ने उच्च क्षमता और उच्च दर क्षमता के साथ अच्छा इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन दिखाया। बैटरी की टिकाऊपन भी उच्च थी, 1000 चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के बाद क्षमता प्रतिधारण में कोई महत्वपूर्ण गिरावट नहीं देखी गई (96.8 % क्षमता प्रतिधारण)।

भविष्य के अनुप्रयोग

इस नए प्रकार के इलेक्ट्रोड को कस्टम-निर्मित ठंडे जलवायु ईवी में संभावित उपयोग के लिए आगे जांच की आवश्यकता होगी।

यह संभवतः उन ईवी के लिए एक आवश्यकता बन जाएगा जिन्हें कड़े सर्दियों वाले क्षेत्रों, जैसे कनाडा, स्कैंडिनेविया, रूस, पहाड़ी क्षेत्रों आदि में काम करना होगा। कम से कम इसे मानक बनना चाहिए, न कि केवल समृद्ध ड्राइवरों के लिए एक वैकल्पिक द्वितीयक कार।

यह भी संभव है कि अन्य निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन इलेक्ट्रोड सामग्री मौजूद हों और वे बेहतर इलेक्ट्रोकेमिकल गुण प्रदर्शित करें। इसलिए सबसे अधिक संभावना है कि आदर्श ठंड-प्रतिरोधी इलेक्ट्रोड सामग्री खोजने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता होगी।

दीर्घकाल में, ऐसी तकनीक का अंतरिक्ष अन्वेषण में भी महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हो सकता है, जहाँ कक्षा, चंद्रमा या मंगल पर चलने वाले वाहन और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को अत्यधिक ठंडे वातावरण में भी मजबूत प्रदर्शन की आवश्यकता होगी।

उन्नत बैटरी प्रौद्योगिकियों में निवेश

बैटरियां इलेक्ट्रिफिकेशन रुझान के केंद्र में हैं, जो स्वयं एक बहु-ट्रिलियन-डॉलर का बड़ा प्रयास है, जिसका लक्ष्य हमारे ऊर्जा स्रोतों से जीवाश्म ईंधन को हटाना है।

आप कई ब्रोकर्स के माध्यम से बैटरी-संबंधी कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और आप यहाँ, securities.io पर, संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, यूनाइटेड किंगडम, और कई अन्य देशों में सर्वश्रेष्ठ ब्रोकर्स की हमारी सिफारिशें पा सकते हैं।

यदि आप विशिष्ट बैटरी कंपनियों को चुनने में रुचि नहीं रखते, तो आप बैटरी ETFs जैसे Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X का Lithium & Battery Tech ETF (LIT), या WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) देख सकते हैं, जो बैटरी उद्योग की बढ़ती मांग का लाभ उठाने के लिए अधिक विविधीकृत एक्सपोज़र प्रदान करेंगे।

CATL (300750.SZ)

जैसा कि चर्चा की गई, CATL उन्नत हनीकॉम्ब लिथियम-आयन बैटरियों और सोडियम-आयन डिज़ाइनों के साथ तकनीकी नेता है।

यह कंपनी वैश्विक बैटरी निर्माण में अग्रणी है, जो वैश्विक बैटरी मात्रा का आधे से अधिक उत्पादन करती है। यह बैटरी निर्माण आपूर्ति श्रृंखला के हर चरण में मौजूद है।

यह लिथियम-आयन बैटरियों के लिए भी सत्य है, जहाँ कंपनी लंबे समय से एक स्थापित नेता है। यह LFP (लिथियम-आयरन-फ़ॉस्फेट) बैटरी, हाल ही में घोषित उन्नत डिज़ाइन जो केवल 10 मिनट में 600 km रेंज जोड़ सकता है में भी मजबूत है। कुल मिलाकर ड्राइविंग रेंज 1,000 km (600 मील) से ऊपर हो सकती है, जिससे भविष्य के ईवी मालिकों की सभी “रेंज एंग्ज़ायटी” समाप्त हो जाएगी।

समानांतर रूप से, CATL ने पिछले समय में कई बैटरी प्रकारों पर प्रभावशाली प्रगति की घोषणा भी की है :

• उपयोगिता‑स्तर ऊर्जा भंडारण के लिए 12,000‑साइकल अल्ट्रा‑लॉन्ग‑लाइफ़ बैटरी, दीर्घकालिक लक्ष्य 18,000 साइकल
• 500 Wh/kg ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी, संभावित रूप से यात्री विमान के इलेक्ट्रिफिकेशन को सक्षम
• 160 Wh/kg सोडियम‑आयन बैटरियों का बड़े पैमाने पर उत्पादन, लक्ष्य 200 Wh/kg

स्रोत: CATL

CATL ने चीन में बैटरी रीसाइक्लिंग क्षमता में 3.25 अर्ब डॉलर निवेश किया। इसने विशेष रूप से निकेल, कोबाल्ट, मैंगनीज़ के लिए 99.6 % और लिथियम के लिए 91 % की उल्लेखनीय पुनर्प्राप्ति दर हासिल की है।

अपने पैमाने, फोकस और अनुसंधान एवं विकास उपलब्धियों के कारण, CATL बैटरी नवाचार, निर्माण और रीसाइक्लिंग के अग्रभाग में रहने की संभावना रखता है।

यह इसे टेस्ला, NIO, फोर्ड, स्टेलैंटिस आदि सहित ईवी निर्माताओं के लिए एक प्रमुख साझेदार बनाता है, ह्युंडई को हाल ही में CATL की बढ़ती रणनीतिक गठबंधन सूची में जोड़ा गया है।

इसके अलावा, एक रसायन विज्ञान में सीखी गई सीखें दूसरी में लागू हो सकती हैं। इसलिए इस लेख में चर्चा किया गया खोज आश्चर्यजनक संयोजनों की उत्पत्ति हो सकता है, उदाहरण के लिए, हम कुछ नई विचारों की कल्पना कर सकते हैं :

• हनीकॉम्ब संरचना के साथ निर्मित निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन इलेक्ट्रोड।
• सोडियम‑आयन प्रौद्योगिकी में निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन लागू करके अंतिम ठंड‑प्रतिरोधी बैटरी बनाना।
• CATL की अल्ट्रा‑स्थिर उपयोगिता‑स्तर बैटरियों में निगेटिव थर्मल एक्सपैंशन का उपयोग करके ठंडे देशों के विद्युत ग्रिड के लिए बाजार को पकड़ना।

पहले से ही विश्व की आधी बैटरियों का उत्पादन करने वाली कंपनी के पैमाने की अर्थव्यवस्थाएँ संभवतः पूरे कंपनी पर लागू होंगी, चाहे व्यक्तिगत उत्पाद में कौन सी तकनीक उपयोग की गई हो।

इसलिए बैटरी तकनीक में सामान्य रूप से जितनी अधिक प्रगति होगी, CATL के लिए अपने मौजूदा डिज़ाइनों में इसे एकीकृत करना उतना ही आसान होगा, जिससे बड़ी मांग उत्पन्न होगी, जो स्वयं पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं को और बढ़ाएगी, एक सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप में।

अंत में, निवेशकों को USA और चीन के बीच बढ़ते विभाजन के बारे में जागरूक रहना चाहिए, जहाँ CATL संभावित रूप से एक collateral शिकार बन सकता है। इसे US Department of Defense की Chinese Military Company (CMC) सूची में जोड़ दिया गया है।

CATL ने एक बयान में कहा कि उसने कभी भी किसी सैन्य‑संबंधित व्यवसाय या गतिविधियों में भाग नहीं लिया है, और CMC सूची में उसका जोड़ “एक गलती” था।

कंपनी ने नोट किया कि उसे अपने व्यवसाय पर कोई महत्वपूर्ण प्रतिकूल प्रभाव नहीं होने की उम्मीद है, और वह स्थिति को संबोधित करने के लिए US Department of Defense के साथ जुड़ी हुई है, जिसमें आवश्यक होने पर कानूनी कार्रवाई भी शामिल है।

Fast Market

यह निर्धारण CATL या सूची में अन्य कंपनियों पर तत्काल प्रतिबंध नहीं लगाता, लेकिन फिर भी स्टॉक कीमत और CATL के पश्चिमी बाजारों में भविष्य के निर्यात को प्रभावित कर सकता है।

(आप सितंबर 2024 की हमारी विस्तृत रिपोर्ट, जो पूरी तरह से CATL के इतिहास और प्रौद्योगिकी को समर्पित है, पढ़ सकते हैं)

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Negative thermal expansion behavior enabling good electrochemical-energy-storage performance at low temperatures. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}