अस्थायी उपयोग के लिए घुलनशील प्रोबायोटिक-चालित बायोबैटरियां

A team of engineers led by a Professor from Binghamton University unveiled a new type of battery that can self-dispose. The dissolvable batteries break down into non-harmful materials, making them ideal for use in medical, environmental, and security applications. Here’s how the disposable batteries’ proof of concept could reshape the market and usher in a new era of safe, effective, self-disposing energy solutions.

ई-अपशिष्ट: पर्यावरणीय चुनौती

ई-अपशिष्ट एक गंभीर समस्या बनी हुई है। यह शब्द त्यागे गए इलेक्ट्रॉनिक्स और उपकरणों को दर्शाता है। इन वस्तुओं में अक्सर पुन: उपयोग योग्य सामग्री और अन्य घटक होते हैं जो सही तरीके से न निपटाए जाने पर टूटकर पर्यावरण में रिस सकते हैं। दुर्भाग्यवश, ई-अपशिष्ट का एक बड़ा प्रतिशत घर के कचरे में फेंका जाता है, जिससे ये सामग्री लैंडफ़िल में समाप्त हो जाती हैं।
बैटरियां ई-अपशिष्ट के मुख्य योगदानकर्ताओं में से एक हैं। इसका कारण यह है कि वे अन्य घटकों, जैसे स्क्रीन, की तुलना में तेज़ी से अप्रचलित हो जाती हैं। दुर्भाग्यवश, लगभग 95% बैटरी घटकों को पुनर्चक्रित किया जा सकता है, लेकिन वे अधिकांशतः सामान्य कचरे के साथ फेंके जाने के कारण उपयोग नहीं होते। अतिरिक्त रूप से, बैटरी कचरा हानिकारक होता है क्योंकि इसमें भारी धातुएँ और अन्य विषाक्त पदार्थ होते हैं जो आसपास के क्षेत्र को प्रदूषित कर सकते हैं।

ग्रीन इलेक्ट्रॉनिक्स: बायोसेफ, जल-घुलनशील डिज़ाइन

उत्पाद के जीवन चक्र में रीसाइक्लिंग प्रक्रिया को पहले शुरू करने की आवश्यकता को पहचानते हुए, इंजीनियरों ने सतत इलेक्ट्रॉनिक्स बनाना शुरू किया है। ये उपकरण समय के साथ या पानी जैसे कुछ पदार्थों के संपर्क में बायोसेफ तरीके से विघटित होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इस प्रकार, ग्रीन इलेक्ट्रॉनिक्स प्रदूषण को कम करने और इलेक्ट्रॉनिक्स को आपके स्वास्थ्य के लिए कम हानिकारक बनाने में मदद कर सकते हैं।

अस्थायी बनाम बायोरेसॉर्बेबल इलेक्ट्रॉनिक्स

यह विज्ञान चिकित्सा क्षेत्र में अपना स्थान बना चुका है, जहाँ इसका उपयोग ऐसे इम्प्लांट बनाने में किया जाता है जो अपने उपचार चक्र को पूरा करने के बाद विघटित हो सकते हैं। बायोरेसॉर्बेबल इलेक्ट्रॉनिक्स को इस तरह निर्मित होना चाहिए कि वे किसी भी ऐसे पदार्थ का उपयोग न करें जो विषाक्त अवशेष छोड़ें। प्रभावशाली रूप से, इंजीनियर इस लक्ष्य के करीब पहुँचने में सफल रहे हैं।

बायोरेसॉर्बेबल बैटरी प्रौद्योगिकियों में चुनौतियां

बैटरी बायोअवशोषी इलेक्ट्रॉनिक्स को वास्तविकता बनाने में एकमात्र तकनीकी बाधा साबित हुई है। सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला बैटरी विकल्प लिथियम-आयन बैटरियां हैं, जो थर्मल रनवे और खतरनाक रसायनों जैसी महत्वपूर्ण जोखिमों को उत्पन्न करती हैं।

माइक्रोबियल & बायो-बैटरी दृष्टिकोण: फायदे और नुकसान

बैटरी प्रौद्योगिकी का एक क्षेत्र जिसने महत्वपूर्ण वृद्धि देखी है वह माइक्रोबियल-आधारित बायो बैटरियां हैं। ये उपकरण माइक्रोब्स की चयापचय गतिविधियों द्वारा उत्पन्न विद्युत चार्ज का उपयोग करते हैं। माइक्रोब्स मानव शरीर में, त्वचा पर और आंत में स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं। इन दोनों विकल्पों का उपयोग बायो बैटरियां बनाने में किया गया है। हालांकि, माइक्रोबियल साइटोटॉक्सिसिटी की संभावनाओं से संबंधित समस्याएं अभी भी मौजूद हैं।

घुलनशील बैटरियों का अध्ययन

वैज्ञानिकों की एक टीम का मानना है कि उन्होंने अपने नवीनतम अध्ययन Dissolvable Probiotic-Powered By Batteries: A Safe and Biocompatible Energy Solution for Transient Applications के साथ इन प्रतिबंधों को पार कर लिया है, जो जर्नल Small में प्रकाशित हुआ। यह पेपर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रोबायोटिक्स द्वारा संचालित एक अस्थायी बायोबैटरी की जांच करता है जो बायोसुरक्षा और बायोकम्पैटिबिलिटी को प्राथमिकता देता है। घुलने पर, यह हानिकारक रसायनों के बजाय लाभकारी माइक्रोब्स जारी करता है।

प्रोबायोटिक बायोबैटरी के प्रमुख घटक

प्रोबायोटिक-चालित बैटरियां निरंतर और विश्वसनीय शक्ति प्रदान करने के लिए चार घटकों का उपयोग करती हैं। पहला भाग एनोड है। एनोड की सतह छिद्रयुक्त है और इसे उत्प्रेरकों से कोट किया गया है ताकि बैक्टीरिया आसानी से उससे जुड़ सकें। यह चरण सूक्ष्मजीवों की इलेक्ट्रोजेनिक क्षमता को बढ़ाने में महत्वपूर्ण है।

स्रोत – Binghamton University

रिज़र्वायर

रिज़र्वायर समीकरण में अगला घटक है। इसका मुख्य उद्देश्य माइक्रोबियल फ़ीड को रखना है। दिलचस्प बात यह है कि टीम ने पाया कि यह चरण सबसे कठिन में से एक है। उन्होंने विद्युत उत्पन्न करने वाले बैक्टीरिया मिश्रण को सुधारने का निर्णय लिया ताकि इलेक्ट्रोकैटलिटिक व्यवहार को बढ़ाया जा सके।

ऑप्टिमाइज़्ड प्रोबायोटिक स्ट्रेन ब्लेंड

टीम ने उपयोग किए गए प्रोबायोटिक ब्लेंड्स पर व्यापक शोध किया। उन्होंने विश्लेषणात्मक और प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग करके ब्लेंड्स की इलेक्ट्रोजेनिक गुणों की समीक्षा और रैंकिंग की। उल्लेखनीय रूप से, इन सभी उपयोग किए गए पदार्थों को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं।
परीक्षण करने के बाद, टीम ने 15 स्ट्रेन्स निर्धारित किए जो आदर्श मिश्रण बनाते हैं। यह ब्लेंड मुख्यतः जीनस Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus thermophilus, Propionibacterium freudenreichii, और Saccharomyces boulardii से बना था। उल्लेखनीय रूप से, जैसे ही ब्लेंड घुलता है, प्रोबायोटिक्स के रिलीज़ होने पर यह बिजली उत्पन्न करता है।

आयन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन कार्यक्षमता

पेंसिल-ड्रॉइंग इलेक्ट्रोड एक एक्सचेंज माध्यम के रूप में कार्य करते हैं। यह सतह आयनों को एक असघुलनशील मैट्रिक्स के पार बंधन और रिलीज़ करके आयन विनिमय को सुविधाजनक बनाती है। यह प्रक्रिया जल शुद्धिकरण और प्रदूषण हटाने में भी उपयोग की जाती है।

प्रुशियन ब्लू कैथोड डिज़ाइन

एक प्रुशियन ब्लू कैथोड जिसमें उत्प्रेरक शामिल थे, बनाया गया। उपकरण को एक इलेक्ट्रोड सतह के साथ डिज़ाइन किया गया जो पॉलिमर और नैनोपार्टिकल्स का उपयोग करके जीवंत बैक्टीरियल वृद्धि को समर्थन देता है। यह नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया टर्मिनल प्रिंटेड वैक्स सीमाओं और मेम्ब्रेन के माध्यम से करंट प्रवाह को स्वीकार करता है।

pH-ट्रिगरड घुलनशील पॉलीमर कोटिंग

पूरा उपकरण एक घुलनशील कागज में कोट किया गया है जो pH-प्रतिक्रियाशील है। जब यह अम्लीय वातावरण से संपर्क करता है, तो यह घुलना शुरू हो जाता है। कोटिंग धीरे-धीरे घुलती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि यह उपकरण अपनी ऊर्जा को नियोजित और पूर्वानुमेय तरीके से रिलीज़ कर सके। यह दृष्टिकोण वोल्टेज आउटपुट और अवधि को बढ़ाने में मदद करता है।
जल-घुलनशील कागज सब्सट्रेट को एन्कैप्सुलेट करके, विद्युत रिलीज़ को समयबद्ध किया जा सकता है। pH-संवेदनशील मेम्ब्रेन संरचनात्मक अखंडता और इष्टतम शक्ति प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।

घुलनशील बैटरियां – कैसे काम करती हैं

बैटरी बिजली उत्पन्न करने का तरीका माइक्रोबियल बायोकैटलिस्ट्स के चयापचय का उपयोग करना है। ये अंतःक्रियाएँ रेडॉक्स प्रतिक्रियाएँ बनाती हैं जो इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों को उत्पन्न करती हैं। फिर करंट को बाहरी सर्किट के माध्यम से निर्देशित किया जाता है। प्रोटॉन आयन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन के ऊपर यात्रा करते हैं, जो उन्हें कैथोड तक पहुंचाते हैं। यह अंतिम चरण उन्हें इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनः मिलाता है, जिससे एक पूर्ण सर्किट बनता है।

माइक्रोफ्लुइडिक चैनल डिज़ाइन & परीक्षण

अपनी सिद्धांत की जांच करने के लिए, इंजीनियरों ने छह माइक्रोफ्लुइडिक चैनल डिज़ाइन बनाए। प्रत्येक डिज़ाइन का परीक्षण उसके पैरामीटर रिकॉर्ड करने के लिए किया गया। परीक्षण में घुलन प्रक्रिया के दौरान ओपन-सर्किट वोल्टेज (OCV) की निगरानी शामिल थी। इस चरण ने इंजीनियर को यह गहरी समझ प्रदान की कि कौन सा माइक्रोफ्लुइडिक डिज़ाइन सबसे बेहतर प्रदर्शन देता है।

Performance Metrics: पावर आउटपुट & अवधि

परीक्षण परिणामों ने दिखाया कि उपकरण 25 मिनट तक संचालन बनाए रख सकता है। अतिरिक्त रूप से, परीक्षण नमूनों ने प्रत्येक रेज़िस्टर मान के अनुरूप करंट आउटपुट उत्पन्न किए। टीम ने नोट किया कि उपकरण की लंबाई को बदलकर या इसे pH-संवेदनशील पॉलीमर से एन्कैप्सुलेट करके, वे पावर डिलीवरी को सूक्ष्म रूप से समायोजित कर सकते हैं।
पावर पैरामीटर को बदलने के इस तरीके का उपयोग करके, इंजीनियर पावर डिलीवरी को +100 मिनट तक बढ़ाने में असमर्थ रहे। समूह ने नोट किया कि बैटरी ने एकल मॉड्यूल आउटपुट के रूप में 4 µW पावर, 47 µA करंट, और 0.65 V ओपन-सर्किट वोल्टेज प्रदान किया।

प्रोबायोटिक घुलनशील बैटरियों के लाभ

इस अध्ययन के बाजार में लाने वाले लाभों की एक लंबी सूची है। एक बात यह है कि बैटरी स्वयं-वृद्धि करती है। प्रोबायोटिक्स स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होते हैं और प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं। इस प्रकार, वे सुलभ और कम लागत वाली बैटरियों के द्वार खोलते हैं।

स्वयं-सम्प्रेरित

प्रोबायोटिक बैटरी के एक और लाभ यह है कि यह स्वयं-सम्प्रेरित है। इन बैटरियों का उत्पादन करने के लिए महंगे निर्माण सुविधा की आवश्यकता नहीं है। यह स्वयं-सम्प्रेरित हो सकती है क्योंकि उपकरण प्राकृतिक घटनाओं पर निर्भर करता है।

स्वयं-मरम्मत

नई बैटरी डिज़ाइन क्षति को ठीक करने में सक्षम है, जैसे मानव शरीर स्वयं ठीक करता है। उपकरण प्रोबायोटिक्स का उपयोग करता है, जो मार्ग बदलने और नए चैनल बनाने में सक्षम होते हैं ताकि उनका कार्य पूरा हो सके। यह लचीलापन उनके स्वयं-रखरखाव गुणों द्वारा पूरित होता है।

अनुप्रयोग & बाजार टाइमलाइन

इस प्रौद्योगिकी के कई अनुप्रयोग बैटरी बाजार में क्रांति लाने में मदद कर सकते हैं। एक बात यह है कि ये इकाइयाँ बायोमेडिकल या बायोरोबोटिक उपयोगों के लिए पूरी तरह उपयुक्त हैं। उपकरण घुलने के बाद अपने अस्तित्व का कोई निशान नहीं छोड़ते। इस प्रकार, वे इम्प्लांटेड उपचारों के लिए आदर्श विकल्प हैं।

पर्यावरणीय

इस प्रौद्योगिकी के पर्यावरणीय उपयोग भी हैं। इंजीनियर ऐसे सेंसर बना सकते हैं जो उपयोग के बाद सुरक्षित रूप से बायोडिग्रेड हो जाएँ। तूफ़ान ट्रैकर और अन्य महत्वपूर्ण मौसम निगरानी तकनीक जैसे आइटम कम पर्यावरणीय प्रतिरोध के साथ एकीकृत किए जा सकते हैं।

हार्डवेयर सुरक्षा

सुरक्षा अनुप्रयोग इस प्रौद्योगिकी का एक और क्षेत्र हैं जहाँ यह उपयोगी हो सकता है। यदि आपने मिशन: इम्पॉसिबल देखा है तो आप इस अवधारणा को देख चुके हैं। जब मुख्य पात्र, इथन हंट, को निर्देश मिलते हैं, तो टेप घोषणा करता है कि यह पूरी तरह घुलने से पहले स्वयं नष्ट हो जाएगा।
यह अवधारणा केवल कई तरीकों में से एक है जिससे डिस्पोजेबल बैटरी प्रौद्योगिकी सुरक्षा को सुधारने में मदद कर सकती है। इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य संवेदनशील वस्तुओं का एकबार उपयोग इस अवधारणा से आसानी से नष्ट किया जा सकता है, जिससे कचरा और जानकारी अनचाहे हाथों में पड़ने से बचती है।

इवीज़

इवीज़ में घुलनशील बैटरियों का उपयोग एक शानदार तरीका हो सकता है जिससे लैंडफ़िल में इवी बैटरियों का जमाव न हो। इवी बाजार तेज़ गति वाला है जहाँ नए मॉडल हर महीने सेवा में आते हैं। कई मामलों में, बैटरी नए यूनिट में मुख्य अपग्रेड होती है। बायोडिग्रेडेबल घुलनशील बैटरियों को एकीकृत करना एक सुरक्षित पर्यावरण बनाने का समझदार तरीका है।

अंतरिक्ष अन्वेषण

एक और क्षेत्र जहाँ घुलनशील इलेक्ट्रॉनिक्स चमक सकते हैं वह उपग्रह हैं। वर्तमान में पृथ्वी की कक्षा में हजारों उपग्रह हैं। यदि वे टकराते हैं तो प्रत्येक अन्य के लिए संभावित खतरा बनता है। किसी भी टकराव से हजारों छोटे वस्तुएँ वायुमंडल में घूमते हुए मलबे की एक अभेद्य दीवार बना देंगी।
डिस्पोजेबल इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग इस स्थिति को रोकने का समझदार तरीका होगा। ऐसे उपग्रह जो उपयोग समाप्त होने के बाद घुलने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, एक सुरक्षित विकल्प प्रदान कर सकते हैं जो प्रारंभिक रूप से मलबा बनने से रोकता है।

वाणिज्यीकरण टाइमलाइन (5–10 वर्ष)

घुलनशील बैटरियों के बाजार में आने में 5-10 वर्ष लग सकते हैं। ये उपकरण चिकित्सा क्षेत्र में उपयोग किए जाएंगे, जिसका अर्थ है कि उनकी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए उन्हें कई वर्षों के परीक्षण और परीक्षणों से गुजरना पड़ेगा। लाइसेंस प्राप्त करने के बाद, कई अनुप्रयोग हैं जहाँ इस तकनीक का उपयोग होगा।

घुलनशील बैटरियों के शोधकर्ता

डिस्पोजेबल बैटरियों के अध्ययन का नेतृत्व बिंगहैमटन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर सोकह्यून “सीन” चोई ने किया। पेपर में माएदेह मोहम्मदिफर को योगदानकर्ता लेखक के रूप में भी सूचीबद्ध किया गया है। उल्लेखनीय रूप से, चोल दशकों से डिस्पोजेबल इलेक्ट्रॉनिक्स पर काम कर रहे हैं। उनका अंतिम प्रोजेक्ट, डिस्पोजेबल पेपरट्रॉनिक, ने उनके नवीनतम उद्यम को प्रेरित किया।

प्रोबायोटिक बैटरियों में भविष्य की दिशा

जब उनके शोध योजनाओं के बारे में पूछा गया, तो इंजीनियरों ने कहा कि वे प्रोबायोटिक्स का अधिक अध्ययन करना चाहते हैं ताकि यह पता चल सके कि कौन से सबसे अच्छे हैं और क्यों। इंजीनियर मानते हैं कि वे निर्धारित कर सकते हैं कि कौन से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक जीन रखते हैं और उन्हें बेहतर प्रदर्शन के लिए कैसे उपयोग किया जाए।

बैटरी उद्योग में निवेश

बैटरी क्षेत्र एक तेज़ गति वाला बाजार है जिसमें कई प्रतिस्पर्धी शीर्षक के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं। जैसे-जैसे इवीज़ और अन्य बैटरी-चालित उपकरण सामान्य हो रहे हैं, अधिक सक्षम और सुरक्षित बैटरियों की इच्छा बढ़ती है। यहाँ एक कंपनी है जिसने निरंतर नवाचार को बढ़ावा दिया है और आज की बैटरियों को पहले से अधिक सुरक्षित बनाने में मदद की है।

Microvast

Microvast (MVST ) की स्थापना 2006 में यांग वू द्वारा की गई थी। टेक्सास-आधारित बैटरी निर्माता ने लगभग दो दशकों के संचालन में नवाचार और गुणवत्ता की प्रतिष्ठा हासिल की है। आज, कंपनी लिथियम-आयन बैटरी घटकों और विकल्पों की प्रमुख आपूर्तिकर्ता है।

Microvast के संचालन संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और जर्मनी में हैं और इसे अपने नवाचारों के लिए कई पुरस्कार प्राप्त हुए हैं। 2013 में, इसे लीडिंग लि-आयन बैटरी सप्लायर अवार्ड से सम्मानित किया गया। उसी वर्ष, कंपनी ने पहला अल्ट्रा-फ़ास्ट इवी चार्जिंग स्टेशन खोलने में सफलता हासिल की। 2019 में, इसकी उच्च-ऊर्जा घनत्व और सुरक्षित बैटरी प्रणाली ने R&D 100 अवार्ड जीता।

आज, Microvast बैटरी नवाचार में अग्रणी है। कंपनी विशेष रूप से LTO (लिथियम टाइटेनेट ऑक्साइड) और अन्य लि-आयन विकल्पों के साथ काम करती है। ये नई बैटरी डिज़ाइन अल्ट्रा-फ़ास्ट चार्जिंग, अल्ट्रा-लॉन्ग साइकिल लाइफ़ प्रदान करते हैं, और उच्चतम सुरक्षा मानकों का पालन करते हैं।

नवीनतम Microvast (MVST) स्टॉक समाचार और विकास

क्यों घुलनशील बैटरियां एक गेम-चेंजर हैं

एक ऐसी बैटरी का विचार जो घुलती है, विज्ञान-कथा जैसा लग सकता है, लेकिन प्रूफ़ ऑफ कॉन्सेप्ट इसे सिद्ध करता है। यह प्रौद्योगिकी चिकित्सा पेशेवरों को अधिक उन्नत और सहायक इम्प्लांट बनाने, अंतरिक्ष अन्वेषकों को आगे यात्रा करने और कचरे को सुरक्षित रूप से नष्ट करने, और वैश्विक स्तर पर ई-अपशिष्ट के प्रभाव को कम करने में मदद करेगी। इन कारणों से, घुलनशील बैटरी को एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर माना जा सकता है।
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संदर्भित अध्ययन:

^{1. M. Rezaie, M. Mohammadifar, S. Choi, घुलनशील प्रोबायोटिक-चालित बायोबैटरियां: अस्थायी अनुप्रयोगों के लिए एक सुरक्षित और बायोकम्पैटिबल ऊर्जा समाधान. Small 2025, 21, 2502633. https://doi.org/10.1002/smll.202502633}