स्क्रीन अब मोड़ सकते हैं – बैटरियों को क्यों नहीं?

इस साल के मोबाइल वर्ल्ड कांग्रेस में सबसे अधिक चर्चा वाला बिंदु Motorola का मोड़ने योग्य फोन कॉन्सेप्ट. फोन को किसी की कलाई पर लपेटा जा सकता था।

हालांकि पूरी तरह लचीली फोन स्क्रीन काफी समय से मौजूद हैं, Motorola का कॉन्सेप्ट फोन – मोड़ने योग्य – एक अलग वर्ग था।

यह न केवल एक पूर्ण आकार की लचीली स्मार्टफ़ोन थी जिसमें कैमरा था, बल्कि इसमें एक ऑनबोर्ड जनरेटिव एआई भी था जो पहनने वाले के पोशाक के साथ मिलते-जुलते रंग योजना को केवल 10 सेकंड में तैयार कर सकता था। 

जबकि मोड़ने योग्य फोन बढ़ रहे हैं, आज हम बैटरियों से संबंधित परिदृश्य पर चर्चा करेंगे। सवाल यह है, यदि स्क्रीन अब मोड़ सकते हैं, तो बैटरियों को क्यों नहीं?

हालिया विकास में, ACS Energy Letters के शोधकर्ताओं ने एक लिथियम-आयन बैटरी की रिपोर्ट की है जिसमें पूरी तरह से खिंचाव योग्य घटक शामिल हैं, जिसमें एक इलेक्ट्रोलाइट लेयर भी है जो 5000% तक विस्तारित हो सकता है।

बैटरी की अच्छी बात यह है कि इसकी खिंचाव योग्य गुण बैटरी के प्रदर्शन पर कोई असर नहीं डालते, क्योंकि यह लगभग 70 चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के बाद भी अपनी चार्ज संग्रहण क्षमता को बनाए रख सकती है। 

नीचे के खंडों में, हम इस बैटरी के गुणों को अधिक विस्तार से देखेंगे। 

मोड़ने योग्य और खिंचाव योग्य बैटरियां इलेक्ट्रॉनिक गैजेट्स को समान गुणों के साथ सशक्त बनाने के लिए

वर्तमान शोध इस क्षेत्र में एक बड़ी प्रगति के रूप में आया है। यह इसलिए है क्योंकि अब तक, मोड़ने योग्य और खिंचाव योग्य बैटरियां बनाने के प्रयासों ने बुनियादी रूप से बुनाई किए गए कंडक्टिव कपड़े या कठोर घटकों को विस्तारित आकारों में मोड़ने की कोशिश की है, जैसा कि जापानी कागज़ मोड़ने की कला ओरिगामी में किया जाता है। 

हालांकि, इस तकनीक में समस्या यह है कि एक वास्तव में लचीली बैटरी को अपने प्रत्येक भाग, जिसमें चार्ज एकत्र करने वाले इलेक्ट्रोड और मध्य इलेक्ट्रोलाइट लेयर में चार्ज संतुलन घटक शामिल हैं, में लचीला होना आवश्यक है। 

लेकिन अब तक हमने जिन प्रोटोटाइपों को देखा है, उनमें पूर्ण लचीलापन नहीं है। इसके बजाय, उनमें मध्यम लचीलापन है और एक जटिल असेंबली प्रक्रिया शामिल है, जो सीमित ऊर्जा संग्रहण क्षमता के साथ और भी जटिल हो जाता है, विशेष रूप से जब इसे लंबे समय तक बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज किया जाता है। 

चार्जिंग की अक्षमता की समस्या इलेक्ट्रोलाइट लेयर और इलेक्ट्रोड के बीच कमजोर कनेक्शन से उत्पन्न होती है। साथ ही, तरल इलेक्ट्रोलाइट अस्थिर हो सकता है, जिससे बैटरी के आकार बदलने पर यह इधर-उधर घूम सकता है। 

टीम ने इन समस्याओं को देखा और समाधान निकाले।

पूर्ण लचीलापन प्राप्त करने के लिए नवाचारी समाधान

टीम ने इलेक्ट्रोलाइट को एक पॉलिमर लेयर में उपयोग करने के बारे में सोचा दो लचीले इलेक्ट्रोड फ़िल्मों के बीच मिलाकर एक पूरी तरह ठोस, खिंचाव योग्य बैटरी बनाने के लिए। 

इलेक्ट्रोड के लिए, टीम ने सिल्वर नैनोवायर, कार्बन ब्लैक, और लिथियम-आधारित कैथोड या एनोड सामग्री वाली कंडक्टिव पेस्ट की पतली फिल्म को एक प्लेट पर फैलाने की रणनीति विकसित की।

फिर उन्होंने पॉलिडिमिथाइलसिलोक्सेन की एक परत, जो संपर्क लेंस में सामान्यतः उपयोग की जाने वाली लचीली सामग्री है, पेस्ट के ऊपर लागू की।

अंत में, सभी चीज़ों के ऊपर शोधकर्ताओं ने लिथियम नमक, एक अत्यधिक कंडक्टिव तरल, और खिंचाव योग्य पॉलिमर बनाने के घटक लागू किए।

जब इन सभी को कई परतों में स्टैक किया गया और प्रकाश द्वारा सक्रिय किया गया, तो घटक एक ठोस, रबर जैसा लेयर बनाते हैं जो अपनी मूल लंबाई के 5000% तक खिंच सकता है और लिथियम आयनों को ले जाने में कोई समस्या नहीं होती।

पूरे उपकरण को एक सुरक्षात्मक कोटिंग से सील किया गया, और जैसा कि पहले बताया गया, स्टैक में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रोड फ़िल्म की परत शामिल थी।

शोधकर्ताओं ने अपने समाधान की तुलना बाजार में उपलब्ध मौजूदा समाधानों से की जो समान उद्देश्य को प्राप्त करने का लक्ष्य रखते हैं। तुलना के परिणाम इस प्रकार थे: 

नई ठोस, खिंचाव योग्य बैटरी डिजाइन की तुलना पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट द्वारा संचालित उपकरणों से

• नया संस्करण तेज़ चार्जिंग दर के साथ औसत चार्ज क्षमता में छह गुना अधिक प्रदान करता है। 
• नया समाधान 67 चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों के दौरान संचालन करते हुए बढ़ी हुई स्थिरता बनाए रख सकता है।
• पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट 1000 चक्रों पर स्थिर रूप से कार्य करता रहा, जिसमें पहली 30 चक्रों में क्षमता 1% गिर गई। तरल इलेक्ट्रोलाइट समाधान में गिरावट 16% तक थी। 

शोधकर्ता मानते हैं कि जबकि अभी भी बहुत कुछ हासिल करना बाकी है, उनका शोध और उसके परिणाम पहनने योग्य या इम्प्लांटेबल उपकरणों को बनाने में एक अत्यधिक सकारात्मक और आशाजनक कदम हैं जो शरीर के साथ लचीले और गतिशील होते हैं।

जबकि अनुसंधान संस्थान हमेशा किसी भी उद्योग को समय के साथ विकसित करने के अग्रणी एजेंट होते हैं, सभी नवाचार वास्तविक जीवन अनुप्रयोगों के लिए व्यावहारिक नहीं होते। नवाचारों को लागू करने योग्य होना चाहिए, और उन्हें बड़े पैमाने पर संचालन मॉडल में अपनाने के लिए अनुकूल होना चाहिए। 

2019 में, एक अन्य शोधकर्ता टीम ने जॉन्स हॉपकिन्स एप्लाइड फिजिक्स लैबोरेटरी से एक लचीली लिथियम-आयन बैटरी विकसित की जो कटिंग, डुबकी और सिम्युलेटेड बैलिस्टिक इम्पैक्ट जैसी अत्यधिक स्थितियों में काम कर सकती थी। शोधकर्ताओं ने यह भी सुनिश्चित किया कि बैटरियां अग्निरोधी हों। 

“वॉटर-इन-सॉल्ट” और “वॉटर-इन-बिसॉल्ट” इलेक्ट्रोलाइट्स लचीली अग्निरोधी बैटरियों के लिए

शोधकर्ताओं ने “वॉटर-इन-सॉल्ट” और “वॉटर-इन-बिसॉल्ट” (WiS और WiBS) नामक नई श्रेणी के इलेक्ट्रोलाइट्स की खोज के माध्यम से नई अंतर्दृष्टि प्रदान की—जब इन्हें पॉलिमर मैट्रिक्स में सम्मिलित किया जाता है, तो ये पानी की सक्रियता को कम कर सकते हैं और बैटरी की ऊर्जा क्षमता और जीवन चक्र को बढ़ा सकते हैं।

साथ ही, यह तंत्र बैटरी सेटअप को ज्वलनशीलता, विषाक्तता, और अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सॉल्वेंट्स से मुक्त कर देता है जो उनमें मौजूद होते हैं। परिणामस्वरूप एक लचीली बैटरी प्राप्त हुई जो सुरक्षित और शक्तिशाली थी। 

APL के रिसर्च और एक्सप्लोरेटरी डेवलपमेंट विभाग के कॉन्स्टेंटिनोस गेरासोपोलोस के अनुसार, जिन्होंने इस शोध का नेतृत्व किया:

“Li-ion बैटरियां पहले से ही हमारे दैनिक जीवन में निरंतर मौजूद हैं, हमारे फ़ोन से लेकर हमारे कारों तक, और उनकी सुरक्षा में सुधार जारी रखना ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।”

शोध के महत्व को समझाते हुए, उन्होंने कहा:

“हमारा हालिया पेपर दिखाता है कि जल-आधारित लचीले पॉलिमर Li-ion बैटरियों की उपयोगिता और प्रदर्शन में सुधार हुआ है, जिन्हें खुले हवा में निर्मित और संचालित किया जा सकता है।”

जबकि चल रहा शोध कई प्रगति प्रदान करता है, कुछ कंपनियां भी लचीली बैटरियों का निरंतर निर्माण कर रही हैं।

#1. Samsung

चार साल से अधिक पहले, विश्व बौद्धिक संपदा कार्यालय (WIPO) डेटाबेस में जोड़ा गया एक पेटेंट दिखाता है कि Samsung ने एक फोल्डेबल बैटरी विकसित की थी जो समान प्रकृति के फ़ोन को शक्ति प्रदान करती है। पेटेंटेड बैटरी को परतों के साथ डिजाइन किया गया था जो एक सेल को दूसरे के साथ एक लचीले कनेक्शन के माध्यम से जोड़ती थीं। यह लचीला कनेक्शन डिवाइस के हिंगे हिस्से को पार करता था, जिससे दो अलग-अलग ठोस बैटरियों की आवश्यकता समाप्त हो गई। 

रिपोर्टों के अनुसार, पेटेंट में ऐसी बैटरियों के निर्माण का उल्लेख है जो कंपनी के Galaxy Fold-सीरीज़ में फिट हो सकें। बैटरी समाधान की सफलता का मतलब था कि कंपनी को दो अलग-अलग पारंपरिक घटकों के निर्माण की चिंता नहीं करनी पड़ेगी। इसके बजाय, एक सेल डिवाइस के हिंगे के माध्यम से अगले में प्रवाहित हो सकता है क्योंकि इसका कनेक्टिंग सेंट्रल स्ट्रिप है।

पेटेंट ने हिंगे को “बेस मैटेरियल”, “मिक्सचर लेयर्स”, और “इन्सुलेटिंग सेपरेटर्स” से बना बताया। विशेषज्ञों के अनुसार, यह तंत्र सेल में सक्रिय चार्ज-धारण लेयर्स को इंटरैक्ट करने की अनुमति देता है जबकि वे एकीकृत प्रोटेक्शन सर्किट मॉड्यूल (PCM) के माध्यम से फ़ोन को शक्ति प्रदान कर सकते हैं और मुख्य बोर्ड से जुड़ सकते हैं।

Samsung Galaxy Z Fold 6 पहले ही बाजार में उपलब्ध है, जिससे संकेत मिलता है कि Samsung की फोल्डेबल बैटरी तकनीक सफल रही है। इस फ़ोन में 7.6‑इंच OLED डिस्प्ले है और यह 5G (इस मामले में T‑Mobile) पर निरंतर वेब ब्राउज़िंग का समर्थन करता है, डिस्प्ले की चमक 150 निट्स पर सेट है। 

उपकरण की समीक्षा के अनुसार, डिवाइस ने चार परीक्षणों में औसतन 10 घंटे और 35 मिनट का प्रदर्शन किया, जो Google Pixel Fold (10:21) से बेहतर लेकिन OnePlus Open (11:31) से पीछे रहा। 

फ़ोल्ड सीरीज़ की बैटरी क्षमता के बारे में अपनी राय देते हुए, समीक्षक ने संक्षेप में कहा:

“दैनिक उपयोग में, मैंने पाया कि Z Fold 6 काफी मजबूत बैटरी जीवन प्रदान करता है। मिश्रित उपयोग के साथ, बैटरी इंडिकेटर आमतौर पर शाम 8 बजे तक 20% से 25% के बीच गिर जाता है, जब मैं चार्जर की ओर रुख करता हूँ। लेकिन मैं उन दिनों में अधिक स्टेइंग पावर की कामना करता हूँ जब मैं यात्रा कर रहा हूँ या लगातार Slack का उपयोग कर रहा हूँ।”

कुल मिलाकर, Samsung का फोल्डेबल, लचीला, या मोड़ने योग्य फ़ोन बैटरियों में प्रवेश को सफलता कहा जा सकता है, हमेशा की तरह सुधार की संभावनाओं के साथ।

वित्तीय रूप से, Samsung Electronics ने हाल ही में 2024 की पहली तिमाही के वित्तीय परिणाम जारी किए, जिसमें विभिन्न क्षेत्रों में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाई दी। कंपनी ने 71.92 ट्रिलियन KRW ($52.08 बिलियन) का समेकित राजस्व हासिल किया, जो पिछले वर्ष की समान अवधि की तुलना में 13% वृद्धि है। ऑपरेटिंग प्रॉफिट 933% बढ़कर 6.61 ट्रिलियन KRW ($4.78 बिलियन) हो गया, मुख्यतः मेमोरी चिप और स्मार्टफ़ोन डिवीज़न की मजबूत बिक्री के कारण। इसके स्मार्टफ़ोन डिवीज़न ने प्रभावशाली परिणाम दिखाए, जिसमें Galaxy S24 सीरीज़ ने राजस्व और ऑपरेटिंग प्रॉफिट में महत्वपूर्ण योगदान दिया।

#2. Jenax

एक अन्य कंपनी जो बैटरी की मोड़ने योग्य या खिंचाव योग्य क्षमता में अग्रणी कार्य कर रही है, वह Jenax है। इसके सबसे नवाचारी फ़्लैगशिप उत्पादों में से एक है J.Flex, Jenax की नवाचारी, लचीली, सॉलिड-स्टेट, फास्ट-चार्जिंग, रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी।

कंपनी का दावा है कि इसका उत्पाद पूरी तरह मोड़ सकता है और डिवाइस के साथ बिना शक्ति में समझौता किए चल सकता है। अनुप्रयोग के संदर्भ में, बैटरी आईटी वेयरेबल्स, स्वास्थ्य और फिटनेस वेयरेबल्स, फैशन, और सैन्य सहित बड़े क्षेत्र को कवर करती है। 

J.Flex बैटरियों को मोड़ा या रोल किया जा सकता है ताकि अगली पीढ़ी के डिवाइस की लचीलापन बढ़े। लगातार गतिशील मोड़ने पर भी यह गैर-मोड़े बेसलाइन स्तर के समान दक्षता और क्षमता पर कार्य कर सकती है। 

J.Flex कस्टमाइज़ेशन का समर्थन करता है क्योंकि एक डिज़ाइनर अब बिना प्रदर्शन में समझौता किए नई आकृतियों और आकारों—जो पहले उपलब्ध नहीं थे—को बनाने के बारे में निःसंकोच सोच सकता है। बैटरी अंतर्राष्ट्रीय मानकों के अनुरूप भी है ताकि सभी अनुप्रयोगों के लिए सुरक्षा सुनिश्चित हो सके।

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बैटरियों की तरह मोड़ें: बैटरी मोड़ने योग्यता में भविष्य की प्रवृत्तियां। 

इस क्षेत्र में चल रहे शोध की मात्रा इसे विकास के लिए आशाजनक बनाती है। कंपनियां अपने इलेक्ट्रॉनिक गैजेट डिज़ाइनों में लगातार नवाचार कर रही हैं। वे नई सौंदर्यशास्त्र की कल्पना कर रही हैं, जिससे बैटरियों में मोड़ने योग्य, खिंचाव योग्य और लचीले गुणों की मांग बढ़ रही है, जो अंततः उनके गैजेट्स को शक्ति प्रदान करेंगे। 

जबकि हमने पहले दो ऐसे शोधों को देखा है जो इस दिशा में आगे बढ़ते हैं, हम आज की चर्चा को समाप्त करेंगे एक और शोध को देखते हुए जो भविष्य में कई अनुप्रयोगों से भरपूर हो सकता है। A University of Houston team of researchers designed and developed a prototype of a fully stretchable fabric-based lithium-ion battery.

शोधकर्ताओं ने कंडक्टिव सिल्वर फैब्रिक को प्लेटफ़ॉर्म और करंट कलेक्टर के रूप में उपयोग किया, जो एक बड़ी प्रगति साबित हुई।

“यह एक स्वाभाविक अगला कदम लगा कि खिंचाव योग्य बैटरियों को खिंचाव योग्य डिवाइस और कपड़ों के साथ एकीकृत किया जाए। कल्पना करें कि आपका लैपटॉप या फ़ोन आपकी जेब में मोड़ा, मोड़ा या खिंचा जा सकता है या हमारे कपड़ों में एम्बेडेड इंटरैक्टिव सेंसर हमारे स्वास्थ्य की निगरानी कर सकते हैं।”

केवल यह नहीं कि शोध हमारे दैनिक जीवन में बैटरियों के उपयोग के नए क्षेत्रों को खोलने की क्षमता रखता है, बल्कि यह भी कि इसने एक मौलिक कमी को ठीक किया है जो तब तक मौजूद थी: कठोरता की समस्या।

जॉन्स हॉपकिन्स 2019 के शोध की तरह, UH शोधकर्ताओं ने कठोर लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोड को ठोस पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट, पहनने योग्य, कपड़े-आधारित, लचीले और खिंचाव योग्य इलेक्ट्रोड में बदल दिया।

Ardebili के अनुसार:

“बैटरी इलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रॉनों और आयनों दोनों की गति की अनुमति देनी चाहिए।”

यह मांग बुनाई किए गए सिल्वर फैब्रिक के उपयोग से कुशलता से पूरी की जा सकती है क्योंकि यह यांत्रिक रूप से विकृत या खिंचा जा सकता है और फिर भी “बैटरी इलेक्ट्रोड के सही कार्य के लिए आवश्यक विद्युत चालकता मार्ग” प्रदान करता है।

जबकि बैटरी प्रौद्योगिकी अभी भी प्रारंभिक परीक्षण चरण में थी, शोधकर्ता इसे स्मार्ट स्पेस सूट, कपड़ों में एम्बेडेड कंज्यूमर इलेक्ट्रॉनिक्स जो लोगों के स्वास्थ्य की निगरानी करते हैं, और मानव के साथ विभिन्न स्तरों पर इंटरैक्ट करने वाले डिवाइसों में लागू करने की कल्पना कर सकते थे। हालांकि, सभी आविष्कारों की तरह, इसकी व्यावहारिकता भी उत्पादन को बड़े पैमाने पर बढ़ाने, लागत संरचना को प्रबंधित करने और समान कारकों पर निर्भर थी।

आने वाले दिनों में, हम अपने स्मार्टफ़ोन में अधिक नवाचार देखेंगे। एक अन्य बढ़ता हुआ क्षेत्र स्वास्थ्य और फिटनेस के लिए वेयरेबल टेक है। फैशन और एक्सेसरीज़ भी इलेक्ट्रॉनिक तत्वों को शामिल करेंगे।

इन सभी से खिंचाव योग्य बैटरियों की मांग बढ़ेगी। शोधकर्ता विभिन्न उद्योगों में अपनी तकनीक को अपनाते देखेंगे। हालांकि, निर्माण के समय सुरक्षा, दीर्घायु, और प्रदर्शन के पहलुओं को नहीं भूलना चाहिए। 

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