सोडियम-आयन बैटरियां बढ़ रही हैं, लेकिन इंडियम के कारण लिथियम-आयन शायद बना रहेगा

लिथियम-आयन का पुनर्जन्म?

कॉर्नेल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा हाल ही में की गई खोज लिथियम-आयन तकनीक को परिपूर्ण बैटरी तकनीक की दौड़ में वापस ला सकती है। उन्होंने पाया कि इंडियम एनोड सामग्री का उपयोग करने से लिथियम-आयन बैटरियों को अत्यंत तेज़ चार्ज किया जा सकता है।

अब तक, लिथियम-आयन बैटरियों ने छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स और शुरुआती इलेक्ट्रिक वाहन मॉडलों के लिए बैटरियों के डिजाइन में प्रमुखता हासिल की है। हालांकि, तकनीक की कुछ सीमाओं के कारण उद्योग ने वैकल्पिक विकल्पों की तलाश शुरू कर दी है, जिसमें सोडियम-आयन या सॉलिड-स्टेट बैटरियां शामिल हैं। इंडियम का उपयोग करके, इलेक्ट्रिक वाहनों के बड़े पैमाने पर अपनाने की एक प्रमुख समस्या – रेंज एंग्जायटी – को दूर किया जा सकता है। अधिकांश इलेक्ट्रिक वाहन उपयोगकर्ता चार्जिंग स्टेशन तक पहुँचने से पहले बैटरी खत्म हो जाने की चिंता रखते हैं। इसलिए, वे बहुत शक्तिशाली बैटरिपैक की तलाश करते हैं, जिससे कार का वजन और लागत बढ़ती है।

एक और समस्या बैटरी को चार्ज करने में लगने वाला समय है। यह लंबी दूरी की यात्रा या वाणिज्यिक उपयोग के लिए गंभीर चिंता का कारण बन सकता है। यह चार्जिंग स्टेशनों की उपलब्धता को भी कम करता है, क्योंकि प्रत्येक “पूरा टैंक” समय लेता है और इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर को अनुपलब्ध रखता है।

इसलिए, तेज़-चार्जिंग लिथियम-आयन बैटरी तकनीक इलेक्ट्रिक वाहनों की लागत कम करने, रेंज एंग्जायटी को कम करने और चार्जिंग नेटवर्क की क्षमताओं को सुधारने में मदद कर सकती है।

इंडियम बैटरियां मदद के लिए?

यह शोध कॉर्नेल के स्मिथ स्कूल ऑफ़ केमिकल एंड बायोमोलेक्यूलर इंजीनियरिंग में लिंडेन ए. आर्चर की टीम द्वारा किया गया, जिसमें प्रमुख लेखक शुओ जिन, एक रासायनिक और बायोमोलेक्यूलर इंजीनियरिंग के डॉक्टरेट छात्र हैं।

उनकी प्रकाशन “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” में उन्होंने अपने दृष्टिकोण को समझाया। उन्होंने इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं की गतिशीलता (गति) पर ध्यान केंद्रित किया, विशेष रूप से “Damköhler संख्या” पर। ठोस-स्थिति परिवहन दरों को देखकर उन्होंने पाया कि इंडियम तेज़-चार्जिंग बैटरियों के लिए एक बहुत अच्छा उम्मीदवार है। वर्तमान में, इंडियम मुख्यतः एलसीडी स्क्रीन और फोटovoltaics, क्रायोजेनिक्स, और परमाणु रिएक्टर नियंत्रण रॉड जैसे उच्च तकनीकी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

इंडियम एक अच्छा धातु है जिसे एनोड में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी तेज़ प्रसार और धीमी सतह प्रतिक्रिया गतिशीलता तेज़ चार्जिंग में परिवर्तित होती है।

इंडियम AI-डिज़ाइन की गई बैटरियों की दिशा में पहला कदम?

इंडियम एनोड रेंज एंग्जायटी को कम करने में मदद कर सकते हैं, जिससे बहुत बड़े और भारी बैटरिपैक की आवश्यकता घटेगी। हालांकि, इंडियम स्वयं एक बहुत भारी और घना धातु है।

इसी कारण प्रा. आर्चर अपनी टीम की इंडियम संबंधी खोज को एक शुरुआती बिंदु मानते हैं।

यहां कम्प्यूटेशनल केमिस्ट्री मॉडलिंग का अवसर है, संभवतः जेनरेटिव AI टूल्स का उपयोग करके, यह जानने के लिए कि कौन सी अन्य हल्की सामग्री रसायन विज्ञान समान रूप से कम Damköhler संख्याएँ प्राप्त कर सकती हैं।

उदाहरण के लिए, क्या ऐसे धातु मिश्रधातु हैं जिन्हें हमने कभी नहीं अध्ययन किया है, जिनमें वांछित विशेषताएँ हैं?

नए बैटरी सामग्री खोजने के लिए AI प्रगति का उपयोग करना एक वास्तविक विचार है, जैसा कि PNNL (पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लैबोरेटरी) के शोधकर्ताओं ने दिखाया है। हमारे लेख “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)” में हमने चर्चा की कि उन्होंने कई प्रेडिक्टिव केमिस्ट्री AI का उपयोग करके 80 घंटे से कम समय में 32 मिलियन विचारों को स्क्रीन किया, जिससे एक नई बैटरी इलेक्ट्रोलाइट की खोज हुई।

इसलिए शायद वही तकनीक उपयोग की जा सकती है, Damköhler संख्या पर ध्यान केंद्रित करके ऐसी सामग्री खोजने के लिए जो इंडियम जितनी अच्छी प्रदर्शन करे, लेकिन कम भारी हो।

बैटरियों का जीवन चक्र स्टॉक्स

1. Arcadium Lithium (Allkem + Livent का विलय)

Arcadium Allkem और Livent, दो लिथियम खनन नेताओं के बराबर विलय का परिणाम है, जिससे यह दुनिया का तीसरा सबसे बड़ा लिथियम उत्पादक बन गया। यह विलय एक ऐसी कंपनी बनाता है जो लिथियम उत्पादन और प्रसंस्करण के सभी चरणों में मौजूद है।

कंपनी का उत्पादन मुख्यतः अर्जेंटीना में, लिथियम त्रिकोण (चिली, अर्जेंटीना, बोलीविया) में ब्राइन के रूप में स्थित है, साथ ही कुछ हार्ड रॉक लिथियम कनाडा और ऑस्ट्रेलिया में है।

स्रोत: Arcadium

लिथियम एक वस्तु है जिसने हाल ही में कम कीमतों का सामना किया है, क्योंकि फोर्ड या जीएम जैसे प्रमुख ऑटोमेकर्स ने अपने इलेक्ट्रिक वाहन योजनाओं को धीमा कर दिया है। उसी समय, BYD जैसे चीनी इलेक्ट्रिक वाहन निर्माताओं पर कम लागत वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के साथ विदेशी बाजारों को भरने का आरोप लगाया गया है, जिससे आने वाले वर्षों में इलेक्ट्रिक वाहन अपनाने की नई लहर आ सकती है। उदाहरण के लिए, €10,000 की कीमत वाला BYD Seagull इस वर्ष यूरोप में आ रहा है।

इसलिए, लिथियम में वर्तमान मूल्य कमजोरी हमेशा नहीं रहेगी।

2. CATL

CATL बैटरी निर्माण में वैश्विक नेता है, जो वैश्विक बैटरी मात्रा का आधे से अधिक उत्पादन करता है। कंपनी बैटरी निर्माण आपूर्ति श्रृंखला के हर चरण में मौजूद है और बैटरी प्रौद्योगिकी में अग्रणी है।

यह लिथियम-आयन बैटरियों के लिए भी सत्य है, जहाँ कंपनी लंबे समय से स्थापित नेता है। CATL ने कई अन्य बैटरी प्रकारों में प्रभावशाली प्रगति की घोषणा भी की है :

• उपयोगिता-स्तर ऊर्जा भंडारण के लिए 12,000-साइकल अल्ट्रा-लॉन्ग-लाइफ बैटरी, दीर्घकालिक लक्ष्य के रूप में 18,000 साइकल।
• 700km LFP (लिथियम फेरम फॉस्फेट) बैटरी, 10 मिनट में 400km रेंज चार्ज करती है।
• 500 Wh/kg, जो संभावित रूप से यात्री विमान के इलेक्ट्रिफिकेशन को सक्षम कर सकता है।
• 160Wh/kg सोडियम-आयन बैटरियों का बड़े पैमाने पर उत्पादन, लक्ष्य 200 Wh/kg है।

स्रोत: CATL

CATL ने चीन में बैटरी रीसाइक्लिंग क्षमता में €3.25 बिलियन का निवेश भी किया है। CATL ने उल्लेखनीय रूप से निकेल, कोबाल्ट, मैंगनीज़ के लिए 99.6% और लिथियम के लिए 91% की शानदार पुनर्प्राप्ति दर हासिल की है।

अपने पैमाने, फोकस और R&D उपलब्धियों के कारण, CATL बैटरी नवाचार, निर्माण और रीसाइक्लिंग में अग्रणी होने की संभावना रखता है। यह इसे टेस्ला, NIO, फोर्ड, स्टेलैंटिस आदि सहित इलेक्ट्रिक वाहन निर्माताओं के लिए एक प्रमुख साझेदार बनाता है।

3. BYD

इलेक्ट्रिक वाहन बाजार में टेस्ला के लंबे समय से प्रतिस्पर्धी BYD ने केवल टेस्ला ही नहीं, बल्कि लगभग सभी ऑटोमेकर्स के लिए एक गंभीर प्रतिस्पर्धी बन गया है।

कंपनी अपने मूल रूप में फोन बैटरी आपूर्तिकर्ता से विकसित होकर चीन में टेस्ला के बराबर इलेक्ट्रिक वाहन बेचने और थाईलैंड, स्वीडन, ऑस्ट्रेलिया, न्यूज़ीलैंड, सिंगापुर, इज़राइल और ब्राज़ील में सबसे अधिक बिकने वाले इलेक्ट्रिक वाहन बनने तक पहुंची है।

BYD का बड़ा हिस्सा यह कारण है कि चीन अचानक 2023 में विश्व का सबसे बड़ा कार निर्यातक बन गया, जापान को पीछे छोड़ते हुए। कंपनी का आक्रामक विदेशी विस्तार नई फैक्ट्रियों, जैसे हंगरी में, द्वारा भी समर्थित है। और $10,000-$12,000 की कीमत वाली कारों जैसे Seagul के जारी होने से BYD इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए एक नया बाजार खुल सकता है।

स्रोत: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

अपनी मूलभूत भूमिका में, एक बैटरी निर्माता के रूप में, BYD LFP बैटरी बाजार में CATL के लिए एक गंभीर प्रतिस्पर्धी है, चीन में 41.1% बाजार हिस्सेदारी के साथ (CATL के 33.9% की तुलना में)।

यूरोपीय और अमेरिकी बाजारों में BYD द्वारा निर्मित सस्ते इलेक्ट्रिक वाहनों की ‘बाढ़’ संभवतः कुछ स्तर के संरक्षणवाद का सामना करेगी, जो BYD की वृद्धि को बाधित कर सकता है। लेकिन साथ ही, सस्ते चीनी इलेक्ट्रिक वाहन दुनिया के बाकी हिस्सों में पहले से ही बड़ी सफलता हैं, जहाँ घरेलू ऑटोमेकर्स की कमी है, जिसमें पूरे दक्षिण अमेरिका, रूस, अफ्रीका, मध्य पूर्व और दक्षिण पूर्व एशिया शामिल हैं।

यह BYD के लिए कई अरब संभावित ग्राहकों का प्रतिनिधित्व करता है, जो उन देशों में रहते हैं जो भू-राजनीतिक संतुलन स्थापित करने और पश्चिम और चीन दोनों के साथ अच्छे संबंध बनाए रखने के इच्छुक हैं, इसलिए अत्यधिक संरक्षणवादी बाधाएँ बनाना असंभव है।