एक ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ता के नेतृत्व में वैज्ञानिकों ने एक नया इलेक्ट्रोलाइट विकसित किया है जो जस्ता बैटरी में जिंक मेटल एनोड की दक्षता को लगभग 100%तक बढ़ाता है, जो बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए लिथियम-आयन बैटरी के विकल्प के रास्ते पर एक सफलता है।
यह शोध नई बैटरी केमिस्ट्री के लिए चल रही वैश्विक खोज का हिस्सा है, जो कि सूर्य isn`t चमकने और हवा में बहने के लिए उपयोग के लिए इलेक्ट्रिक ग्रिड पर अक्षय सौर और पवन ऊर्जा को संग्रहीत करने में सक्षम है।
Xiulei [डेविड "OSU कॉलेज ऑफ साइंस का जी और एक सहयोग जिसमें एचपी इंक और ग्रोटथस इंक शामिल थे। एक ओरेगन स्टेट स्पिनआउट कंपनी, नेचर सस्टेनेबिलिटी में अपने निष्कर्षों की सूचना दी।
[सफलता उपभोक्ताओं के लिए जस्ता धातु की बैटरी को अधिक सुलभ बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण उन्नति का प्रतिनिधित्व करती है, "जी ने कहा। [ये बैटरी अतिरिक्त सौर और पवन खेतों की स्थापना के लिए आवश्यक हैं। इसके अलावा, वे घर ऊर्जा भंडारण के लिए एक सुरक्षित और कुशल समाधान प्रदान करते हैं , साथ ही समुदायों के लिए ऊर्जा भंडारण मॉड्यूल जो प्राकृतिक आपदाओं के लिए असुरक्षित हैं। "
एक बैटरी रासायनिक ऊर्जा के रूप में बिजली को संग्रहीत करती है और प्रतिक्रियाओं के माध्यम से इसे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। कई अलग -अलग प्रकार की बैटरी हैं, लेकिन उनमें से अधिकांश एक ही मूल तरीके से काम करते हैं और इसमें समान मूल घटक होते हैं। प्रत्येक बैटरी में दो इलेक्ट्रोड होते हैं - एनोड, जिसमें से इलेक्ट्रॉन एक बाहरी सर्किट में बहते हैं, और कैथोड, जो बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है - और इलेक्ट्रोलाइट, रासायनिक माध्यम जो इलेक्ट्रोड को अलग करता है और उनके बीच आयनों के प्रवाह की अनुमति देता है ।
एक धातु पर भरोसा करते हुए जो सुरक्षित और प्रचुर मात्रा में है, जस्ता-आधारित बैटरी ऊर्जा-घनी होती है और ग्रिड ऊर्जा भंडारण के लिए एक संभावित विकल्प के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले लिथियम-आयन बैटरी के लिए देखा जाता है, जिसका उत्पादन कोबाल्ट और जैसे दुर्लभ धातुओं की सिकुड़ते आपूर्ति पर निर्भर करता है जैसे कि कोबाल्ट और निकेल। कोबाल्ट और निकल भी विषाक्त हैं और यदि वे लैंडफिल से बाहर निकलते हैं तो पारिस्थितिक तंत्र और जल स्रोतों को दूषित कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, लिथियम-आयन बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट्स आमतौर पर ज्वलनशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स में भंग हो जाते हैं जो अक्सर उच्च ऑपरेशन वोल्टेज पर विघटित होते हैं। अन्य सुरक्षा चिंताओं में डेंड्राइट्स शामिल हैं, जो एक बैटरी के अंदर उगने वाले छोटे पेड़ों से मिलते जुलते हैं। वे एक ड्राइववे में दरारें के माध्यम से उगने वाले थिसल्स की तरह विभाजक को छेद सकते हैं, जिससे अवांछित और कभी -कभी असुरक्षित रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।
[जिंक मेटल बैटरी बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए अग्रणी उम्मीदवार प्रौद्योगिकियों में से एक है, "जी ने कहा। [हमारे नए हाइब्रिड इलेक्ट्रोलाइट पानी और एक साधारण बैटरी विलायक का उपयोग करते हैं, जो गैर-ज्वलनशील, लागत प्रभावी और कम पर्यावरणीय प्रभाव का उपयोग करता है। इलेक्ट्रोलाइट सस्ती क्लोराइड लवण के एक भंग मिश्रण से बना है, जिसमें प्राथमिक एक जस्ता क्लोराइड है। "
जिंक बैटरी से युक्त भंडारण सुविधा द्वारा वितरित बिजली की लागत केवल जीवाश्म-ईंधन-उत्पादित बिजली के साथ प्रतिस्पर्धी हो सकती है यदि बैटरी में हजारों चक्रों का एक लंबा चक्र जीवन है, जी ने कहा। आज तक, हालांकि, साइकिल जीवन जिंक एनोड के खराब प्रतिवर्ती प्रदर्शन द्वारा सीमित किया गया है। चार्जिंग के दौरान, JI बताते हैं, इलेक्ट्रोलाइट में जस्ता उद्धरण इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करते हैं और एनोड सतह पर चढ़ाया जाता है। डिस्चार्ज के दौरान, प्लेटेड एनोड इलेक्ट्रोलाइट में भंग किए जाने के लिए वर्कलोड के लिए इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है।
[यह जस्ता चढ़ाना और विघटन प्रक्रिया अक्सर अपरिवर्तनीय रूप से अपरिवर्तनीय होती है, "जी ने कहा। [अर्थात्, चढ़ाना में उपयोग किए जाने वाले कुछ इलेक्ट्रॉनों को डिस्चार्ज के दौरान फिर से नहीं किया जा सकता है। यह कूलम्बिक दक्षता के रूप में जाना जाने वाला क्षेत्र में एक समस्या है।"
Coulombic दक्षता, या CE, इस बात का एक उपाय है कि बैटरी में इलेक्ट्रॉनों को कितनी अच्छी तरह से स्थानांतरित किया जाता है, बैटरी से निकाले गए कुल चार्ज का अनुपात एक पूर्ण चक्र में चार्ज करने के लिए। लिथियम-आयन बैटरी 99%से अधिक में एक सीई हो सकती है।
मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, पेन स्टेट और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड के वैज्ञानिकों सहित जीआई और सहयोगियों द्वारा विकसित नए इलेक्ट्रोलाइट ने 99.95%के सीई को सक्षम किया।
[जिंक बैटरी के साथ प्राथमिक चुनौती यह है कि जिंक इलेक्ट्रोलाइट में पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है ताकि हाइड्रोजन गैस को हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया कहा जा सके, "जी ने कहा। [यह परजीवी प्रतिक्रिया एक छोटे चक्र जीवन का कारण बनती है और एक संभावित सुरक्षा खतरा भी है। "
नया इलेक्ट्रोलाइट, हालांकि, पानी की प्रतिक्रियाशीलता को प्रतिबंधित करता है और लगभग एनोड की सतह पर एक [पास होने की परत "बनाकर हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया को बंद कर देता है। एक समान पास होने की परत वह है जो लिथियम-आयन बैटरी में प्रारंभिक व्यावसायीकरण को सक्षम करती है जो लिथियम-आयन बैटरी के प्रारंभिक व्यावसायीकरण को सक्षम करती है। 1990 के दशक। जी ने ओएसयू रसायन विज्ञान के सहयोगी चोंग फैंग को पछतावा तंत्र का निर्धारण करने के लिए यूसी रिवरसाइड में फेमटोसेकंड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एलेक्स ग्रीनी का उपयोग करके इलेक्ट्रोलाइट की परमाणु संरचना को उजागर करने के लिए क्रेडिट किया।
[इसके अलावा, यह ध्यान देने योग्य है कि हमने जो दक्षता मापी है वह कठोर परिस्थितियों में है जो हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया के कारण होने वाली किसी भी क्षति को मुखौटा नहीं करती है, "जी ने कहा। [सफलता ने यहां बताया कि जस्ता धातु बैटरी के निकट भविष्य के व्यावसायीकरण के लिए हेराल्ड्स ने कहा। बड़े पैमाने पर ग्रिड स्टोरेज। "
OSU`s Kyriakos Stylianou ने भी इस शोध में भाग लिया, जिसे नेशनल साइंस फाउंडेशन और अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा समर्थित किया गया था।
