ऊर्जा भंडारण में लेड-एसिड बैटरियां पहले हर जगह इस्तेमाल होती थीं, लेकिन आजकल कई मायनों में ये अपने आप में काफी कमजोर हैं। सबसे पहले, ये बैटरियां अधिकांश पोर्टेबल उपकरणों के लिए बहुत भारी और आकार में बड़ी होती हैं, इसलिए लोग अब उन चीजों में इसका इस्तेमाल नहीं करना चाहते, जो वे अपने साथ ले जाते हैं। बैटरी की आयु भी एक बड़ी समस्या है। इन पुरानी बैटरियों का जीवनकाल केवल 500 से 800 चार्जिंग साइकिल तक का होता है, जबकि लिथियम बैटरियां आसानी से 3000 साइकिल से अधिक तक पहुंच जाती हैं। प्रति किलोग्राम ऊर्जा घनत्व की बात करें तो लेड-एसिड बैटरियां केवल लगभग 30 वाट-घंटा/किग्रा की क्षमता रखती हैं, जबकि लिथियम बैटरियां आश्चर्यजनक 200 वाट-घंटा/किग्रा का प्रदर्शन करती हैं। वास्तविक दुनिया में प्रदर्शन की बात आने पर यह अंतर काफी मायने रखता है। और फिर पर्यावरण की बात भी है। सीसा एक जहरीला पदार्थ है, और इन बैटरियों के रीसाइक्लिंग में सभी शामिल पक्षों को बड़ी समस्याओं का सामना करना पड़ता है। यहां पर्यावरण पर इनका प्रभाव इतना बड़ा है कि इसे नजरअंदाज करना संभव नहीं है।
लिथियम अपनी उल्लेखनीय ऊर्जा घनत्व के कारण स्पष्ट रूप से ऊर्जा भंडारण दुनिया का राजा बन गया है। हम इसे अब हर जगह देखते हैं, हमारे जेब-से छोटे फ़ोन से लेकर एकल चार्ज पर कई दिनों तक चलने वाले तक, और फिर उन बड़ी इलेक्ट्रिक कारों तक जो असेंबली लाइनों से उतर रही हैं। लिथियम-आयन बैटरी के पीछे की तकनीक भी लगातार बेहतर हो रही है। चार्जिंग समय में काफी कमी आई है और ये बैटरियां ख़राब होने से पहले सैकड़ों चक्रों का सामना कर सकती हैं। इसका मतलब है कि उपकरण अधिक समय तक चलते हैं और समय के साथ कम लागत आती है। लिथियम इतना अच्छा क्यों है? यह बहुत हल्का होता है, जो पोर्टेबल सौर जनरेटर जैसी चीजों को डिज़ाइन करते समय बहुत मायने रखता है, जिन्हें लोग कैम्पिंग के दौरान पसंद करते हैं। लेकिन इस कहानी की एक अन्य भी बाजू है। पर्यावरण समूह यह पूछने उठे हैं कि यह सारा लिथियम कहाँ से आ रहा है। हालांकि कुछ ताजा अध्ययन साफ़ तरीकों से लिथियम की आपूर्ति की ओर इशारा करते हैं, जिससे यह बहस छिड़ गई है कि हमारा ऊर्जा भंडारण कितना वास्तव में हरित है। उद्योग जानता है कि अगर वे उपभोक्ताओं को अपने उत्पादों में निवेश करते रखना चाहते हैं, तो उन्हें इस समस्या का समाधान करना होगा।
1970 के दशक में लिथियम बैटरी तकनीक में कुछ काफी महत्वपूर्ण विकास हुए, जो मुख्य रूप से जॉन बी. गुडइनफ और राशिद याजामी जैसे लोगों के कारण हुए, जिन्होंने इलेक्ट्रोड में लिथियम के उपयोग के तरीकों के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया था। उन शोधकर्ताओं ने जो कुछ खोजा, उसी के आधार पर आज की हमारी बैटरी डिज़ाइन बनी। स्टैनली विटिंघम ने लिथियम इंटरकैलेशन यौगिकों के बारे में अपना विचार प्रस्तुत किया, जिसने उस समय ईवी समुदाय का काफी ध्यान आकर्षित किया। बेशक, उन वर्षों में बनी बैटरियां आज की तुलना में ज्यादा कुशल नहीं थीं, लेकिन फिर भी ये एक वास्तविक मोड़ की तरह थीं। आधुनिक बैटरियां निश्चित रूप से इस अवधि के दिग्गजों के कंधों पर खड़ी हैं। बहुत पहले विकसित किए गए सिद्धांत समय के साथ काफी बदल चुके हैं, और आज की बैटरियों में हम यह स्पष्ट रूप से देख सकते हैं कि ऊर्जा घनत्व और समग्र आयु में उनके पूर्ववर्तियों की तुलना में काफी सुधार हुआ है।
1980 के दशक में लिथियम बैटरी की तकनीक के लिए एक मील का पत्थर साबित हुआ, जब जॉन बी. गुडएनफ ने पाया कि कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड सामग्री के रूप में बहुत अच्छा काम करता है। उनकी खोज ने इन बैटरियों के ऊर्जा भंडारण क्षमता को बहुत बढ़ा दिया, जिससे उन्हें फोन और लैपटॉप जैसी चीजों के लिए व्यावहारिक बना दिया। इससे पहले, अधिकांश लोगों को यह भी नहीं पता था कि लिथियम-आयन बैटरी क्या है। गुडएनफ द्वारा किया गया कार्य बैटरी प्रदर्शन के लिए एक नया मानक बन गया, जिससे निर्माताओं को बिना बिजली के त्याग के छोटे उपकरण बनाने में सक्षम बनाया गया। आज भी, लिथियम के साथ कोबाल्ट का संयोजन बेहतर बैटरियां बनाने का आधार बना हुआ है। हम इसे हमारे स्मार्टफोन से लेकर बड़े पोर्टेबल पावर बैंकों तक में देख सकते हैं, जो हमें बाहरी साहसिक गतिविधियों या बिजली कटौती के दौरान ऊर्जा प्रदान करते हैं।
जब सोनी ने 1991 में लिथियम-आयन बैटरियों को बाजार में पेश किया, तो इसने उपभोक्ताओं के सोचने के तरीके को ही बदल दिया कि वे पोर्टेबल पावर के बारे में कैसे सोचते थे। इन बैटरियों को शुरूआत में छोटे गैजेट्स के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसके कारण व्यक्तिगत तकनीक से जुड़े कई क्षेत्रों में बड़ा परिवर्तन आया - मोबाइल फोन, लैपटॉप, मूल रूप से किसी भी चीज़ का उल्लेख करें जिसे बिना बड़े आकार के लंबे समय तक चलने वाली बैटरी की आवश्यकता थी। यह विकास इसलिए भी दिलचस्प है क्योंकि इसने हमारे दैनिक जीवन और पूरी उद्योगों को एक साथ बदल दिया। इसके माध्यम से वैज्ञानिक प्रयोगों और उपलब्ध उत्पादों के बीच की खाई को पाटा गया, जिन्हें लोग स्टोर की शेल्फ से खरीद सकते थे। आज की स्थिति को देखें, तो हम इन तकनीकों के आसपास बने विशाल बाजार देखते हैं, जिनमें कंपनियां बेहतर संस्करणों के विकास में अरबों डॉलर का निवेश कर रही हैं। बस गैजेट्स तक सीमित नहीं, इस नवाचार ने नई अनुप्रयोगों की नींव रखी, जैसे सौर ऊर्जा को कुशलतापूर्वक संग्रहित करना, जो आज भी अधिक हरित विकल्पों की ओर बढ़ने के साथ महत्व बनाए हुए है।
सारांश में, प्रारंभिक लिथियम अवधारणाओं से व्यापारिक क्षमता तक की यात्रा ने ऊर्जा स्टोरेज प्रौद्योगिकी के भविष्य के लिए एक उज्ज्वल मार्ग स्थापित किया है। इन महत्वपूर्ण मील के पत्थरों से सीखकर, हम अभी भी सुरक्षित, अधिक कुशल और स्थिर बैटरी बनाने में महत्वपूर्ण विकास देख रहे हैं।
लिथियम बैटरी की तकनीक में नवीनतम विकास में अब नैनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड्स को शामिल किया गया है, और ये बैटरी क्षमता के मामले में खेल के नियमों को बदल रहे हैं। ये सूक्ष्म संरचनाएं रासायनिक अभिक्रियाओं के होने वाले स्थान पर कहीं अधिक सतही क्षेत्र उत्पन्न करती हैं, जिससे बैटरियां कुल मिलाकर अधिक ऊर्जा संग्रहित कर सकती हैं। इसके परिणामस्वरूप हमने देखा है कि नई पीढ़ी की बैटरियां पहले की तुलना में लगभग 30% अधिक शक्ति रखती हैं, और साथ ही वे बहुत तेजी से चार्ज होती हैं, जो बाहरी यात्राओं या आपातकालीन स्थितियों में पोर्टेबल पावर स्टेशनों का उपयोग करने वाले लोगों के लिए काफी फायदेमंद है। एक अन्य बड़ा लाभ यह है कि नैनोटेक्नोलॉजी वास्तव में इन बैटरियों को अधिक समय तक चलने योग्य बनाती है। निर्माताओं को पहले बार-बार चार्जिंग चक्रों के बाद बैटरियों के तेजी से खराब होने की चिंता थी, लेकिन इलेक्ट्रोड डिजाइन में इन सूक्ष्म सुधारों के कारण यह समस्या सुलझती दिख रही है।
लिथियम बैटरियों को सुरक्षित रूप से समस्याओं के बिना चलाने के लिए ऊष्मा का प्रबंधन करना आवश्यक हो गया है। हाल के थर्मल तकनीक में विकास मुख्य रूप से अत्यधिक गर्म होने और आग लगने के खतरों को कम करने का उद्देश्य रखता है। नई शीतलन विधियां इलेक्ट्रिक कारों के साथ-साथ बड़ी ऊर्जा भंडारण इकाइयों में भी अच्छा काम करती हैं, जो थर्मल रनअवे को रोकती हैं, जो मूल रूप से बैटरियों के अनियंत्रित रूप से गर्म होने की स्थिति है। जब कंपनियां ये थर्मल प्रबंधन प्रणाली स्थापित करती हैं, तो बैटरियों का उपयोग करने वाले लोगों में इन पर अधिक विश्वास आता है, जिससे विभिन्न क्षेत्रों में इनके अपनाने में मदद मिलती है। परिणामस्वरूप, हम लिथियम बैटरियों को ग्रिड भंडारण से लेकर सौर ऊर्जा बैकअप तक हर चीज में बड़ी भूमिका निभाते देख रहे हैं, जो यह दर्शाता है कि वे अगली तकनीकी दिशा में क्यों महत्वपूर्ण हैं।
लिथियम बैटरियां आज के सौर ऊर्जा भंडारण व्यवस्थाओं में वास्तव में महत्वपूर्ण घटक बन गई हैं, जो नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का बेहतर उपयोग करने में मदद करती हैं। सौर भंडारण प्रणालियाँ मूल रूप से सौर ऊर्जा को संग्रहित करके काम करती हैं ताकि गृह मालिकों को तब भी बिजली मिल सके जब सूरज कम तेजी से चमक रहा हो। लिथियम बैटरियों को खास क्या बनाता है? ये कई चार्ज चक्रों को सहन कर सकती हैं और कुशलतापूर्वक काम करती हैं, जिसके कारण ये घर के पीछे के सौर पैनलों से लेकर बड़े औद्योगिक स्थापनाओं तक हर जगह दिखाई देती हैं। हाल के रुझानों को देखें तो यह पता चलता है कि अधिकाधिक लोग लिथियम आधारित भंडारण समाधानों पर स्विच कर रहे हैं। उद्योग के पूर्वानुमान बताते हैं कि इस क्षेत्र से अगले दशक के मध्य तक बिलियनों डॉलर की आय होगी। ये सभी आंकड़े एक ही बात की ओर संकेत करते हैं - ऊर्जा भंडारण में लिथियम तकनीक आगे चलकर प्रमुखता हासिल करने वाली है।
लिथियम बैटरियों का छोटा आकार लोगों के बिजली ग्रिड के बिना क्या करना संभव बना रहा है, इसमें बदलाव कर रहा है, खासकर जब कैम्पिंग करने जा रहे हों या आपातकालीन स्थितियों में सहायता के लिए बैकअप की आवश्यकता हो। वर्तमान में उपलब्ध पोर्टेबल पावर स्टेशनों में स्मार्ट सिस्टम शामिल हैं, जो बैटरियों को लंबे समय तक अच्छा काम करने में सक्षम बनाए रखते हैं और अच्छा प्रदर्शन भी बनाए रखते हैं। अधिक से अधिक लोग हल्के विकल्पों की तलाश में हैं जो कि कुशलता से काम करते हों, इसलिए हम पोर्टेबल पावर स्टेशन व्यवसाय में तेजी से वृद्धि देख रहे हैं। बाजार की अनुसंधान से यह भी साफ होता है कि यह केवल एक समयोचित प्रवृत्ति नहीं है। ऐसे उपकरण ऑफ-ग्रिड बाजार के एक बड़े हिस्से को संभालने के लिए तैयार दिख रहे हैं। वे वास्तव में आवश्यक उपकरण बन गए हैं, चाहे किसी को वीकएंड ट्रिप के लिए या घर पर अप्रत्याशित स्थितियों में बिजली की आवश्यकता हो।
ठोस अवस्था वाली बैटरियां लिथियम तकनीक के बारे में सब कुछ बदल सकती हैं क्योंकि उनमें कुछ बड़े फायदे हैं, जैसे बेहतर सुरक्षा और काफी अधिक ऊर्जा घनत्व। सामान्य बैटरियों से इनका मुख्य अंतर उनकी इलेक्ट्रोलाइट सामग्री में होता है। ज्वलनशील तरल पदार्थों के उपयोग के बजाय, इन नई बैटरियों में ठोस इलेक्ट्रोलाइट होते हैं, जिससे आग लगने की संभावना काफी कम हो जाती है। यह बात जिसकी ओर सभी बैटरी विशेषज्ञ लंबे समय से इशारा कर रहे थे। अधिकांश विशेषज्ञों का मानना है कि हमें ये बैटरियां 2030 के आसपास या उससे पहले भी दुकानों में दिखाई दे सकती हैं, अगर सब कुछ अच्छी तरह से चलता है। बड़ी कंपनियां पहले से ही इस तकनीक के विकास में गंभीर निवेश कर रही हैं, और दुनिया भर में स्थित प्रयोगशालाएं बड़े पैमाने पर उत्पादन की तकनीकों को समझने की होड़ में लगी हुई हैं।
लिथियम बैटरी तकनीक के भविष्य पर भारी रूप से पुन: चक्रण विधियों के कामकाज पर निर्भर करता है जो एक परिपत्र अर्थव्यवस्था ढांचे के भीतर काम करती है। जब हम पुरानी बैटरियों से महंगे धातुओं को वापस पाने के साथ-साथ कचरा कम करने की बात करते हैं, तो ऐसे नवाचार का हरित रखने के लिए बहुत महत्व होता है। कुछ नए दृष्टिकोण अब रीसायकलर्स को उपयोग किए गए सेलों से लिथियम और कोबाल्ट जैसे लगभग 95% पदार्थ निकालने की अनुमति देते हैं। कुछ ही साल पहले संभव था उसकी तुलना में वसूली दर काफी प्रभावशाली है। कार्बन फुटप्रिंट और इलेक्ट्रॉनिक कचरा पर सरकारों द्वारा नियमों को कड़ा करने के साथ, कई निर्माता अगली पीढ़ी के पुन: चक्रण प्रणालियों में धन डाल रहे हैं। ये निवेश कंपनियों को विनियमन आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद करते हैं और समय के साथ सामग्री कच्चे माल को कैसे संभालना है इस बारे में स्मार्ट विकल्प बनाने में मदद करते हैं।
