EVBattery : ज़्यादातर लिथियम आयन बैटरी में सिंथेटिक ग्रेफाइट एनोड नेगेटिव इलेक्ट्रोड बनाते हैं, जो चार्जिंग साइकिल के दौरान लेयर्ड कार्बन स्ट्रक्चर के बीच लिथियम आयन को स्टोर करते हैं। एक आम EV बैटरी में लगभग 50 से 100 किलोग्राम ग्रेफाइट होता है, जो अक्सर वज़न के हिसाब से लिथियम से भी ज़्यादा होता है। जबकि नेचुरल ग्रेफाइट माइनिंग दुनिया भर में होती है, हाई परफॉर्मेंस बैटरी सिस्टम तेज़ी से सिंथेटिक ग्रेफाइट पर निर्भर हो रहे हैं क्योंकि इसकी प्योरिटी ज़्यादा होती है, पार्टिकल एक जैसे होते हैं, और फास्ट चार्जिंग कंडीशन में साइकिल की स्टेबिलिटी बेहतर होती है। रुकावट माइनिंग नहीं बल्कि थर्मल प्रोसेसिंग है। सिंथेटिक ग्रेफाइट पेट्रोलियम कोक या नीडल कोक को ग्रेफाइटाइजेशन फर्नेस के अंदर कई दिनों या हफ्तों तक लगभग 2,800 से 3,000°C तक गर्म करके बनाया जाता है, जिससे कार्बन एटम को क्रिस्टल जैसी लेयर में रीस्ट्रक्चर किया जाता है। इस प्रोसेस में बहुत ज़्यादा एनर्जी लगती है, अक्सर प्रति टन 10 से 15 MWh खर्च होता है, और इसमें इम्प्योरिटी लेवल पर कड़ा कंट्रोल ज़रूरी होता है क्योंकि ट्रेस मेटैलिक कंटैमिनेशन सेल्स के अंदर डिग्रेडेशन और लिथियम प्लेटिंग तेज़ हो जाती है। चीन इंडस्ट्रियल स्केल पर इस सिस्टम को कंट्रोल करता है। 2024 तक, चीन के पास ग्लोबल एनोड प्रोसेसिंग कैपेसिटी का लगभग 90%+ हिस्सा होगा और वह ग्रेफाइटाइजेशन इंफ्रास्ट्रक्चर, प्यूरिफिकेशन सिस्टम, कोटिंग लाइन और प्रीकर्सर रिफाइनिंग में सबसे आगे है। यहां तक कि यूनाइटेड स्टेट्स, यूरोप, जापान या साउथ कोरिया में असेंबल की गई बैटरी भी अक्सर सप्लाई चेन में कहीं न कहीं चीनी प्रोसेस्ड ग्रेफाइट पर निर्भर करती हैं। स्ट्रेटेजिक रुकावट सेल असेंबली के बजाय अपस्ट्रीम इंडस्ट्रियल केमिस्ट्री है। लिथियम आयन बैटरी स्केलिंग आखिरकार हाई टेम्परेचर कार्बन प्रोसेसिंग इकोसिस्टम पर निर्भर करती है जो धीमे, एनर्जी इंटेंसिव और कॉपी करने में मुश्किल होते हैं। रुकावट बैटरी मटीरियल की खोज नहीं है। यह लगातार इलेक्ट्रोकेमिकल क्वालिटी के साथ कॉन्टिनेंटल स्केल पर कार्बन को रिफाइन करने में सक्षम थर्मल और केमिकल इंफ्रास्ट्रक्चर बनाना है।
क्या है इसका तोड़ ?
इसका तोड़ है ग्रेफाइट मुक्त अनोडलेस या एनोड-फ्री बैटरी डिजाइन बैटरी जो सॉलिड स्टेट बैटरी हैं। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों में एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) पहले से मौजूद होता है, जिसमें ग्रेफाइट या लिथियम मेटल का उपयोग किया जाता है। लेकिन अनोडलेस डिजाइन में बैटरी को बिना एनोड के असेंबल किया जाता है। चार्जिंग के दौरान कैथोड से लिथियम आयन निकलकर करंट कलेक्टर (जैसे कॉपर फॉयल) पर प्लेट होकर एनोड का रूप ले लेते हैं। डिस्चार्ज पर यह प्रक्रिया उलट जाती है।
यह डिजाइन विशेष रूप से सॉलिड-स्टेट बैटरियों (ठोस अवस्था बैटरियों) के साथ सबसे प्रभावी है। सॉलिड-स्टेट बैटरियां तरल इलेक्ट्रोलाइट की जगह ठोस इलेक्ट्रोलाइट (सल्फाइड, ऑक्साइड या पॉलिमर आधारित) का उपयोग करती हैं, जो सुरक्षा बढ़ाता है और डेंड्राइट फॉर्मेशन को कम करता है।
एनोड सामग्री हटाने से बैटरी का वजन और आयतन कम हो जाता है। इससे 325-440 Wh/kg तक की ऊर्जा घनत्व प्राप्त हो सकती है, जो पारंपरिक बैटरियों से काफी बेहतर है।
लिथियम मेटल को पहले से हैंडल करने की जरूरत नहीं पड़ती, जिससे उत्पादन के दौरान आग या प्रतिक्रिया का खतरा कम होता है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट डेंड्राइट को रोकता है।इसमें पतली लिथियम मेटल फिल्म बनाने की जटिल प्रक्रिया समाप्त हो जाती है। सही इंटरफेस इंजीनियरिंग जैसे लिथियोफिलिक कोटिंग से साइकिलिंग स्थिरता बढ़ती है। कुछ प्रयोगशालाओं में सैकड़ों चक्र सफलतापूर्वक पूरे किए गए हैं।
मगर इस नयी एनोडलेस बैटरी में बड़ी तकनीकी चुनौतियां है जिसमें मुख्य समस्या लिथियम प्लेटिंग की असमानता है। इससे void formation, dead lithium और कम Coulombic efficiency होती है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट और करंट कलेक्टर के बीच इंटरफेस प्रतिरोध भी एक बड़ी बाधा है। उच्च स्टैक प्रेशर की जरूरत, वॉल्यूम चेंज और लंबे समय तक स्थिरता बनाए रखना चुनौतीपूर्ण है।
कंपनियां जैसे QuantumScape, LG Energy Solution और ION Storage Systems इस क्षेत्र में काम कर रही हैं। LG ने लिथियोफिलिक मटेरियल कोटिंग और ऑक्सीडेशन ट्रीटमेंट के साथ ठोस इलेक्ट्रोलाइट को जोड़कर प्रगति की है।
