பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தின் அறிவியல்: ஒரு உலகளாவிய கண்ணோட்டம்

பேட்டரிகள் நவீன உலகின் அறியப்படாத நாயகர்கள். நமது ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகளுக்கு சக்தி அளிப்பது முதல் மின்சார வாகனங்களை இயக்குவது மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை சேமிப்பது வரை, உலகெங்கிலும் உள்ள எண்ணற்ற பயன்பாடுகளுக்கு பேட்டரிகள் அவசியமானவை. இந்த வலைப்பதிவு இடுகை பேட்டரி தொழில்நுட்பத்திற்குப் பின்னால் உள்ள அறிவியலை ஆராய்கிறது, ஆற்றல் சேமிப்பின் எதிர்காலத்தை வடிவமைக்கும் கொள்கைகள், பொருட்கள் மற்றும் கண்டுபிடிப்புகள் பற்றிய விரிவான கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது.

பேட்டரி என்றால் என்ன? அடிப்படைக் கொள்கைகள்

அதன் மையத்தில், ஒரு பேட்டரி என்பது வேதி ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு மின்வேதியியல் சாதனம் ஆகும். இந்த மாற்றம் ஆக்ஸிஜனேற்ற-ஒடுக்க (ரெடாக்ஸ்) வினைகளை நம்பியுள்ளது. அதன் முக்கிய கூறுகள் மற்றும் செயல்முறைகளைப் பார்ப்போம்:

• மின்முனைகள் (Electrodes): இவை ரெடாக்ஸ் வினைகளில் பங்கேற்கும் கடத்தும் பொருட்கள் (பொதுவாக உலோகங்கள் அல்லது உலோக சேர்மங்கள்). ஒரு பேட்டரியில் இரண்டு மின்முனைகள் உள்ளன: ஆனோடு (எதிர்மின் முனை) மற்றும் கேத்தோடு (நேர்மின் முனை).
• மின்பகுளி (Electrolyte): இது அயனிகள் மின்முனைகளுக்கு இடையில் செல்ல அனுமதிக்கும் ஊடகம். இது திரவமாகவோ, திடப்பொருளாகவோ அல்லது கூழ்மமாகவோ இருக்கலாம். மின்பகுளி பேட்டரிக்குள் மின்னூட்ட ஓட்டத்தை எளிதாக்குகிறது.
• பிரிப்பான் (Separator): இது மின்முனைகள் ஒன்றையொன்று நேரடியாகத் தொடுவதைத் தடுக்கும் ஒரு பௌதீகத் தடையாகும், இது ஒரு ஷார்ட் சர்க்யூட்டை ஏற்படுத்தும். இருப்பினும், பிரிப்பான் அயனிகளை அதன் வழியாக செல்ல அனுமதிக்க வேண்டும்.

இது எப்படி வேலை செய்கிறது:

1. மின்னிறக்கம் (Discharge): ஒரு பேட்டரி ஒரு சுற்றுடன் இணைக்கப்படும் போது, ​​எலக்ட்ரான்கள் ஆனோடில் இருந்து (ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழும் இடம்) கேத்தோடுக்கு (ஒடுக்கம் நிகழும் இடம்) வெளிப்புற சுற்று வழியாக பாய்கின்றன, இது மின் சக்தியை வழங்குகிறது. அதே நேரத்தில், அயனிகள் மின்பகுளி வழியாக நகர்ந்து உள் சுற்றை நிறைவு செய்கின்றன.
2. மின்னேற்றம் (Charge): சார்ஜ் செய்யும் போது, ​​ஒரு வெளிப்புற சக்தி மூலம் எலக்ட்ரான்கள் எதிர் திசையில், கேத்தோடில் இருந்து ஆனோடுக்கு பாய்கின்றன, இது வேதியியல் வினைகளைத் தலைகீழாக மாற்றி பேட்டரிக்குள் ஆற்றலைச் சேமிக்கிறது.

பேட்டரிகளின் வகைகள்: ஒரு உலகளாவிய கண்ணோட்டம்

பேட்டரிகள் பல்வேறு வகைகளில் வருகின்றன, ஒவ்வொன்றும் அதன் சொந்த நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளைக் கொண்டுள்ளன. உலகளவில் பயன்படுத்தப்படும் சில பொதுவான வகைகளைப் பார்ப்போம்:

1. லெட்-அமில பேட்டரிகள் (Lead-Acid Batteries)

லெட்-அமில பேட்டரிகள் பழமையான ரிச்சார்ஜபிள் பேட்டரி தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாகும். அவை குறைந்த விலை மற்றும் அதிக எழுச்சி மின்னோட்ட திறனுக்காக அறியப்படுகின்றன, இது அவற்றை வாகன ஸ்டார்ட்டிங், லைட்டிங் மற்றும் இக்னிஷன் (SLI) அமைப்புகள் மற்றும் காப்பு மின்சாரம் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.

நன்மைகள்:

• குறைந்த விலை
• அதிக எழுச்சி மின்னோட்டம்
• நன்கு நிறுவப்பட்ட தொழில்நுட்பம்

தீமைகள்:

• குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி (கனமான மற்றும் பருமனான)
• வரையறுக்கப்பட்ட சுழற்சி ஆயுள்
• ஈய உள்ளடக்கம் காரணமாக சுற்றுச்சூழல் கவலைகள்

2. நிக்கல்-காட்மியம் (NiCd) பேட்டரிகள்

லித்தியம்-அயன் தொழில்நுட்பத்தின் எழுச்சிக்கு முன்பு, NiCd பேட்டரிகள் போர்ட்டபிள் எலக்ட்ரானிக்ஸில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டன. அவை நல்ல சுழற்சி ஆயுளை வழங்குகின்றன மற்றும் பரந்த வெப்பநிலை வரம்பில் செயல்பட முடியும்.

நன்மைகள்:

• நல்ல சுழற்சி ஆயுள்
• பரந்த வெப்பநிலை வரம்பு
• ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த விலை

தீமைகள்:

• குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி
• காட்மியம் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தது, சுற்றுச்சூழல் கவலைகளை ஏற்படுத்துகிறது
• "மெமரி விளைவு" (ரீசார்ஜ் செய்வதற்கு முன் முழுமையாக டிஸ்சார்ஜ் செய்யப்படாவிட்டால் கொள்ளளவு குறைதல்)

3. நிக்கல்-மெட்டல் ஹைட்ரைடு (NiMH) பேட்டரிகள்

NiMH பேட்டரிகள் NiCd பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது மேம்பட்ட ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகின்றன மற்றும் குறைந்த நச்சுத்தன்மை கொண்டவை. அவை பொதுவாக கலப்பின மின்சார வாகனங்கள் (HEVs) மற்றும் போர்ட்டபிள் எலக்ட்ரானிக்ஸில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

நன்மைகள்:

• NiCd ஐ விட அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி
• NiCd ஐ விட குறைந்த நச்சுத்தன்மை
• நல்ல சுழற்சி ஆயுள்

தீமைகள்:

• NiCd ஐ விட அதிக சுய-மின்னிறக்க விகிதம்
• NiCd ஐ விட விலை அதிகம்

4. லித்தியம்-அயன் (Li-ion) பேட்டரிகள்

லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் போர்ட்டபிள் எலக்ட்ரானிக்ஸ், மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளில் புரட்சியை ஏற்படுத்தியுள்ளன. அவை அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி, நீண்ட சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த சுய-மின்னிறக்கத்தை வழங்குகின்றன.

நன்மைகள்:

• அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி
• நீண்ட சுழற்சி ஆயுள்
• குறைந்த சுய-மின்னிறக்கம்
• பன்முகத்தன்மை (பல்வேறு பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படலாம்)

தீமைகள்:

• மற்ற பேட்டரி வகைகளை விட விலை அதிகம்
• பாதுகாப்பு கவலைகள் (வெப்ப ஓட்டம் மற்றும் தீ ஏற்படுவதற்கான சாத்தியம்)
• காலப்போக்கில் தரம் குறைதல்

5. லித்தியம் பாலிமர் (Li-Po) பேட்டரிகள்

Li-Po பேட்டரிகள் ஒரு வகை லித்தியம்-அயன் பேட்டரி ஆகும், இது திரவ மின்பகுளிக்கு பதிலாக பாலிமர் மின்பகுளியைப் பயன்படுத்துகிறது. அவை இலகுவானவை மற்றும் பல்வேறு வடிவங்களிலும் அளவுகளிலும் தயாரிக்கப்படலாம், இது ட்ரோன்கள் மற்றும் போர்ட்டபிள் சாதனங்கள் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

நன்மைகள்:

• இலகுவானது
• நெகிழ்வான வடிவ காரணி
• அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி

தீமைகள்:

• பாரம்பரிய Li-ion பேட்டரிகளை விட விலை அதிகம்
• அதிக சார்ஜ் மற்றும் அதிக டிஸ்சார்ஜ் செய்வதற்கு உணர்திறன் கொண்டது
• சில Li-ion பேட்டரிகளை விட குறுகிய ஆயுட்காலம்

6. சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள்

சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய மாற்றாக உருவாகி வருகின்றன, குறிப்பாக பெரிய அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பு பயன்பாடுகளுக்கு. சோடியம் லித்தியத்தை விட அதிக அளவில் மற்றும் மலிவானது.

நன்மைகள்:

• சோடியம் அதிக அளவில் மற்றும் மலிவானது
• Li-ion ஐ விட குறைந்த செலவு சாத்தியம்
• நல்ல குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன்

தீமைகள்:

• Li-ion ஐ விட குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி
• இன்னும் வளர்ச்சியில் உள்ளது (Li-ion போல முதிர்ச்சியடையவில்லை)

முக்கிய பேட்டரி பண்புகள்

பேட்டரி செயல்திறனை மதிப்பிடுவதற்கு பல பண்புகள் முக்கியமானவை:

• மின்னழுத்தம் (Voltage): மின்முனைகளுக்கு இடையிலான சாத்தியமான வேறுபாடு, வோல்ட் (V) இல் அளவிடப்படுகிறது.
• கொள்ளளவு (Capacity): ஒரு பேட்டரி சேமிக்கக்கூடிய மின்னூட்டத்தின் அளவு, ஆம்பியர்-மணிநேரம் (Ah) அல்லது மில்லிஆம்பியர்-மணிநேரம் (mAh) இல் அளவிடப்படுகிறது.
• ஆற்றல் அடர்த்தி (Energy Density): ஒரு பேட்டரி ஒரு யூனிட் கனஅளவு (Wh/L) அல்லது நிறை (Wh/kg) க்கு சேமிக்கக்கூடிய ஆற்றலின் அளவு.
• சக்தி அடர்த்தி (Power Density): ஒரு பேட்டரி ஆற்றலை வழங்கக்கூடிய விகிதம், ஒரு கிலோகிராமுக்கு வாட்ஸ் (W/kg) இல் அளவிடப்படுகிறது.
• சுழற்சி ஆயுள் (Cycle Life): ஒரு பேட்டரி அதன் செயல்திறன் கணிசமாகக் குறைவதற்கு முன்பு மேற்கொள்ளக்கூடிய சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை.
• சுய-மின்னிறக்கம் (Self-Discharge): ஒரு பேட்டரி பயன்பாட்டில் இல்லாதபோது மின்னூட்டத்தை இழக்கும் விகிதம்.
• உள் எதிர்ப்பு (Internal Resistance): பேட்டரிக்குள் மின்னோட்ட ஓட்டத்திற்கான எதிர்ப்பு, இது அதன் செயல்திறன் மற்றும் சக்தி வெளியீட்டை பாதிக்கிறது.
• செயல்பாட்டு வெப்பநிலை (Operating Temperature): ஒரு பேட்டரி பாதுகாப்பாகவும் திறமையாகவும் செயல்படக்கூடிய வெப்பநிலை வரம்பு.

பொருள் அறிவியல் மற்றும் பேட்டரி செயல்திறன்

ஒரு பேட்டரியின் செயல்திறன் அதன் கட்டுமானத்தில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களைப் பெரிதும் சார்ந்துள்ளது. ஆற்றல் அடர்த்தி, சக்தி அடர்த்தி, சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் பாதுகாப்பை மேம்படுத்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொடர்ந்து புதிய பொருட்களை ஆராய்ந்து வருகின்றனர்.

கேத்தோடு பொருட்கள்

கேத்தோடு பொருள் பேட்டரியின் மின்னழுத்தம் மற்றும் கொள்ளளவை தீர்மானிப்பதில் ஒரு முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. பொதுவான கேத்தோடு பொருட்கள் பின்வருமாறு:

• லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LCO): அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி காரணமாக பல நுகர்வோர் மின்னணுவியலில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LMO): நல்ல வெப்ப நிலைத்தன்மையை வழங்குகிறது மற்றும் பெரும்பாலும் சக்தி கருவிகள் மற்றும் கலப்பின மின்சார வாகனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• லித்தியம் நிக்கல் மாங்கனீசு கோபால்ட் ஆக்சைடு (NMC): ஆற்றல் அடர்த்தி, சக்தி மற்றும் சுழற்சி ஆயுள் ஆகியவற்றின் நல்ல சமநிலையை வழங்கும் ஒரு பன்முகப் பொருள். இது மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP): அதன் பாதுகாப்பு, நீண்ட சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மைக்காக அறியப்படுகிறது. இது பெரும்பாலும் மின்சார பேருந்துகள் மற்றும் கட்டம் அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• லித்தியம் நிக்கல் கோபால்ட் அலுமினியம் ஆக்சைடு (NCA): அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகிறது மற்றும் சில மின்சார வாகனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

ஆனோடு பொருட்கள்

ஆனோடு பொருள் பேட்டரியின் கொள்ளளவு மற்றும் சுழற்சி ஆயுளைப் பாதிக்கிறது. பொதுவான ஆனோடு பொருட்கள் பின்வருமாறு:

• கிராஃபைட்: நல்ல மின்வேதியியல் செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த விலை காரணமாக லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஆனோடு பொருள்.
• சிலிக்கான்: கிராஃபைட்டை விட கணிசமாக அதிக தத்துவார்த்த கொள்ளளவை வழங்குகிறது, ஆனால் இது சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது பெரிய அளவு மாற்றங்களுக்கு உள்ளாகிறது, இது சிதைவுக்கு வழிவகுக்கும். ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிலிக்கான் கலவைகள் அல்லது நானோ கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி இந்த சிக்கலைக் குறைக்க வழிகளை ஆராய்ந்து வருகின்றனர்.
• லித்தியம் டைட்டனேட் (LTO): சிறந்த சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் பாதுகாப்பை வழங்குகிறது ஆனால் கிராஃபைட்டுடன் ஒப்பிடும்போது குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது.

மின்பகுளி பொருட்கள்

மின்பகுளி மின்முனைகளுக்கு இடையில் அயன் போக்குவரத்தை எளிதாக்குகிறது. பொதுவான மின்பகுளி பொருட்கள் பின்வருமாறு:

• திரவ மின்பகுளிகள்: பொதுவாக கரிம கரைப்பான்களில் கரைக்கப்பட்ட லித்தியம் உப்புகளால் ஆனவை. அவை நல்ல அயனி கடத்துத்திறனை வழங்குகின்றன, ஆனால் தீப்பற்றக்கூடியவையாகவும் பாதுகாப்பு அபாயங்களை ஏற்படுத்தக்கூடியவையாகவும் இருக்கலாம்.
• திட-நிலை மின்பகுளிகள்: திரவ மின்பகுளிகளுடன் ஒப்பிடும்போது மேம்பட்ட பாதுகாப்பு மற்றும் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகின்றன. அவை பீங்கான், பாலிமர்கள் மற்றும் கலவைகள் உள்ளிட்ட பல்வேறு பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படலாம்.
• கூழ் பாலிமர் மின்பகுளிகள்: திரவ மற்றும் திட மின்பகுளிகளின் நன்மைகளை இணைத்து, நல்ல அயனி கடத்துத்திறன் மற்றும் மேம்பட்ட பாதுகாப்பை வழங்குகின்றன.

பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகள் (BMS)

ஒரு பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்பு (BMS) என்பது ஒரு ரிச்சார்ஜபிள் பேட்டரியை (செல் அல்லது பேட்டரி பேக்) நிர்வகிக்கும் ஒரு மின்னணு அமைப்பு ஆகும், அதாவது பேட்டரியை அதன் பாதுகாப்பான செயல்பாட்டு பகுதிக்கு வெளியே செயல்படுவதிலிருந்து பாதுகாத்தல் (அதிக சார்ஜ், அதிக டிஸ்சார்ஜ், அதிக மின்னோட்டம், அதிக வெப்பநிலை/குறைந்த வெப்பநிலை), அதன் நிலையை கண்காணித்தல், இரண்டாம் நிலை தரவைக் கணக்கிடுதல், அந்தத் தரவைப் புகாரளித்தல், அதன் சூழலைக் கட்டுப்படுத்துதல், அதை அங்கீகரித்தல் மற்றும்/அல்லது சமநிலைப்படுத்துதல். BMS இதற்கு முக்கியமானது:

• பேட்டரியை சேதத்திலிருந்து பாதுகாத்தல்
• ஆயுட்காலத்தை நீட்டித்தல்
• பாதுகாப்பைப் பராமரித்தல்
• செயல்திறனை மேம்படுத்துதல்

முக்கிய செயல்பாடுகள் அடங்கும்:

• மின்னழுத்த கண்காணிப்பு: ஒவ்வொரு செல்லும் பாதுகாப்பான மின்னழுத்த வரம்புகளுக்குள் இருப்பதை உறுதி செய்தல்.
• வெப்பநிலை கண்காணிப்பு: அதிக வெப்பம் அல்லது குறைந்த குளிர்ச்சியைத் தடுத்தல்.
• மின்னோட்ட கண்காணிப்பு: அதிக மின்னோட்ட நிலைகளுக்கு எதிராகப் பாதுகாத்தல்.
• செல் சமநிலைப்படுத்துதல்: ஒரு பேக்கில் உள்ள அனைத்து செல்களும் ஒரே சார்ஜ் நிலையில் இருப்பதை உறுதி செய்தல்.
• சார்ஜ் நிலை (SOC) மதிப்பீடு: பேட்டரியின் மீதமுள்ள கொள்ளளவைத் தீர்மானித்தல்.
• சுகாதார நிலை (SOH) மதிப்பீடு: பேட்டரியின் ஒட்டுமொத்த ஆரோக்கியம் மற்றும் செயல்திறனை மதிப்பிடுதல்.
• தொடர்பு: பேட்டரி தரவை மற்ற அமைப்புகளுக்குத் தொடர்புகொள்வது.

பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தின் எதிர்காலம்

பேட்டரி தொழில்நுட்பம் தொடர்ந்து உருவாகி வருகிறது, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் பொறியாளர்கள் பாதுகாப்பான, திறமையான மற்றும் நிலையான பேட்டரிகளை உருவாக்க உழைக்கின்றனர். இங்கே சில முக்கிய கண்டுபிடிப்பு பகுதிகள்:

1. திட-நிலை பேட்டரிகள் (Solid-State Batteries)

திட-நிலை பேட்டரிகள் பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு கேம்-சேஞ்சராகக் கருதப்படுகின்றன. அவை திரவ மின்பகுளியை ஒரு திட மின்பகுளியுடன் மாற்றுகின்றன, இது பல நன்மைகளை வழங்குகிறது:

• மேம்பட்ட பாதுகாப்பு: திட மின்பகுளிகள் தீப்பற்றாதவை, தீ மற்றும் வெடிப்புகளின் அபாயத்தைக் குறைக்கின்றன.
• அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி: திட-நிலை பேட்டரிகள் திரவ-மின்பகுளி பேட்டரிகளை விட அதிக ஆற்றல் அடர்த்திகளை அடைய முடியும்.
• நீண்ட சுழற்சி ஆயுள்: திட மின்பகுளிகள் திரவ மின்பகுளிகளை விட நிலையானதாக இருக்கும், இது நீண்ட சுழற்சி ஆயுளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
• பரந்த செயல்பாட்டு வெப்பநிலை வரம்பு: திட-நிலை பேட்டரிகள் ஒரு பரந்த வெப்பநிலை வரம்பில் செயல்பட முடியும்.

2. லித்தியம்-சல்பர் (Li-S) பேட்டரிகள்

லித்தியம்-சல்பர் பேட்டரிகள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது கணிசமாக அதிக ஆற்றல் அடர்த்திக்கான திறனை வழங்குகின்றன. சல்பரும் அதிக அளவில் மற்றும் மலிவானது.

சவால்கள்:

• பாலிசல்பைடு ஷட்லிங்: டிஸ்சார்ஜ் போது பாலிசல்பைடுகள் உருவாவது கொள்ளளவு மங்கலுக்கு வழிவகுக்கும்.
• குறைந்த கடத்துத்திறன்: சல்பர் குறைந்த மின் கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது.
• கனஅளவு விரிவாக்கம்: சல்பர் டிஸ்சார்ஜ் போது குறிப்பிடத்தக்க கனஅளவு விரிவாக்கத்திற்கு உள்ளாகிறது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் புதிய மின்முனை வடிவமைப்புகள் மற்றும் மின்பகுளி சேர்க்கைகளைப் பயன்படுத்தி இந்த சவால்களை சமாளிக்க உழைக்கின்றனர்.

3. சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள்

முன்னர் குறிப்பிட்டபடி, சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கு குறைந்த விலை மாற்றாக கவனம் பெற்று வருகின்றன. அவை குறிப்பாக பெரிய அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பு பயன்பாடுகளுக்கு நம்பிக்கைக்குரியவை.

4. மெட்டல்-ஏர் பேட்டரிகள்

மெட்டல்-ஏர் பேட்டரிகள் காற்றில் இருந்து ஆக்ஸிஜனை வினைப்பொருட்களில் ஒன்றாகப் பயன்படுத்துகின்றன, இது மிக அதிக ஆற்றல் அடர்த்திக்கான திறனை வழங்குகிறது. எடுத்துக்காட்டுகளில் லித்தியம்-ஏர், ஜிங்க்-ஏர் மற்றும் அலுமினியம்-ஏர் பேட்டரிகள் அடங்கும்.

சவால்கள்:

• குறைந்த சக்தி அடர்த்தி: மெட்டல்-ஏர் பேட்டரிகள் பொதுவாக குறைந்த சக்தி அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன.
• மோசமான சுழற்சி ஆயுள்: கேத்தோடு காற்று அசுத்தங்களால் சிதைவுக்கு உள்ளாகிறது.
• மின்பகுளி உறுதியற்ற தன்மை: மின்பகுளி காற்றுடன் வினைபுரிந்து தேவையற்ற துணைப் பொருட்களை உருவாக்கலாம்.

5. ஃப்ளோ பேட்டரிகள் (Flow Batteries)

ஃப்ளோ பேட்டரிகள் ஒரு மின்வேதியியல் செல் வழியாக பம்ப் செய்யப்படும் திரவ மின்பகுளிகளில் ஆற்றலை சேமிக்கின்றன. அவை கட்டம் அளவிலான ஆற்றல் சேமிப்பிற்கு பல நன்மைகளை வழங்குகின்றன:

• அளவிடுதல் தன்மை (Scalability): ஆற்றல் திறன் சக்தி மதிப்பீட்டிலிருந்து சுயாதீனமாக அளவிடப்படலாம்.
• நீண்ட சுழற்சி ஆயுள்: ஃப்ளோ பேட்டரிகள் ஆயிரக்கணக்கான சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளைத் தாங்க முடியும்.
• பாதுகாப்பு: மின்பகுளிகள் பொதுவாக தீப்பற்றாதவை.

உலகளாவிய தாக்கம் மற்றும் பயன்பாடுகள்

பேட்டரி தொழில்நுட்பம் பல்வேறு தொழில்களை மாற்றி வருகிறது மற்றும் உலகளாவிய சவால்களை எதிர்கொள்கிறது:

• மின்சார வாகனங்கள் (EVs): பேட்டரிகள் மின்சார இயக்கத்திற்கு மாறுவதற்கு சக்தி அளிக்கின்றன, பசுமை இல்ல வாயு வெளியேற்றத்தைக் குறைக்கின்றன மற்றும் காற்றின் தரத்தை மேம்படுத்துகின்றன. நார்வே, சீனா மற்றும் நெதர்லாந்து போன்ற நாடுகள் EV தத்தெடுப்பில் முன்னணியில் உள்ளன.
• புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் சேமிப்பு: சூரிய மற்றும் காற்றாலை போன்ற இடைப்பட்ட புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களைச் சேமிப்பதற்கு பேட்டரிகள் அவசியமானவை, இது மேலும் நம்பகமான மற்றும் நிலையான ஆற்றல் கட்டத்தை செயல்படுத்துகிறது. ஜெர்மனி, ஆஸ்திரேலியா மற்றும் அமெரிக்கா ஆகியவை கட்டம் அளவிலான பேட்டரி சேமிப்பில் அதிக அளவில் முதலீடு செய்கின்றன.
• போர்ட்டபிள் எலக்ட்ரானிக்ஸ்: பேட்டரிகள் நமது ஸ்மார்ட்போன்கள், மடிக்கணினிகள், டேப்லெட்டுகள் மற்றும் பிற போர்ட்டபிள் சாதனங்களுக்கு சக்தி அளிக்கின்றன, இது பயணத்தின்போது தகவல் தொடர்பு, உற்பத்தித்திறன் மற்றும் பொழுதுபோக்கை செயல்படுத்துகிறது.
• மருத்துவ சாதனங்கள்: பேட்டரிகள் இதயமுடுக்கிகள், காது கேட்கும் கருவிகள் மற்றும் பிற மருத்துவ சாதனங்களுக்கு சக்தி அளிக்கின்றன, மில்லியன் கணக்கான மக்களின் வாழ்க்கைத் தரத்தை மேம்படுத்துகின்றன.
• விண்வெளி: பேட்டரிகள் செயற்கைக்கோள்கள், ட்ரோன்கள் மற்றும் பிற விண்வெளிப் பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது நமது கிரகம் மற்றும் அதற்கு அப்பால் உள்ள ஆய்வு மற்றும் கண்காணிப்பை செயல்படுத்துகிறது.
• கட்ட நிலைப்படுத்தல்: பேட்டரிகள் அதிர்வெண் கட்டுப்பாடு மற்றும் மின்னழுத்த ஆதரவு போன்ற துணை சேவைகளை கட்டத்திற்கு வழங்க முடியும், இது கட்ட நிலைத்தன்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

பேட்டரி மறுசுழற்சி மற்றும் நிலைத்தன்மை

பேட்டரி பயன்பாடு அதிகரிக்கும் போது, பேட்டரி உற்பத்தி மற்றும் அகற்றுதலின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தை நிவர்த்தி செய்வது மிகவும் முக்கியம். மதிப்புமிக்க பொருட்களை மீட்டெடுப்பதற்கும் மாசுபாட்டைத் தடுப்பதற்கும் பேட்டரி மறுசுழற்சி அவசியம்.

முக்கிய கருத்தில் கொள்ள வேண்டியவை:

• மறுசுழற்சி தொழில்நுட்பங்கள்: வெவ்வேறு பேட்டரி வேதியியல்களுக்கு திறமையான மற்றும் செலவு குறைந்த மறுசுழற்சி தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்குதல்.
• சேகரிப்பு மற்றும் தளவாடங்கள்: பேட்டரிகள் முறையாக மறுசுழற்சி செய்யப்படுவதை உறுதிசெய்ய வலுவான சேகரிப்பு மற்றும் தளவாட அமைப்புகளை நிறுவுதல்.
• விதிமுறைகள் மற்றும் கொள்கைகள்: பேட்டரி மறுசுழற்சியை ஊக்குவிக்கவும் மற்றும் உற்பத்தியாளர்களை அவர்களின் தயாரிப்புகளின் ஆயுட்கால முடிவில் நிர்வாகத்திற்கு பொறுப்பாக்கவும் விதிமுறைகள் மற்றும் கொள்கைகளை செயல்படுத்துதல். ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் பேட்டரி உத்தரவு அத்தகைய ஒழுங்குமுறைக்கு ஒரு முன்னணி எடுத்துக்காட்டு.
• நிலையான பொருட்கள்: அதிக அளவில், நச்சுத்தன்மையற்ற மற்றும் எளிதில் மறுசுழற்சி செய்யக்கூடிய நிலையான பேட்டரி பொருட்களை ஆராய்ச்சி செய்தல் மற்றும் உருவாக்குதல்.

முடிவுரை

பேட்டரி தொழில்நுட்பம் நமது உலகை மாற்றும் ஆற்றலைக் கொண்ட ஒரு வேகமாக வளர்ந்து வரும் துறையாகும். நமது தனிப்பட்ட சாதனங்களுக்கு சக்தி அளிப்பது முதல் மின்சார வாகனங்களை இயக்குவது மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை சேமிப்பது வரை, ஒரு நிலையான எதிர்காலத்திற்கு பேட்டரிகள் அவசியமானவை. ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் பொறியாளர்கள் தொடர்ந்து புதுமைகளைப் புகுத்துவதால், இன்னும் பாதுகாப்பான, திறமையான மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த மேம்பட்ட பேட்டரிகளைக் காணலாம் என்று எதிர்பார்க்கலாம். ஆராய்ச்சி, மேம்பாடு மற்றும் கொள்கை அமலாக்கத்தில் உலகளாவிய ஒத்துழைப்பு, பேட்டரி தொழில்நுட்பத்தின் முழு திறனையும் வெளிக்கொணரவும், உலகின் ஆற்றல் சவால்களை எதிர்கொள்ளவும் முக்கியமானதாக இருக்கும்.