پاور لیتھیم بیٹری میٹریلز کی تحقیقی پیشرفت میں نئی ​​کامیابیاں کیا ہیں؟

پاور لیتھیم بیٹری ٹکنالوجی کی حدود کی وجہ سے، نئی انرجی گاڑیوں میں کم رینج، مختصر عمر (کم چارجنگ اور ڈسچارج ٹائم)، اور زیادہ کشندگی کی شرح ہوتی ہے، جو نئی انرجی گاڑیوں کے بڑے پیمانے پر استعمال میں رکاوٹ ہے۔ حال ہی میں، جنوبی کوریا اور جاپان نے پے در پے پاور لتیم بیٹری میٹریل ٹیکنالوجی میں کامیابیوں کا اعلان کیا ہے، اور مستقبل میں پاور لیتھیم بیٹریوں کی قیمت کم ہو جائے گی۔

پانچویں نیشنل سائنس اینڈ ٹیکنالوجی انوویشن کانفرنس اور چوتھے پاور انرجی سمٹ فورم میں، بیجنگ انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے پروفیسر وو فینگ اور شریک مہمانوں نے پاور لیتھیم بیٹریوں اور متعلقہ مواد کی تحقیقی پیش رفت کا اشتراک کیا۔

ملک کی اہم مانگ نے پاور لتیم بیٹریوں کی ترقی میں ایک نئی چھلانگ کو فروغ دیا ہے۔ حفاظت کو یقینی بناتے ہوئے، نئی قسم کی پاور لیتھیم بیٹریاں جس میں زیادہ توانائی، زیادہ طاقت، طویل عمر، کم قیمت، اور کوئی آلودگی نہیں ہے، صنعتیں بنا رہی ہیں اور صارف کی مختلف ضروریات کے مطابق مارکیٹ میں داخل ہو رہی ہیں۔ وو فینگ نے کہا کہ نکل ہائیڈروجن بیٹری، لیتھیم آئن بیٹری، اعلیٰ مخصوص توانائی کے نئے نظام کی بیٹری اور سپر کیپیسیٹر کے درمیان ٹیکنالوجی کا انضمام بہت اہم ہے۔ یہ ٹیکنالوجی انضمام خود بھی ایک تکنیکی اختراع ہے۔ یہ انٹرنیٹ کے ساتھ چین میں نئی ​​ثانوی بیٹریوں کی ترقی کے لیے ایک نیا باب کھولے گا!

پاور لیتھیم بیٹریوں کی ترقی میں، درج ذیل مسائل کا سامنا ہے: کیا اعلیٰ مخصوص توانائی کی بیٹریوں کی نئی نسل بنائی جا سکتی ہے؟ کیا ہم بیٹریوں کی حفاظت اور وشوسنییتا کے مسائل کو حل کر سکتے ہیں؟ کیا بیٹری کی لمبی عمر حاصل کی جا سکتی ہے؟ کیا بیٹریوں کی لاگت کی تاثیر کو بہتر بنایا جا سکتا ہے؟

2015 میں، پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کا انرجی ڈینسٹی انڈیکس 120-180Wh/kg تھا، اور اہم مادی نظام لتیم آئرن فاسفیٹ گریفائٹ اور ٹرنری گریفائٹ تھے۔ 2020 میں پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کی نئی نسل کا انرجی ڈینسٹی انڈیکس یہ ہے: بھرپور لتیم (250mAh/g) - سلکان کاربن منفی الیکٹروڈ: بیٹری سیل 300Wh/kg۔

پاور لتیم آئن بیٹریوں میں توانائی کی کثافت کی بہتری کا تعلق نہ صرف مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد سے ہے بلکہ اس کے لیے استعمال ہونے والے الیکٹرولائٹ کے لیے اعلیٰ تقاضوں کی بھی ضرورت ہے۔ وو فینگ نے کہا کہ NCM ٹرنری مثبت الیکٹروڈ مواد اور Si/C منفی الیکٹروڈ مواد کا استعمال کرتے ہوئے، 319Wh/kg کی توانائی کی کثافت کے ساتھ ایک اعلی مخصوص انرجی لیتھیم آئن بیٹری تیار کی جا سکتی ہے۔

300Wh/kg پاور لیتھیم بیٹریوں کے مادی نظام پر تحقیقی پیشرفت کے بارے میں، وو فینگ نے کہا کہ ہائی نکل ٹرنری کیتھوڈ مواد میں لیتھیم نکل کے اختلاط کے رجحان پر ڈائیویلنٹ نکل مواد کا اثر NCM811 کا مطالعہ کیا گیا۔ یہ پایا گیا کہ لتیم کے سٹوچیومیٹرک تناسب کو شامل کرنے سے مواد میں ڈائیویلنٹ نکل کے مواد میں اضافہ ہو سکتا ہے، اس طرح مواد میں لتیم نکل کے اختلاط کو کم کیا جا سکتا ہے اور مواد کی سائیکلنگ استحکام کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، 010 کرسٹل طیارہ کی اعلیٰ نمو کے ساتھ ایک اعلی نکل ٹرنری کیتھوڈ مواد (LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2) تیار کیا گیا تھا، اور الیکٹرو کیمیکل پیمائش سے ظاہر ہوتا ہے کہ مواد کی کارکردگی بہترین ہے۔ اور الیکٹرو کیمیکل فعال سطح کے فائدہ کی ترقی کے ساتھ ایک کروی درجہ بندی کا ڈھانچہ ڈیزائن اور تیار کریں، جس سے لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے لیتھیم سے بھرپور مینگنیج پر مبنی مواد کی شرح سائیکلنگ کی خصوصیات اور شرح کارکردگی میں نمایاں بہتری آتی ہے۔

منفی الیکٹروڈ مواد کی تحقیق میں، بغیر بائنڈر کے SiO/CNx جامع الیکٹروڈ کو براہ راست کوٹنگ کے طریقہ کار سے ترکیب کیا گیا۔ کاربن میش پر مشتمل نائٹروجن سائیکلنگ کے عمل کے دوران اس کے حجم کی تبدیلی کو بفر کر سکتا ہے، SiO کی سطح پر ایک اچھا کنڈکٹیو نیٹ ورک بناتا ہے اور الیکٹرانک ٹرانسمیشن کے لیے ایک مستحکم چینل فراہم کرتا ہے۔ اور Si/Ni/graphite جامع مواد کو ہائی انرجی بال ملنگ طریقہ استعمال کرتے ہوئے ترکیب کیا گیا تھا۔ میٹل نی اور گریفائٹ ایک اچھا کنڈکٹیو نیٹ ورک بنانے کے لیے آپس میں جڑے ہوئے تھے، اور نانو کرسٹل لائن Si کو SiOx میٹرکس میں سیٹو میں ایمبیڈ کیا گیا تھا، جس سے SiOx کی الیکٹرو کیمیکل سرگرمی میں بہتری آئی۔

فنکشنل الیکٹرولائٹس پر تحقیق کریں، لیتھیم سلیکیٹ پر مشتمل مٹی کے الیکٹرولائٹ کی ایک نئی قسم کو ڈیزائن اور تیار کریں، جو ہائی وولٹیج لیتھیم آئن بیٹری کیتھوڈ مواد کی حفاظت اور سائیکلنگ کے استحکام کو نمایاں طور پر بہتر بناتا ہے۔ اس کے علاوہ، سیفٹی فنکشنل الیکٹرولائٹس اور ایڈیٹیو تیار کیے گئے ہیں: امیڈازولینون، پائریڈائن رنگ آئنک مائعات، اور شعلہ ریٹارڈنٹ فاسفیٹ ایڈیٹیو کو فلم بنانے والے ایڈیٹیو جیسے بیوٹین سلفائٹ کے ساتھ ملایا گیا ہے تاکہ شعلہ ریٹارڈنسی اور الیکٹرویلیٹی کی مطابقت کے ساتھ فنکشنل الیکٹرولائٹ سسٹم کی ایک سیریز تیار کی جا سکے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کی حفاظت، وشوسنییتا، اور درجہ حرارت کی موافقت کو نمایاں طور پر بہتر بنانا (درجہ حرارت کی حد کو -20 ڈگری سے +60 ڈگری تک -40 ڈگری سے +80 ڈگری تک بڑھانا) . اور میسوپورس SiO2+آئنک مائع نیٹ ورک ڈھانچہ کے ساتھ ایک ٹھوس ریاست الیکٹرولائٹ، جس میں ایک وسیع الیکٹرو کیمیکل ونڈو، اعلی تھرمل استحکام، اور کمرے کے درجہ حرارت کی ionic چالکتا 10-3S/cm ہے، تیار کیا گیا ہے، نئی اعلی مخصوص توانائی کی بیٹریوں کے حفاظتی مسائل کو حل کرنے کے لیے مادی مدد فراہم کرنا۔

بیٹری کے مواد پر تحقیق کے علاوہ، ثانوی بیٹریاں قومی معیشت اور لوگوں کی زندگی کے مختلف شعبوں میں داخل ہو چکی ہیں۔ بیٹریوں کی پیداوار میں تیزی سے اضافہ ہوا ہے، جس سے معاشرے پر بہت زیادہ ماحولیاتی اور وسائل کے دباؤ پڑ رہے ہیں۔ چین میں نئی ​​توانائی والی گاڑیوں کی فروخت کی پیشن گوئی کے مطابق، 2020 میں صرف پاور لیتھیم بیٹریوں کی طلب 30 بلین واٹ گھنٹے تک پہنچ جائے گی، اور ماحولیات پر منفی اثرات تیزی سے شدید ہوتے جائیں گے۔ لیتھیم کے وسائل بھی تیزی سے نایاب ہو جائیں گے۔ ماحول دوست قدرتی آرگینک ایسڈ ریکوری ٹیکنالوجی کو اپناتے ہوئے، فضلہ لیتھیم آئن بیٹریوں کی سبز اور موثر ریکوری حاصل کی گئی ہے (لیتھیم اور کوبالٹ لیچنگ کی شرح بالترتیب 98% اور 94% ہے) جو کہ بیرون ملک مضبوط تیزاب استعمال کرنے والی پراسیس ٹیکنالوجی سے بہتر ہے۔ اور مضبوط تیزاب کی بحالی کے علاج میں ثانوی آلودگی کو روکتا ہے۔

پاور لتیم بیٹریوں کے لیے نئے مواد کی تحقیق اور ترقی میں پیش رفت

ہم واقعی مواد کے لحاظ سے مثبت نتائج حاصل کرنے کی امید کرتے ہیں، جو ہمارے لیے کافی مشکل ہے۔ کمپنی کے نقطہ نظر سے، حفاظت، وشوسنییتا، اور لاگت کے تکنیکی اشارے نے ضروریات کا ایک سلسلہ پیش کیا ہے، جن میں سے نچلے درجے کے اشارے اور طویل مدتی ترقی کے اشارے بہت زیادہ ہیں۔ حکومت اور ریاست نے پاور لیتھیم بیٹریوں کے لیے بہت زیادہ توانائی کی کثافت کی ضروریات پیش کی ہیں۔ اس سال اعلان کردہ نئی توانائی کی گاڑیوں اور بنیادی تحقیقی منصوبوں جیسے منصوبوں کے لیے، امید ہے کہ لیتھیم آئن بیٹریوں کی توانائی کی کثافت 400Wh/kg تک پہنچ سکتی ہے، اور نئے نظام کی بیٹری کے نمونوں کی توانائی کی کثافت 500Wh/kg تک پہنچ سکتی ہے۔ کمپنی کے لیے، 300Wh/kg بھی آسان نہیں ہے، اور بہت سے نئے سسٹمز تیار کرنے کی ضرورت ہے۔ "میڈ اِن چائنا 2025" کی ضرورت 400wh/kg یا اس سے اوپر کا وزن حاصل کرنا ہے، اور کچھ مجوزہ طریقوں، جو کہ بیٹریاں ہیں، میں کلیدی الفاظ کے درمیان اب بھی ایک اہم فرق ہے۔

مصنوعات کے اشارے کے نقطہ نظر سے، آئیے مختلف قومی حکومتوں کی متعلقہ ضروریات کا موازنہ کریں۔ صرف "میڈ اِن چائنا 2025" کا ذکر کیا گیا، نیچے جاپان اور امریکہ کے درمیان مقابلہ ہے۔ اس سال، تین خصوصی منصوبے شروع کیے گئے ہیں، جن میں پاور لیتھیم بیٹریاں شامل ہیں۔

ہر کوئی مستقبل میں 400wh/kg حاصل کرنے کی امید رکھتا ہے، ہم یہ اشارے کیوں متعین کرتے ہیں؟ بنیادی طور پر لتیم آئن بیٹریوں کے حفاظتی تحفظات کی وجہ سے۔ BAIC New Energy EV200 کو ایک مثال کے طور پر لیتے ہوئے، اس کی توانائی کی کھپت فی 100 کلومیٹر 14 kWh ہے، اور اس کی عمر کی ضرورت 10 سال اور 200000 کلومیٹر ہے۔ تاہم اب لاگت میں نمایاں کمی آئی ہے۔ پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کی مستقبل کی ترقی کے نتیجے میں موجودہ صورتحال کے مقابلے میں اسی حد کو حاصل کرنے کے لیے نمایاں طور پر زیادہ لاگت آئے گی۔ اس لیے، اگر الیکٹرک گاڑیوں کی پاور لیتھیم آئن بیٹریاں زیادہ توانائی تک نہیں بنتی ہیں، تو انھیں مستقبل میں خالص الیکٹرک گاڑیوں میں زیادہ شدید مقابلے کا سامنا کرنا پڑے گا، اور یہاں تک کہ وہ ایندھن سے چلنے والی بیٹریوں سے مغلوب ہو سکتی ہیں۔

عملی ترقی کے نقطہ نظر سے، مجموعی ترقی سست اور نسبتاً مستحکم ہے۔ سب سے اہم چیز ٹیکنالوجی اور مواد کی اپ گریڈنگ اور تبدیلی ہے۔ یہاں تک کہ اگر ہم اس راستے پر چلتے ہیں، اگر ہم موجودہ ترقی کی رفتار کو برقرار رکھ سکتے ہیں، تو آپ 2020 تک 300 واٹ گھنٹے فی کلوگرام اور 2030 تک 390 واٹ گھنٹے فی کلوگرام حاصل کر سکتے ہیں۔ ہم اس روڈ میپ کو آہستہ آہستہ کیسے حاصل کر سکتے ہیں؟ دوسرا، کیا ہم 400 واٹ گھنٹے فی کلوگرام یا اس سے بھی زیادہ حاصل کر سکتے ہیں؟

مائع الیکٹرولائٹ لتیم آئن بیٹری نے تین نسلوں کو تیار کیا ہے، اور گزشتہ سال ایک تفصیلی تعارف تھا. اہم بات یہ ہے کہ مثبت الیکٹروڈ مواد کے لحاظ سے، ہر ایک کو اپ گریڈ اور تبدیل کیا جا رہا ہے، وولٹیج یا صلاحیت میں اضافہ؛ منفی الیکٹروڈ پہلو میں ایک اہم تبدیلی اینرجیٹکس بیٹریوں میں الیکٹرولائٹ میں نینو سلکان کاربن کا تعارف ہے، اس کے ساتھ کچھ تکنیکوں جیسے سیرامک ​​لیپت الگ کرنے والے۔ ہم فی الحال جس لیتھیم آئن بیٹری کو دیکھ رہے ہیں وہ کتنی اونچی بن سکتی ہے؟ کم توانائی کی کثافت واقعی بہت اچھی ہے، یہ ری سائیکلیبلٹی کی قربانی دیتی ہے، حفاظت کا ذکر نہ کرنا، اور اعلی توانائی حاصل کرتا ہے۔ تاہم، اس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ ری سائیکلیبلٹی کو بہتر نہیں کیا جا سکتا، لیکن اس کے لیے کچھ تفصیلی اور بنیادی تحقیق کی ضرورت ہے۔ یہ فرانس میں ایک سروے کمپنی ہے جس نے مواد پر زیادہ سے زیادہ رائے دیکھی ہے۔ اب بہت سی ٹیمیں اور ساتھی اس سے واقف ہیں، اس لیے میں تفصیل میں نہیں جاؤں گا۔

تاہم، بیٹری کے مواد کے حوالے سے، بہت سے مسائل اور کارکردگی کے تقاضے ہیں، اور ان مسائل کو جامع طور پر حل کرنے کے لیے کم از کم 13 یا اس سے زیادہ ٹیکنالوجیز کو اپنایا گیا ہے۔ ہر تار میں بہت سی تفصیلی ٹیکنالوجیز اور مواد ہوتے ہیں۔ جب آپ کسی مواد کو تبدیل کرتے ہیں، تو پوری بیٹری پیچیدہ تبدیلیوں سے گزرتی ہے، اور بیٹری کے اس مواد کی نشوونما خاص طور پر سست ہوتی ہے، جس میں عام طور پر دس سال سے زیادہ کا وقت لگتا ہے، بہت سی ٹیمیں اور کمپنیاں پہلے ہی 300 واٹ گھنٹے فی کلوگرام لیتھیم آئن بیٹریاں تیار کر رہی ہیں۔ اس علاقے میں اب سب سے مشکل مسئلہ یہ ہے کہ اعلی منفی الیکٹروڈ کی گنجائش زیادہ حجم کی توسیع کا باعث بنتی ہے، جس سے بیٹری کی سطح پر نمٹنا آپ کے لیے بہت مشکل ہے۔ بنیادی مسئلہ یہ ہے کہ موجودہ بیٹری کمپنیوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے چارج کرنے کے بعد حجم کی توسیع کو کیسے حل کیا جائے۔ اس کے علاوہ، ان اعلی توانائی کی کثافتوں کا نفاذ ممکن ہے، لیکن کیا ان کے جامع رسائی کے اشارے درخواست کی ضروریات کو پورا کر سکتے ہیں؟ مجھے یقین نہیں ہے کہ یہ کس قسم کی بالائی حد ہے، لیکن اس میں کچھ حل موجود ہیں۔ ہم وقت کے تعلقات پر تفصیل سے بات نہیں کریں گے۔ ہم ہر ایک کو اس علاقے میں ٹیکنالوجی کے تبادلے کا موقع ملنے پر خوش آمدید کہتے ہیں۔

اس کے علاوہ، حکومت کو 400wh/kg اور 500wh/kg پیدا کرنے کی ضرورت ہے۔ حساب کے بعد، ایک ماڈل ہے جس میں گریفائٹ منفی الیکٹروڈ اور سلکان منفی الیکٹروڈ میٹل لتیم شامل ہے. اگر یہ 800 واٹ یا اس سے زیادہ تک پہنچ جاتا ہے، تو پھر بھی ایک موقع ہے۔ 400wh/kg اور 500wh/kg کے لیے ابھی بھی کچھ حل موجود ہیں، لیکن اسے حاصل کرنا بہت مشکل ہے۔ NC 200 تک پہنچ سکتا ہے، منفی لتیم 300 تک پہنچ سکتا ہے، اور مختلف منفی الیکٹروڈ مواد کو منظم حساب کی ضرورت ہوتی ہے، ایک کمپیوٹیشنل نقطہ نظر سے، ایسا لگتا ہے کہ ابھی بھی کچھ مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد موجود ہیں جو ملاپ کے ذریعے اعلی کثافت حاصل کرتے ہیں۔ پچھلے حسابات تمام مجازی تھے، اور اس سلسلے میں چینی اکیڈمی آف سائنسز کا کام ہے۔ تحقیق اور ترقی کی کامیابیوں کو تقویت دینے، اقتصادی ترقی کو فروغ دینے اور عملی مسائل کو حل کرنے کے لیے چائنیز اکیڈمی آف سائنسز نے ایک اسٹریٹجک پائلٹ A-کلاس پروجیکٹ شروع کیا ہے۔ ان منصوبوں میں سے ایک نینو میٹریل پروجیکٹ ہے، جس کا مقصد گزشتہ 20 سالوں میں اکیڈمی کی جانب سے تحقیق کی گئی نینو ٹیکنالوجی کے لیے توجہ مرکوز کرنا ہے۔ امید ہے کہ یہ صنعت کے لیے مددگار ثابت ہوگا۔ ان منصوبوں میں سے پہلا پاور لیتھیم بیٹری ہے، اور نینو میٹریلز اور نینو ٹیکنالوجی کے استعمال کا امکان ہے۔

اس قسم کے پراجیکٹ کی ضروریات نائب وزیر ین اور جون نے تجویز کی تھیں، جو اصل میں اس منصوبے کے ذمہ دار تھے۔ ہمارے کام کے واضح اہداف ہونے چاہئیں، قابل استعمال اور قابل تشخیص ہونا چاہیے۔ فریق ثالث کی تشخیص کے بعد، استعمال شدہ مواد اور ٹیکنالوجی کی سطح کا اندازہ لگانے کے لیے بہت سے اشارے موجود ہیں، چاہے کوئی اثر ہو، اور صلاحیت پر کیا اثر پڑے۔ لہذا، اس قسم کے منصوبے بہت مشکل ہے. انہوں نے مخصوص اشارے تجویز کیے، اور ملک نے 2020 تک 300 واٹ گھنٹے فی کلوگرام اور 2015 تک 150 واٹ گھنٹے فی کلوگرام حاصل کرنے کی تجویز پیش کی ہے۔ متعلقہ بیٹری مواد، جیسے مثبت الیکٹروڈ الیکٹرولائٹس، سیپریٹرز، وغیرہ کی صنعت کاری بھی شروع ہونی چاہیے۔ . اس منصوبے کو مکمل کرنے کے لیے کئی اہم کاموں کو ترتیب دیا گیا ہے۔ ایک یہ ہے کہ بجٹ کا 60% آپریٹنگ اخراجات کے 70% کے لیے لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے مختص کرنا، ہائی انرجی مثبت اور منفی الیکٹروڈز، ہائی وولٹیج الیکٹرولائٹس، اور پاور لیتھیم آئن بیٹریوں میں مربوط ہائی سیفٹی سیپریٹرز تیار کرنا۔ طویل مدت میں ہمیں سالڈ سٹیٹ بیٹریاں ترتیب دینے کی ضرورت ہے اور اس سلسلے میں ایئر بیٹریوں کا بھی انتظام کیا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، آج صبح، استاد چن نے جانچ کی سطح کا ذکر کیا۔ چین میں ابھی بھی کچھ جانچ کی سطح باقی ہے، لیکن دو پلیٹ فارم قائم کیے گئے ہیں۔ میں مختصراً نتائج کی اطلاع دیتا ہوں۔ تقریباً 300 افراد پر مشتمل ریسرچ اینڈ ڈویلپمنٹ ٹیم کے ساتھ 12 یونٹ ہیں، جو مختلف پہلوؤں کا احاطہ کرتے ہیں۔ ایک سلیکون منفی الیکٹروڈ ہے، اور میں اس علاقے میں 19 سال سے سائنسی اور تکنیکی تحقیق اور ترقی پر کام کر رہا ہوں، جو کافی مشکل ہے۔ میں حال ہی میں اس پروجیکٹ کو ایپلیکیشن کے نقطہ نظر سے تیار کر رہا ہوں، اور اہم تکنیکی راستوں میں دو زمرے شامل ہیں: SiOx/C اور Nano Si۔ اہم بات یہ ہے کہ جامع تکنیکی اشارے سے مسلسل اعادہ کیا جائے۔ 2013 میں تعاون حاصل کرنے کے بعد، ہم 500 کلوگرام کے بیچ سائز کو حاصل کر سکتے ہیں، جو بنیادی طور پر جامع ڈیزائن کے تحفظات پر مبنی ہے۔ میں یہاں جس چیز کا مظاہرہ کر رہا ہوں وہ یہ ہے کہ ہمارے خیالات حقیقی چیزیں نہیں ہیں۔ اضافی اشیاء وغیرہ کو درآمد کرنا اب بھی بہت مشکل ہے، اور نینو ڈسکشن میں مشکل یہ ہے کہ 100 یوآن فی کلو گرام نینو سلکان کیسے حاصل کیا جائے۔

نینو سلکان کو ذرات میں یکساں طور پر کیسے پھیلایا جائے؟

ہم فی الحال جو کچھ حاصل کر رہے ہیں وہ ایک ایسا مواد ہے جو نینو سلکان کو ذرات میں منتشر کرتا ہے اور بڑے پیمانے پر پیداوار میں داخل ہو سکتا ہے۔ 450 ملی ایمپیئر فی گھنٹہ کے مواد میں، یہ عام طور پر ایک اعلی صلاحیت والا بوجھ ہے جسے تقریباً 500 بار سائیکل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، پہلے سے تیار کردہ سلیکون آکسائیڈ اب بھی ترقی کے مراحل میں ہے، لیکن کارکردگی کم ہے اور نینو سلکان کاربن کی زیادہ صلاحیت تسلی بخش حل نہیں ہے۔ لہذا، ہم سلیکون سے بھرپور آکسائیڈ مواد کی ایک نئی نسل تیار کر رہے ہیں، جو چیلنجز لاتے ہیں اسے کم کریں۔

یہ نئی مادی کمپنی اس وقت چین میں تیسرے یا دوسرے نمبر پر ہے جو کہ تکنیکی مسائل کا ایک سلسلہ حل کرتی ہے۔ میں اس کی تفصیل میں نہیں جاؤں گا۔ منفی الیکٹروڈ مواد میں پیش رفت ہوئی ہے، لیکن ہم نے مثبت الیکٹروڈ مواد میں نسبتاً کم جمع کیا ہے۔ اس منصوبے کی حمایت کے بعد، اعلی صلاحیت کی سطح پر توجہ مرکوز کرنا ضروری ہے. اس مواد کا مشکل حصہ وولٹیج کی کشندگی ہے۔ اس کام میں، وولٹیج کی کشندگی کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے سطح کے ڈھانچے کی تشکیل نو کرنا ضروری ہے۔ اس لیے اس کی کوشش شروع کی جا سکتی ہے۔ اس سال یہ 500 کلو گرام کی سطح پر ہے۔

ایک اور مواد ہائی وولٹیج اسپنل ہے، جس پر سوئچ کرنا نسبتاً آسان ہے۔ سب سے مشکل بات یہ ہے کہ اس مواد کو استعمال کرنے کے بعد الیکٹرولائٹ اور دیگر پہلوؤں کو جامع طور پر اپ گریڈ کرنے کی ضرورت ہے، اس لیے اس پہلو کو اب بھی بہتر کرنے کی ضرورت ہے، خاص طور پر 55 ڈگری کے زیادہ درجہ حرارت کے مسئلے کے لیے۔ ہائی وولٹیج لتیم سے بھرپور مواد کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے، یہ چین میں بہت اہم اور چیلنجنگ بھی ہے۔ اب، یہ ہائی وولٹیج کے تحت نسبتاً مستحکم طور پر گردش کر سکتا ہے، اور الیکٹرولائٹ میں اضافی چیزیں بھی موجود ہیں۔ ہم محسوس کرتے ہیں کہ سیپریٹر کا براہ راست استعمال کرنا ابھی بھی تھوڑا مشکل ہے، اس لیے ہمیں سیرامک ​​سیپریٹر تیار کرنے اور سیلولوز کو سبسٹریٹ کے طور پر استعمال کرنے کی ضرورت ہے، جو زیادہ درجہ حرارت کے خلاف مزاحم ہے۔ تاہم، ایسا لگتا ہے کہ یہ بالآخر ہماری بیٹریوں میں استعمال نہیں ہو سکتا۔ اہم چیز مستقل مزاجی اور استحکام ہے۔ یہ فی الحال چھوٹے سے درمیانے درجے کی جانچ کے مرحلے میں ہے، لیکن مستقبل کے لیے کچھ امیدیں ہیں۔ درحقیقت، ہم نے سیلولوز الگ کرنے والے اور سیرامک ​​ذرات کے ساتھ ایک آئن کنڈکٹیو کوٹنگ سیپریٹر بھی تیار کیا ہے۔

گرافین کو ایک طویل عرصے سے تیار کیا گیا ہے، اور کوٹنگ ٹیکنالوجی دسیوں ٹن کی بڑے پیمانے پر پیداوار کی سطح حاصل کر سکتی ہے۔ اسی مواد کا استعمال کرتے ہوئے ایک ابتدائی بیٹری بنائی گئی تھی، جو فی کلوگرام 375 واٹ گھنٹے حاصل کر سکتی ہے۔ تاہم، اس کی ری سائیکلیبلٹی ناقص ہے، اور اس کی کم صلاحیت سائیکل چلانے کے لیے اچھی ہے۔ اہم بات یہ ہے کہ اعلی حجم کی توسیع کے تحت معاون مادی مسائل کی ایک سیریز کو کیسے حل کیا جائے۔

آخر میں، مجھے ٹھوس ریاست دھاتی لتیم متعارف کرانے دو۔ نظریاتی حسابات کے لحاظ سے، لیتھیم آئن بیٹریوں میں بہتری آئی ہے۔ لتیم آئن بیٹریاں استعمال کرنے کا بھی امکان ہے، جیسے دھاتی لتیم آئن بیٹریاں اور ہوا کی بیٹریاں، جس میں مختلف بیٹری سسٹمز جیسے آکسیجن، پانی، اور کاربن ڈائی آکسائیڈ شامل ہیں۔ صرف حسابی نتائج میں، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سبز دھاتی لتیم زیادہ ہے، جبکہ سلیکون منفی الیکٹروڈ زیادہ طاقتور ہے۔ اگر 2000mAh سلکان استعمال کیا جاتا ہے، 200 سے زیادہ کی توسیع کے مقابلے میں، لتیم کی توسیع کو حل کرنا نسبتاً آسان ہے۔ اگر یہ زیادہ توانائی کی بجلی کو متاثر کرتا ہے تو، پوسٹ بیٹری استعمال کرنے کا خیال اب بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن میکانکس وغیرہ کے معاملے میں ابھی بھی کچھ چیلنجز موجود ہیں۔

دھاتی لتیم آئن بیٹریاں 50 سال سے زیادہ عرصے سے تیار کی گئی ہیں، خاص طور پر 1980 اور 1990 کی دہائی میں جب سنگین مسائل تھے، اور فی الحال اس بات کا کوئی ثبوت نہیں ہے کہ دھات کی لتیم آئن بیٹریاں محفوظ ہیں۔ ترمیم کے لیے دھاتی لتیم آئن بیٹریاں استعمال کرنے کا مسئلہ یہ ہے کہ غیر یکساں جمع اور ورن گریفائٹ اور سلکان سے مختلف ہیں۔ دوسری بات، SEI فلم غیر مستحکم ہے، اس لیے بہت سے لوگ اب بھی اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے ٹھوس ریاستی حل استعمال کرنے کی امید رکھتے ہیں۔ سالڈ سٹیٹ ٹکنالوجی کا ایک اہم نکتہ یہ ہے کہ اسے تھیوری میں حل کیا جا سکتا ہے، اس لیے بہت سی حفاظت اور فوائد کے ساتھ ساتھ سائیکل کوفیشنٹ کے فوائد بھی ہیں۔ اس کے علاوہ، اسے اندرونی تاروں کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسے پولیمر پر مبنی، اور کچھ مائع الیکٹرولائٹس شامل کرنا۔ بین الاقوامی سطح پر بہت سی کمپنیوں نے اس میں بہت زیادہ سرمایہ کاری کی ہے، لیکن عملی نقطہ نظر سے، اعلی توانائی کی کثافت والی بیٹریاں ابھی تک تیار نہیں ہوئیں، یہاں اہم مسئلہ یہ ہے کہ مثبت الیکٹروڈ کی مزاحمت کو کیسے حل کیا جائے۔

صنعتی ترقی کے نقطہ نظر سے، سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے درمیان فرق سالڈ سٹیٹ الیکٹرولائٹس ہے، جو دھاتی لتیم آئن بیٹریاں استعمال کر سکتی ہیں۔ لتیم آئن بیٹریاں بھی بہت طاقتور ہیں، جو دراصل صنعت کی ترقی میں ہے۔ ایک بار جب بیٹری سیل ٹیکنالوجی کے اہم مواد کو توڑا جا سکتا ہے، تو وہ تیزی سے مارکیٹ میں داخل ہو سکتے ہیں۔ لہذا، ہم نے کچھ روڈ میپ تجویز کیا ہے، شاید بیٹری پیک تیار کرنے کے لیے سب سے جلد 2019 میں ہے، 2020 میں، کمرشلائزیشن کی سطح کو جانچنا ممکن ہے۔ کچھ تمام سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں اب بھی نسبتاً سست ہیں، اور سچ ہے کہ تمام سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں زیادہ وقت لے سکتی ہیں۔ قدرے زیادہ مائع مواد والی بیٹریاں تیز ہوں گی کیونکہ وہ توانائی کی کثافت اور حفاظت کو متوازن رکھتی ہیں۔

جنوبی کوریا: پاور لیتھیم بیٹری کی صلاحیت میں 45 فیصد اضافہ

تعلیمی جریدے "نیچرل انرجی" کے آن لائن ورژن سے حاصل کردہ معلومات کے مطابق، جنوبی کوریا میں السان انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (UNIST) کی ایک تحقیقی ٹیم نے حال ہی میں ثانوی بیٹریوں کے لیے کیتھوڈ مواد تیار کیا ہے، جو موجودہ بیٹری کی صلاحیت کو بڑھا سکتا ہے۔ 45%، برقی گاڑیوں کے لیے 200 کلومیٹر سے زیادہ کی موجودہ رینج میں کم از کم 100 کلومیٹر کا اضافہ۔

ریسرچ ٹیم نے موجودہ بیٹریوں کو گریفائٹ الیکٹروڈ سے تبدیل کرنے کے لیے گریفائٹ سلکان مرکب مواد تیار کرکے بیٹری کی صلاحیت کو کامیابی سے بڑھایا۔ نیا الیکٹروڈ گریفائٹ مالیکیولز کے درمیان 20 نینو میٹر (ایک میٹر کا 1 اربواں حصہ) سائز کے سلیکون ذرات کو انجیکشن لگا کر بنایا گیا ہے۔ رینج بڑھانے کے علاوہ، نئی ٹیکنالوجی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے وقت کو بہت کم کرتی ہے، اور بیٹری کے چارج ہونے اور ڈسچارج ہونے کی رفتار بھی موجودہ بیٹریوں سے 30 فیصد زیادہ تیز ہے۔

صنعت کو توقع ہے کہ اس طرح کی نئی بیٹریوں کی بڑے پیمانے پر پیداوار آسان ہوگی اور مستقبل میں اس کی قیمتوں میں مسابقتی فائدہ ہوگا۔

جاپان: لیتھیم آئن بیٹریاں تیار کیں جنہیں کوبالٹ کی ضرورت نہیں ہوتی

پیناسونک الیکٹرک کی معلومات کے مطابق، جاپان نے لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک نیا مواد تیار کیا ہے جس میں نایاب دھاتی کوبالٹ کی ضرورت نہیں ہے، اور اس نے ایک نئی قسم کی لیتھیم آئن بیٹری بھی تیار کی ہے۔

جاپان کی کیوٹو یونیورسٹی آف پیناسونک الیکٹرک ایپلائینسز سے پروفیسر رونیچی یوشیدا کی سربراہی میں ایک تحقیقی ٹیم نے لیتھیم اور کاربن کا استعمال کرتے ہوئے ایک نامیاتی نیا مواد تیار کیا ہے، اور کامیابی سے ایک نئی قسم کی لتیم آئن بیٹری تیار کی ہے جو کوبالٹ کو الیکٹروڈ مواد کے طور پر استعمال نہیں کرتی ہے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ نئے مواد کے ساتھ تیار کی جانے والی بیٹریوں کی صلاحیت لتیم آئن بیٹریوں جیسی ہوتی ہے جس میں کوبالٹ پر مشتمل مواد الیکٹروڈ کے طور پر ہوتا ہے۔ اس قسم کی لیتھیم آئن بیٹری کوبالٹ پر انحصار سے آزاد ہونے اور پیداواری لاگت کو بہت کم کرنے کی امید ہے۔

اس نئے مواد کے ساتھ لیتھیم آئن بیٹریاں بنانے کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ بیٹری کی زندگی لمبی ہے اور زوال کی شرح کم ہے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اس نئے مواد سے تیار ہونے والی لیتھیم آئن بیٹری 100 بار چارج اور ڈسچارج ہو چکی ہے لیکن بیٹری کی صلاحیت میں کمی 20 فیصد سے زیادہ نہیں ہے۔ پیناسونک الیکٹرک اس نئے مواد کو بہتر بنانے کا ارادہ رکھتی ہے، امید ہے کہ بیٹری کی چارجنگ اور ڈسچارج فریکوئنسی کو 500 سے 1000 گنا تک بڑھایا جائے گا، اور پھر تجارتی پیداوار کو آگے بڑھایا جائے گا۔