रिचार्जेबल बैटरियों की लंबी आयु का रहस्य विभिन्नता को अपनाने में निहित हो सकता है। लिथियम-आयन सेल पैक में किस प्रकार से खराब होते हैं, इसके नए मॉडलिंग से प्रत्येक सेल की क्षमता के अनुसार चार्जिंग को अनुकूलित करने का तरीका पता चलता है, जिससे इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियां अधिक चार्ज चक्रों को संभाल सकेंगी और विफलता को टाल सकेंगी।

यह शोध 5 नवंबर को प्रकाशित हुआ था।आईईईई ट्रांजैक्शन्स ऑन कंट्रोल सिस्टम्स टेक्नोलॉजीयह दर्शाता है कि पैक में प्रत्येक सेल को समान रूप से चार्ज देने के बजाय, उसमें प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा की मात्रा को सक्रिय रूप से प्रबंधित करके, टूट-फूट को कम किया जा सकता है। यह दृष्टिकोण प्रभावी रूप से प्रत्येक सेल को अपना सर्वोत्तम और सबसे लंबा जीवन जीने में सक्षम बनाता है।

स्टैनफोर्ड की प्रोफेसर और अध्ययन की वरिष्ठ लेखिका सिमोना ओनोरी के अनुसार, प्रारंभिक सिमुलेशन से पता चलता है कि नई तकनीक से प्रबंधित बैटरियां कम से कम 20% अधिक चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों को संभाल सकती हैं, यहां तक ​​कि बार-बार फास्ट चार्जिंग के साथ भी, जो बैटरी पर अतिरिक्त दबाव डालती है।

इलेक्ट्रिक कारों की बैटरी की आयु बढ़ाने के लिए पहले किए गए अधिकांश प्रयासों में एकल सेल के डिज़ाइन, सामग्री और निर्माण में सुधार पर ध्यान केंद्रित किया गया है, इस आधार पर कि एक श्रृंखला की कड़ियों की तरह, बैटरी पैक की गुणवत्ता उसके सबसे कमजोर सेल पर निर्भर करती है। नया अध्ययन इस समझ से शुरू होता है कि निर्माण संबंधी खामियों और कुछ सेल के गर्मी जैसे तनावों के संपर्क में आने से दूसरों की तुलना में तेजी से खराब होने के कारण कमजोर कड़ियां अपरिहार्य हैं, लेकिन जरूरी नहीं कि वे पूरे पैक को खराब कर दें। मुख्य बात यह है कि विफलता को रोकने के लिए प्रत्येक सेल की विशिष्ट क्षमता के अनुसार चार्जिंग दर को समायोजित किया जाए।

स्टैनफोर्ड डोएर स्कूल ऑफ सस्टेनेबिलिटी में ऊर्जा विज्ञान इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर ओनोरी ने कहा, "अगर सेल-टू-सेल असमानताओं को ठीक से हल नहीं किया गया, तो ये बैटरी पैक की दीर्घायु, स्वास्थ्य और सुरक्षा को खतरे में डाल सकती हैं और बैटरी पैक में समय से पहले खराबी पैदा कर सकती हैं। हमारा तरीका पैक के प्रत्येक सेल में ऊर्जा को बराबर करता है, जिससे सभी सेल संतुलित तरीके से अंतिम लक्षित चार्ज स्थिति तक पहुंच जाते हैं और पैक की दीर्घायु में सुधार होता है।"

दस लाख मील की क्षमता वाली बैटरी बनाने की प्रेरणा मिली।

इस नए शोध की प्रेरणा का एक हिस्सा इलेक्ट्रिक कार कंपनी टेस्ला द्वारा 2020 में की गई उस घोषणा से जुड़ा है, जिसमें उसने "दस लाख मील चलने वाली बैटरी" पर काम करने की बात कही थी। यह एक ऐसी बैटरी होगी जो नियमित चार्जिंग के साथ कार को 10 लाख मील या उससे अधिक दूरी तक चलाने में सक्षम होगी, इससे पहले कि एक ऐसे बिंदु पर पहुंचे जहां, पुराने फोन या लैपटॉप में लिथियम-आयन बैटरी की तरह, इलेक्ट्रिक वाहन की बैटरी में चार्ज इतना कम हो जाए कि वह काम करना बंद कर दे।

ऐसी बैटरी, इलेक्ट्रिक वाहनों की बैटरियों के लिए ऑटोमोबाइल निर्माताओं द्वारा दी जाने वाली आठ साल या 100,000 मील की सामान्य वारंटी से कहीं अधिक समय तक चलेगी। हालांकि बैटरी पैक अक्सर अपनी वारंटी अवधि से अधिक समय तक चलते हैं, लेकिन अगर महंगे बैटरी पैक को बदलने की जरूरत कम हो जाए तो इलेक्ट्रिक वाहनों पर उपभोक्ताओं का भरोसा बढ़ सकता है। हजारों बार चार्ज करने के बाद भी चार्ज बनाए रखने वाली बैटरी लंबी दूरी के ट्रकों के विद्युतीकरण और तथाकथित 'व्हीकल-टू-ग्रिड' सिस्टम को अपनाने में भी मदद कर सकती है, जिसमें इलेक्ट्रिक वाहन बैटरियां नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहित और बिजली ग्रिड को वितरित करेंगी।

ओनोरी ने कहा, "बाद में यह स्पष्ट किया गया कि दस लाख मील चलने वाली बैटरी की अवधारणा वास्तव में कोई नई रसायन शास्त्र नहीं थी, बल्कि बैटरी को पूरी चार्ज क्षमता का उपयोग किए बिना संचालित करने का एक तरीका मात्र थी।" संबंधित शोध एकल लिथियम-आयन सेल पर केंद्रित रहा है, जो आमतौर पर पूर्ण बैटरी पैक की तुलना में चार्ज क्षमता को इतनी जल्दी नहीं खोते हैं।

उत्सुक होकर, ओनोरी और उनकी प्रयोगशाला के दो शोधकर्ताओं - पोस्टडॉक्टोरल स्कॉलर वाहिद अजीमी और पीएचडी छात्र अनिरुद्ध अल्लाम - ने यह पता लगाने का फैसला किया कि मौजूदा बैटरी प्रकारों का अभिनव प्रबंधन एक पूर्ण बैटरी पैक के प्रदर्शन और सेवा जीवन को कैसे बेहतर बना सकता है, जिसमें सैकड़ों या हजारों सेल हो सकते हैं।

एक उच्च-विश्वसनीयता वाला बैटरी मॉडल

पहले चरण के रूप में, शोधकर्ताओं ने बैटरी के व्यवहार का एक उच्च-विश्वसनीयता वाला कंप्यूटर मॉडल तैयार किया, जो बैटरी के परिचालन जीवन के दौरान उसके अंदर होने वाले भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों को सटीक रूप से दर्शाता है। इनमें से कुछ परिवर्तन कुछ सेकंड या मिनटों में होते हैं, जबकि अन्य में महीनों या वर्षों लग जाते हैं।

स्टैनफोर्ड एनर्जी कंट्रोल लैब के निदेशक ओनोरी ने कहा, "हमारी जानकारी के अनुसार, इससे पहले किसी भी अध्ययन में हमारे द्वारा बनाए गए उच्च-विश्वसनीयता वाले, बहु-समय-स्तरीय बैटरी मॉडल का उपयोग नहीं किया गया है।"

इस मॉडल के साथ किए गए सिमुलेशन से पता चला कि आधुनिक बैटरी पैक को उसके घटक सेलों के बीच के अंतरों को ध्यान में रखते हुए अनुकूलित और नियंत्रित किया जा सकता है। ओनोरी और उनके सहयोगियों का मानना ​​है कि आने वाले वर्षों में उनके मॉडल का उपयोग बैटरी प्रबंधन प्रणालियों के विकास में मार्गदर्शन के लिए किया जा सकता है, जिन्हें मौजूदा वाहन डिज़ाइनों में आसानी से लागू किया जा सकता है।

इसका फायदा सिर्फ इलेक्ट्रिक वाहनों को ही नहीं मिलेगा। ओनोरी ने कहा कि लगभग कोई भी ऐसा अनुप्रयोग जो "बैटरी पैक पर बहुत अधिक दबाव डालता है" नए परिणामों के आधार पर बेहतर प्रबंधन के लिए उपयुक्त हो सकता है। एक उदाहरण? इलेक्ट्रिक वर्टिकल टेकऑफ और लैंडिंग वाले ड्रोन जैसे विमान, जिन्हें कभी-कभी ईवीटीओएल कहा जाता है, जिन्हें कुछ उद्यमी अगले दशक में एयर टैक्सी के रूप में संचालित करने और अन्य शहरी हवाई परिवहन सेवाएं प्रदान करने की उम्मीद करते हैं। इसके अलावा, रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरियों के लिए अन्य अनुप्रयोगों की भी संभावनाएं हैं, जिनमें सामान्य विमानन और नवीकरणीय ऊर्जा का बड़े पैमाने पर भंडारण शामिल है।

ओनोरी ने कहा, "लिथियम-आयन बैटरियों ने दुनिया को कई मायनों में बदल दिया है। यह महत्वपूर्ण है कि हम इस क्रांतिकारी तकनीक और इसके आने वाले संस्करणों से जितना हो सके उतना लाभ उठाएं।"