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शोधकर्ताओं का कहना है कि बाद में एक नई पानी आधारित बैटरी हवा या सौर ऊर्जा को स्टोर करने का एक सस्ता तरीका प्रदान कर सकती है।

जब बैटरी चमकती है और हवा बहती है तो बैटरी उत्पन्न ऊर्जा को स्टोर करती है ताकि इसे इलेक्ट्रिक ग्रिड में वापस खिलाया जा सके और जब मांग अधिक हो तो पुनर्वितरण किया जा सके।

प्रोटोटाइप मैंगनीज-हाइड्रोजन बैटरी, में सूचना दी प्रकृति ऊर्जा, केवल तीन इंच लंबा है और बिजली के केवल 20 मिलीवाट घंटे उत्पन्न करता है, जो एक प्रमुख अंगूठी पर लटका हुआ एलईडी फ्लैशलाइट्स के ऊर्जा स्तर के बराबर है।

प्रोटोटाइप के कम उत्पादन के बावजूद, शोधकर्ताओं को आश्वस्त है कि वे इस टेबल-टॉप टेक्नोलॉजी को औद्योगिक-ग्रेड सिस्टम में बढ़ा सकते हैं जो 10,000 समय तक चार्ज और रिचार्ज कर सकता है, जिससे एक ग्रिड-स्केल बैटरी एक उपयोगी जीवनकाल के साथ अच्छी तरह से हो सकती है। दशक।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर यी पेई और पेपर के वरिष्ठ लेखक कहते हैं कि मैंगनीज-हाइड्रोजन बैटरी तकनीक देश की ऊर्जा पहेली में लापता टुकड़ों में से एक हो सकती है-अप्रत्याशित हवा या सौर ऊर्जा को स्टोर करने का एक तरीका जिससे कि कम किया जा सके नवीकरणीय स्रोत उपलब्ध नहीं होने पर विश्वसनीय लेकिन कार्बन उत्सर्जित जीवाश्म ईंधन जलाने की आवश्यकता।

कुई का कहना है, "हमने जो किया है, उसे पानी में एक विशेष नमक फेंक दिया जाता है, जो इलेक्ट्रोड में गिरा दिया जाता है, और एक रिवर्सिबल रासायनिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करता है जो हाइड्रोजन गैस के रूप में इलेक्ट्रॉनों को स्टोर करता है।"

चालाक रसायन शास्त्र

कुई की प्रयोगशाला में एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान वीई चेन ने उस टीम का नेतृत्व किया जिसने अवधारणा का सपना देखा और प्रोटोटाइप बनाया। संक्षेप में, शोधकर्ताओं ने पानी और मैंगनीज सल्फेट, एक सस्ता, प्रचुर मात्रा में औद्योगिक नमक, शुष्क सेल बैटरी, उर्वरक, कागज, और अन्य उत्पादों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक विद्युतीय इलेक्ट्रॉन-विनिमय को समेकित किया।

एक हवा या सौर स्रोत बैटरी में बिजली कैसे खिला सकता है, इसकी नकल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने प्रोटोटाइप को एक पावर स्रोत लगाया। इलेक्ट्रानिक्स में चिपकने वाले मैंगनीज डाइऑक्साइड के कणों को छोड़ने के लिए पानी में भंग मैंगनीज सल्फेट के साथ प्रतिक्रिया में बहने वाले इलेक्ट्रॉन। अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को हाइड्रोजन गैस के रूप में बंद कर दिया जाता है, जो भविष्य में उपयोग के लिए उस ऊर्जा को संग्रहीत करता है।

इंजीनियरों को पता है कि हाइड्रोजन गैस में संग्रहीत ऊर्जा से बिजली को फिर से कैसे बनाया जाए, इसलिए महत्वपूर्ण अगला कदम यह साबित करना था कि वे पानी आधारित बैटरी को रिचार्ज कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने अपने बिजली स्रोत को कम प्रोटोटाइप में फिर से जोड़कर ऐसा किया, इस बार मैंगनीज डाइऑक्साइड कणों को पानी से गठबंधन करने के लिए इलेक्ट्रोड से चिपकने के लक्ष्य के साथ, मैंगनीज सल्फेट नमक को भरना। एक बार इस प्रक्रिया ने नमक को बहाल कर दिया, आने वाले इलेक्ट्रॉन अधिशेष बन गए, और अतिरिक्त शक्ति हाइड्रोजन गैस के रूप में बुलबुला हो सकती है, एक विधि में जिसे बार-बार दोहराया जा सकता है।

कुई का अनुमान है कि, पानी आधारित बैटरी की अपेक्षित जीवनकाल को देखते हुए, बारह घंटे के लिए 100-watt lightbulb को शक्ति देने के लिए पर्याप्त बिजली स्टोर करने के लिए एक पैसा खर्च होगा।

"हम मानते हैं कि यह प्रोटोटाइप तकनीक यूटिलिटी-स्केल इलेक्ट्रिकल स्टोरेज व्यावहारिकता के लिए ऊर्जा लक्ष्यों के विभाग को पूरा करने में सक्षम होगी," कुई का कहना है।

ऊर्जा विभाग (डीओई) ने ग्रिड-स्केल स्टोरेज को स्टोर करने के लिए बैटरी की सिफारिश की है और फिर एक घंटे की अवधि में कम से कम 20 किलोवाट बिजली का निर्वहन करना चाहिए, कम से कम 5,000 रिचार्ज करने में सक्षम होना चाहिए, और 10 वर्षों का उपयोगी जीवनकाल होना चाहिए या अधिक। इसे व्यावहारिक बनाने के लिए, ऐसी बैटरी प्रणाली को $ 2,000 या उससे कम, या $ 100 प्रति किलोग्राम घंटे खर्च करना चाहिए।

पूर्व डीओई सचिव और नोबेल विजेता स्टीवन चु, जो अब स्टैनफोर्ड के प्रोफेसर हैं, को अक्षय ऊर्जा में राष्ट्र संक्रमण में मदद करने के लिए प्रौद्योगिकियों को प्रोत्साहित करने में काफी रुचि है।

"सटीक सामग्रियों और डिजाइनों को अभी भी विकास की आवश्यकता है, लेकिन यह प्रोटोटाइप विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रकार को दर्शाता है जो कम लागत वाली, दीर्घकालिक, उपयोगिता-पैमाने बैटरी प्राप्त करने के नए तरीकों का सुझाव देता है," चू कहते हैं, जो सदस्य नहीं थे खोज करने वाली टीम।

ग्रिड को पावर करना

डीओई अनुमानों के मुताबिक, अमेरिकी बिजली का 70 प्रतिशत कोयले या प्राकृतिक गैस संयंत्रों द्वारा उत्पन्न होता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के 40 प्रतिशत के लिए खाता है। हवा और सौर पीढ़ी को स्थानांतरित करना उन उत्सर्जन को कम करने का एक तरीका है। लेकिन यह बिजली की आपूर्ति की विविधता से जुड़ी नई चुनौतियों का निर्माण करता है। सबसे स्पष्ट रूप से, सूर्य केवल दिन ही चमकता है और कभी-कभी, हवा उड़ती नहीं है।

लेकिन एक और कम अच्छी तरह से समझी गई लेकिन भिन्नता का महत्वपूर्ण रूप ग्रिड पर मांग के बढ़ने से आता है- यह उच्च तनाव वाले तारों का नेटवर्क है जो क्षेत्रों में बिजली और अंत में घरों को वितरित करता है। एक गर्म दिन पर, जब लोग काम से घर आते हैं और एयर कंडीशनिंग को क्रैंक करते हैं, तो यूटिलिटीज में चरम मांग को पूरा करने के लिए भार संतुलन रणनीतियां होनी चाहिए: ब्राउनआउट या ब्लैकआउट से बचने के लिए मिनटों में बिजली उत्पादन को बढ़ावा देने का कोई तरीका जो अन्यथा ग्रिड को नीचे ला सकता है ।

आज, उपयोगिताएं प्रायः ऑन-डिमांड या "डिस्पैच करने योग्य" पावर प्लांटों को फायर करके इसे पूरा करती हैं जो दिन के अधिकांश निष्क्रिय हो सकती हैं लेकिन मिनटों के भीतर ऑनलाइन आ सकती हैं-त्वरित ऊर्जा उत्पादन कर सकती हैं लेकिन कार्बन उत्सर्जन को बढ़ावा देती हैं। कुछ उपयोगिताओं ने अल्पावधि भार संतुलन विकसित किया है जो जीवाश्म ईंधन जलने वाले पौधों पर भरोसा नहीं करता है।

सबसे आम और लागत प्रभावी इस तरह की रणनीति को हाइड्रोइलेक्ट्रिक स्टोरेज पंप किया जाता है: पानी की चढ़ाई भेजने के लिए अतिरिक्त शक्ति का उपयोग करके, फिर इसे चरम मांग के दौरान ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए नीचे बहने देना। हालांकि, जलविद्युत भंडारण केवल पर्याप्त पानी और अंतरिक्ष वाले क्षेत्रों में काम करता है। तो हवा और सौर को और अधिक उपयोगी बनाने के लिए, डीओई ने उच्च क्षमता वाली बैटरी को वैकल्पिक के रूप में प्रोत्साहित किया है।

प्रतियोगिता को मारना

कुई का कहना है कि बाजार पर कई प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी तकनीकें हैं, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि कौन से दृष्टिकोण डीओई आवश्यकताओं को पूरा करेंगे और यूटिलिटीज, नियामकों और अन्य हितधारकों को अपनी व्यावहारिकता साबित करेंगे जो देश के विद्युत ग्रिड को बनाए रखते हैं।

उदाहरण के लिए, कुई रिचार्जेबल लिथियम आयन बैटरियों का कहना है, जो फोन और लैपटॉप चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा की थोड़ी मात्रा को स्टोर करते हैं, दुर्लभ सामग्रियों पर आधारित होते हैं और इसलिए पड़ोस या शहर के लिए बिजली स्टोर करने के लिए बहुत मूल्यवान होते हैं। कुई का कहना है कि ग्रिड-स्केल स्टोरेज में कम लागत वाली, उच्च क्षमता, रिचार्जेबल बैटरी की आवश्यकता होती है। मैंगनीज-हाइड्रोजन प्रक्रिया आशाजनक प्रतीत होती है।

कुई कहते हैं, "जीवन के दौरान अन्य रिचार्जेबल बैटरी तकनीकें उस लागत के पांच गुना से अधिक आसानी से होती हैं।"

चेन का कहना है कि उपन्यास रसायन शास्त्र, कम लागत वाली सामग्री और सापेक्ष सादगी ने कम लागत वाली ग्रिड-स्केल परिनियोजन के लिए मैंगनीज-हाइड्रोजन बैटरी आदर्श बनाया है।

प्रोटोटाइप को स्वयं को साबित करने के लिए विकास कार्य की आवश्यकता है। एक बात के लिए, यह इलेक्ट्रैटिक पर महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने के लिए उत्प्रेरक के रूप में प्लैटिनम का उपयोग करता है जो रिचार्ज प्रक्रिया को कुशल बनाता है, और उस घटक की लागत बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए निषिद्ध होगी। लेकिन चेन का कहना है कि टीम पहले से ही मैंगनीज सल्फेट और पानी को उलटा इलेक्ट्रॉन विनिमय करने के लिए सस्ता तरीके से काम कर रही है।

"हमने उत्प्रेरकों की पहचान की है जो हमें $ 100-per-kilowatt-घंटे DOE लक्ष्य से नीचे ला सकते हैं," वे कहते हैं।

शोधकर्ता प्रोटोटाइप के 10,000 रिचार्ज करने की रिपोर्ट करते हैं, जो डीओई की आवश्यकताओं से दोगुना है, लेकिन कहें कि वास्तव में अपने जीवनकाल प्रदर्शन और लागत का आकलन करने के लिए वास्तविक इलेक्ट्रिक ग्रिड स्टोरेज स्थितियों के तहत मैंगनीज-हाइड्रोजन बैटरी का परीक्षण करना आवश्यक होगा।

कुई का कहना है कि उन्होंने प्रौद्योगिकी लाइसेंसिंग के स्टैनफोर्ड कार्यालय के माध्यम से प्रक्रिया को पेटेंट करने की मांग की है और सिस्टम को व्यावसायीकरण के लिए कंपनी बनाने की योजना बनाई है।

लेखक के बारे में

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर यी कुई, कागज के वरिष्ठ लेखक हैं। अतिरिक्त सहकर्मी चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज और स्टैनफोर्ड से हैं। ऊर्जा विभाग ने अनुसंधान को वित्त पोषित किया।

स्रोत: स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

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