ऊर्जा भंडारण बैटरी के क्या फायदे हैं?

चीन के ऊर्जा भंडारण उद्योग का तकनीकी विकास – विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण: वर्तमान में, लिथियम बैटरियों के सामान्य कैथोड पदार्थों में मुख्य रूप से लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (एलसीओ), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (एलएमओ), लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) और त्रिगुणीय पदार्थ शामिल हैं। लिथियम कोबाल्टेट उच्च वोल्टेज, उच्च टैप घनत्व, स्थिर संरचना और अच्छी सुरक्षा वाला पहला व्यावसायीकृत कैथोड पदार्थ है, लेकिन इसकी लागत अधिक और क्षमता कम है। लिथियम मैंगनेट की लागत कम और वोल्टेज अधिक होता है, लेकिन इसका चक्रीय प्रदर्शन खराब है और क्षमता भी कम है। त्रिगुणीय पदार्थों की क्षमता और लागत निकल, कोबाल्ट और मैंगनीज (एनसीए के अतिरिक्त) की मात्रा के अनुसार भिन्न होती है। इनकी समग्र ऊर्जा घनत्व लिथियम आयरन फॉस्फेट और लिथियम कोबाल्टेट की तुलना में अधिक है। लिथियम आयरन फॉस्फेट की लागत कम, चक्रीय प्रदर्शन अच्छा और सुरक्षा अच्छी है, लेकिन इसका वोल्टेज प्लेटफॉर्म कम है और इसकी संघनन घनत्व कम है, जिसके परिणामस्वरूप समग्र ऊर्जा घनत्व कम होता है। वर्तमान में, विद्युत क्षेत्र में त्रिगुणीय पदार्थों और लिथियम आयरन का वर्चस्व है, जबकि उपभोक्ता क्षेत्र में लिथियम कोबाल्ट का अधिक उपयोग होता है। नेगेटिव इलेक्ट्रोड सामग्री को कार्बन और गैर-कार्बन में विभाजित किया जा सकता है: कार्बन सामग्री में कृत्रिम ग्रेफाइट, प्राकृतिक ग्रेफाइट, मेसोफेज कार्बन माइक्रोस्फीयर, सॉफ्ट कार्बन, हार्ड कार्बन आदि शामिल हैं; गैर-कार्बन सामग्री में लिथियम टाइटेनेट, सिलिकॉन-आधारित सामग्री, टिन-आधारित सामग्री आदि शामिल हैं। प्राकृतिक ग्रेफाइट और कृत्रिम ग्रेफाइट वर्तमान में सबसे अधिक उपयोग में हैं। हालांकि प्राकृतिक ग्रेफाइट लागत और विशिष्ट क्षमता में बेहतर है, लेकिन इसका चक्र जीवन कम है और इसकी स्थिरता खराब है; वहीं, कृत्रिम ग्रेफाइट के गुण अपेक्षाकृत संतुलित हैं, इसमें उत्कृष्ट परिसंचरण प्रदर्शन और इलेक्ट्रोलाइट के साथ अच्छी अनुकूलता है। कृत्रिम ग्रेफाइट मुख्य रूप से बड़ी क्षमता वाली वाहन पावर बैटरी और उच्च-स्तरीय उपभोक्ता लिथियम बैटरी में उपयोग किया जाता है, जबकि प्राकृतिक ग्रेफाइट मुख्य रूप से छोटी लिथियम बैटरी और सामान्य-उद्देश्य वाली उपभोक्ता लिथियम बैटरी में उपयोग किया जाता है। गैर-कार्बन सामग्री में सिलिकॉन-आधारित सामग्री पर अभी भी निरंतर अनुसंधान और विकास जारी है। लिथियम बैटरी सेपरेटर को उत्पादन प्रक्रिया के अनुसार ड्राई सेपरेटर और वेट सेपरेटर में विभाजित किया जा सकता है, और वेट सेपरेटर में वेट मेम्ब्रेन कोटिंग प्रमुख प्रवृत्ति होगी। वेट प्रक्रिया और ड्राई प्रक्रिया के अपने-अपने फायदे और नुकसान हैं। गीली प्रक्रिया में छिद्रों का आकार छोटा और एकसमान होता है और फिल्म पतली होती है, लेकिन इसमें निवेश अधिक होता है, प्रक्रिया जटिल होती है और पर्यावरण प्रदूषण भी अधिक होता है। वहीं, शुष्क प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल, उच्च मूल्यवर्धित और पर्यावरण के अनुकूल होती है, लेकिन इसमें छिद्रों के आकार और सरंध्रता को नियंत्रित करना कठिन होता है और उत्पाद को पतला करना भी मुश्किल होता है।

चीन के ऊर्जा भंडारण उद्योग का तकनीकी मार्ग – विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण: लेड-एसिड बैटरी (VRLA) एक ऐसी बैटरी है जिसका इलेक्ट्रोड मुख्य रूप से लेड और उसके ऑक्साइड से बना होता है, और इलेक्ट्रोलाइट सल्फ्यूरिक एसिड का घोल होता है। लेड-एसिड बैटरी की आवेश अवस्था में, धनात्मक इलेक्ट्रोड का मुख्य घटक लेड डाइऑक्साइड होता है, और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड का मुख्य घटक लेड होता है; डिस्चार्ज अवस्था में, धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के मुख्य घटक लेड सल्फेट होते हैं। लेड-एसिड बैटरी का कार्य सिद्धांत यह है कि इसमें कार्बन डाइऑक्साइड और स्पंजी धातु लेड क्रमशः धनात्मक और ऋणात्मक सक्रिय पदार्थ होते हैं, और सल्फ्यूरिक एसिड का घोल इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है। लेड-एसिड बैटरी के फायदे हैं अपेक्षाकृत विकसित औद्योगिक श्रृंखला, सुरक्षित उपयोग, सरल रखरखाव, कम लागत, लंबी सेवा अवधि, स्थिर गुणवत्ता आदि। इसके नुकसान हैं धीमी चार्जिंग गति, कम ऊर्जा घनत्व, कम चक्र अवधि, प्रदूषण का आसानी से कारण बनना आदि। लेड-एसिड बैटरी का उपयोग दूरसंचार, सौर ऊर्जा प्रणालियों, इलेक्ट्रॉनिक स्विच प्रणालियों, संचार उपकरणों, छोटे बैकअप बिजली आपूर्ति (यूपीएस, ईसीआर, कंप्यूटर बैकअप सिस्टम आदि), आपातकालीन उपकरणों आदि में स्टैंडबाय बिजली आपूर्ति के रूप में और संचार उपकरणों, इलेक्ट्रिक कंट्रोल लोकोमोटिव (अधिग्रहण वाहन, स्वचालित परिवहन वाहन, इलेक्ट्रिक वाहन), यांत्रिक उपकरण स्टार्टर (कॉर्डलेस ड्रिल, इलेक्ट्रिक ड्राइवर, इलेक्ट्रिक स्लेज), औद्योगिक उपकरण/यंत्र, कैमरे आदि में मुख्य बिजली आपूर्ति के रूप में किया जाता है।

चीन के ऊर्जा भंडारण उद्योग का तकनीकी मार्ग – विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण: तरल प्रवाह बैटरी और सोडियम सल्फर बैटरी। तरल प्रवाह बैटरी एक प्रकार की बैटरी है जो निष्क्रिय इलेक्ट्रोड पर घुलनशील विद्युत युग्म की विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से विद्युत का भंडारण और निर्वहन कर सकती है। एक विशिष्ट तरल प्रवाह बैटरी के घटक में शामिल हैं: धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड; एक इलेक्ट्रोड कक्ष जो डायाफ्राम और इलेक्ट्रोड से घिरा होता है; इलेक्ट्रोलाइट टैंक, पंप और पाइपलाइन प्रणाली। तरल प्रवाह बैटरी एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण उपकरण है जो तरल सक्रिय पदार्थों की ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रिया के माध्यम से विद्युत ऊर्जा और रासायनिक ऊर्जा के पारस्परिक रूपांतरण को साकार कर सकती है, जिससे विद्युत ऊर्जा का भंडारण और निर्वहन संभव होता है। तरल प्रवाह बैटरी के कई उपविभाजित प्रकार और विशिष्ट प्रणालियाँ हैं। वर्तमान में, विश्व में केवल चार प्रकार की तरल प्रवाह बैटरी प्रणालियों का ही गहन अध्ययन किया जा रहा है, जिनमें ऑल-वैनेडियम तरल प्रवाह बैटरी, जिंक-ब्रोमीन तरल प्रवाह बैटरी, आयरन-क्रोमियम तरल प्रवाह बैटरी और सोडियम पॉलीसल्फाइड/ब्रोमीन तरल प्रवाह बैटरी शामिल हैं। सोडियम-सल्फर बैटरी धनात्मक इलेक्ट्रोड, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट, डायाफ्राम और खोल से बनी होती है, जो सामान्य द्वितीयक बैटरी (लेड-एसिड बैटरी, निकेल-कैडमियम बैटरी आदि) से भिन्न होती है। सोडियम-सल्फर बैटरी पिघले हुए इलेक्ट्रोड और ठोस इलेक्ट्रोलाइट से बनी होती है। ऋणात्मक इलेक्ट्रोड का सक्रिय पदार्थ पिघला हुआ धातु सोडियम होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड का सक्रिय पदार्थ तरल सल्फर और पिघला हुआ सोडियम पॉलीसल्फाइड लवण होता है। सोडियम-सल्फर बैटरी का एनोड तरल सल्फर से बना होता है, कैथोड तरल सोडियम से बना होता है, और बीच में सिरेमिक सामग्री की बीटा-एल्यूमीनियम ट्यूब होती है। इलेक्ट्रोड को पिघली हुई अवस्था में रखने के लिए बैटरी का परिचालन तापमान 300°C से ऊपर बनाए रखा जाना चाहिए। चीन के ऊर्जा भंडारण उद्योग का तकनीकी मार्ग - ईंधन सेल: हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण सेल। हाइड्रोजन ईंधन सेल एक ऐसा उपकरण है जो हाइड्रोजन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। मूल सिद्धांत यह है कि हाइड्रोजन ईंधन सेल के एनोड में प्रवेश करता है, उत्प्रेरक की क्रिया से गैसीय प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विघटित हो जाता है, और बने हुए हाइड्रोजन प्रोटॉन प्रोटॉन विनिमय झिल्ली से गुजरते हुए ईंधन सेल के कैथोड तक पहुंचते हैं और ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन एक बाहरी परिपथ के माध्यम से ईंधन सेल के कैथोड तक पहुंचकर धारा उत्पन्न करते हैं। संक्षेप में, यह एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया विद्युत उत्पादन उपकरण है। वैश्विक ऊर्जा भंडारण उद्योग का बाजार आकार - ऊर्जा भंडारण उद्योग की नई स्थापित क्षमता दोगुनी हो गई है - वैश्विक ऊर्जा भंडारण उद्योग के बाजार आकार में लिथियम-आयन बैटरी अभी भी ऊर्जा भंडारण का मुख्य रूप है - लिथियम-आयन बैटरी में उच्च ऊर्जा घनत्व, उच्च रूपांतरण दक्षता, तीव्र प्रतिक्रिया आदि के लाभ हैं, और वर्तमान में पंप स्टोरेज को छोड़कर स्थापित क्षमता का उच्चतम अनुपात है। ईवीटैंक और आइवी इंस्टीट्यूट ऑफ इकोनॉमिक्स द्वारा संयुक्त रूप से जारी चीन के लिथियम-आयन बैटरी उद्योग के विकास पर श्वेत पत्र (2022) के अनुसार। श्वेत पत्र के आंकड़ों के अनुसार, 2021 में लिथियम आयन बैटरी की वैश्विक कुल शिपमेंट 562.4 गीगावाट घंटे (GWh) होगी, जो पिछले वर्ष की तुलना में 91% की उल्लेखनीय वृद्धि है, और वैश्विक नए ऊर्जा भंडारण संयंत्रों में इसकी हिस्सेदारी भी 90% से अधिक होगी। हालांकि हाल के वर्षों में वैनेडियम-फ्लो बैटरी, सोडियम-आयन बैटरी और संपीड़ित वायु जैसी ऊर्जा भंडारण की अन्य प्रणालियों पर भी ध्यान दिया जा रहा है, फिर भी प्रदर्शन, लागत और औद्योगीकरण के मामले में लिथियम-आयन बैटरी के कई फायदे हैं। अल्पावधि और मध्यम अवधि में, लिथियम-आयन बैटरी विश्व में ऊर्जा भंडारण का मुख्य रूप होगी, और नए ऊर्जा भंडारण संयंत्रों में इसका अनुपात उच्च स्तर पर बना रहेगा।

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