इलेक्ट्रिक वाहन और बैटरी प्रौद्योगिकियाँ, कार्यप्रणाली, लाभ

प्रसंग: भारतीय इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बाजार की अनुमानित वृद्धि बेहतर अर्थव्यवस्था और उन्नत उपयोगकर्ता अनुभव के लिए बैटरी प्रौद्योगिकी में प्रगति पर निर्भर है। हालाँकि, प्रगति के बावजूद, वर्तमान ली-आयन बैटरियों में अभी भी सुधार की काफी गुंजाइश है।

इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवी) में लिथियम आयन बैटरियां

कार्यकरण

• इसमें एक तरल इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किए गए दो इलेक्ट्रोड (एनोड और कैथोड) होते हैं।
• एनोड में लिथियम परमाणु इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं जो बाहरी तार के माध्यम से कैथोड तक जाते हैं – इलेक्ट्रॉनों की यह धारा करंट प्रदान करती है जो वाहन की मोटर को शक्ति प्रदान करती है।
• इसके साथ ही, लिथियम आयन (अब एक इलेक्ट्रॉन के नुकसान से सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं) कैथोड तक पहुंचने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से यात्रा करते हैं।
• चार्जिंग के दौरान, प्रक्रिया उलट जाती है और लिथियम आयनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड में वापस जाने के लिए मजबूर किया जाता है।

लाभ

• लिथियम सबसे हल्का तत्व है, जो आसानी से इलेक्ट्रॉन छोड़ता है।
• उच्च ऊर्जा भंडारण के साथ हल्की, छोटी बैटरियों को सक्षम बनाता है।

नुकसान

• ऊर्जा घनत्व पेट्रोल से कम है।
• ईंधन भरने की तुलना में धीमी चार्जिंग गति।
• उच्च लागत और सीमित जीवनकाल।
• लिथियम और कोबाल्ट जैसी खनन सामग्री के बारे में पर्यावरण संबंधी चिंताएँ।

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इलेक्ट्रिक वाहनों की बैटरियों में सुधार: दृष्टिकोण

लिथियम-आयन का शोधन

• इलेक्ट्रोड सामग्री पर ध्यान दें:
  • उच्च लिथियम भंडारण क्षमता के साथ हल्का वजन।
  • तेज़ चार्जिंग और उच्च वोल्टेज के लिए कुशल लिथियम मार्ग।
  • किफायती, गैर-विषाक्त और आसानी से उपलब्ध सामग्री।
• ट्रेड-ऑफ़ मौजूद हैं:
  • निकेल-मैंगनीज-कोबाल्ट (एनएमसी) (टेस्ला): उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबी दूरी, कम स्थिर।
  • लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी): लंबा जीवन, तेज़ चार्जिंग, कम विषाक्त, कम रेंज।

सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी (एसएसबी):

• तरल इलेक्ट्रोलाइट को गर्मी प्रतिरोधी हल्के ठोस इलेक्ट्रोलाइट से बदल देता है, जिससे स्थिरता और सुरक्षा में सुधार होता है।
• लंबी दूरी, उच्च ऊर्जा घनत्व, तेज़ चार्जिंग और व्यापक तापमान सहनशीलता वाले ईवी की संभावना।
• चुनौतियाँ: सामग्री लागत, उत्पादन मापनीयता, डेंड्राइट वृद्धि।

लिथियम से परे:

• सोडियम-आयन, मैग्नीशियम-आयन, या लिथियम-सल्फर जैसे वैकल्पिक बैटरी रसायन विज्ञान का अन्वेषण करें।
• कम लागत, व्यापक संसाधन उपलब्धता और उच्च ऊर्जा घनत्व की संभावना।
• प्रारंभिक चरण का विकास, प्रदर्शन और स्थिरता के साथ चुनौतियाँ।

बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) में सुधार

• सेंसर, नियंत्रण सर्किटरी और एल्गोरिदम के माध्यम से सुरक्षा, जीवनकाल और चार्जिंग गति बढ़ाएं।
• चार्जिंग को अनुकूलित करने और क्षति को रोकने के लिए तापमान, वोल्टेज और करंट पर नज़र रखता है।
• बैटरी रसायन शास्त्र बदलने की तुलना में इसे लागू करना आसान है।

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