سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں: اگلی نسل کی بیٹری کا راستہ

سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں: اگلی نسل کی بیٹری کا راستہ

14 مئی کو، "The Korea Times" اور دیگر میڈیا رپورٹس کے مطابق، Samsung کا منصوبہ ہے کہ Hyundai کے ساتھ الیکٹرک گاڑیاں تیار کرنے اور Hyundai الیکٹرک گاڑیوں کے لیے پاور بیٹریاں اور کار کے دیگر منسلک پرزے فراہم کرنے کے لیے تعاون کرے۔ میڈیا نے پیش گوئی کی ہے کہ سام سنگ اور ہنڈائی جلد ہی بیٹری کی فراہمی کے حوالے سے ایک غیر پابند مفاہمت کی یادداشت پر دستخط کریں گے۔ بتایا جاتا ہے کہ سام سنگ نے اپنی تازہ ترین سالڈ سٹیٹ بیٹری Hyundai کو متعارف کرائی ہے۔

سام سنگ کے مطابق، جب اس کی پروٹو ٹائپ بیٹری پوری طرح سے چارج ہو جاتی ہے، تو یہ ایک الیکٹرک کار کو ایک وقت میں 800 کلومیٹر سے زیادہ ڈرائیو کرنے کی اجازت دے سکتی ہے، جس کی بیٹری سائیکل لائف 1,000 گنا سے زیادہ ہے۔ اس کا حجم اسی صلاحیت کی لیتھیم آئن بیٹری سے 50% چھوٹا ہے۔ اس وجہ سے، سالڈ سٹیٹ بیٹریاں اگلے دس سالوں میں الیکٹرک گاڑیوں کے لیے سب سے موزوں پاور بیٹریاں سمجھی جاتی ہیں۔

مارچ 2020 کے اوائل میں، سام سنگ انسٹی ٹیوٹ فار ایڈوانسڈ اسٹڈی (SAIT) اور سام سنگ ریسرچ سینٹر آف جاپان (SRJ) نے "نیچر انرجی" میگزین میں "ہائی انرجی لانگ سائیکلنگ آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم میٹل بیٹریاں جو سلور سے فعال ہیں" شائع کی۔ -کاربن کمپوزٹ اینوڈز" نے سالڈ اسٹیٹ بیٹریوں کے میدان میں اپنی تازہ ترین ترقی متعارف کرائی۔

یہ بیٹری ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ استعمال کرتی ہے، جو زیادہ درجہ حرارت پر آتش گیر نہیں ہوتی اور پنکچر شارٹ سرکٹ سے بچنے کے لیے لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو بھی روک سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، یہ سلور-کاربن (Ag-C) کی جامع تہہ کو اینوڈ کے طور پر استعمال کرتا ہے، جو توانائی کی کثافت کو 900Wh/L تک بڑھا سکتا ہے، 1000 سے زیادہ سائیکلوں کی لمبی سائیکل زندگی، اور بہت زیادہ کولمبک کارکردگی (چارج) اور خارج ہونے والی کارکردگی) 99.8٪۔ یہ ایک ہی ادائیگی کے بعد بیٹری چلا سکتا ہے۔ گاڑی نے 800 کلومیٹر کا سفر طے کیا۔

تاہم، SAIT اور SRJ جنہوں نے مقالہ شائع کیا وہ سام سنگ SDI کے بجائے سائنسی تحقیقی ادارے ہیں، جو ٹیکنالوجی پر توجہ مرکوز کرتے ہیں۔ مضمون صرف نئی بیٹری کے اصول، ساخت اور کارکردگی کو واضح کرتا ہے۔ یہ ابتدائی اندازہ لگایا گیا ہے کہ بیٹری ابھی لیبارٹری کے مرحلے میں ہے اور مختصر مدت میں بڑے پیمانے پر تیار کرنا مشکل ہوگا۔

سالڈ سٹیٹ بیٹریوں اور روایتی مائع لتیم آئن بیٹریوں کے درمیان فرق یہ ہے کہ الیکٹرولائٹس اور الگ کرنے والوں کے بجائے ٹھوس الیکٹرولائٹس استعمال کی جاتی ہیں۔ لیتھیم انٹرکیلیٹڈ گریفائٹ اینوڈز استعمال کرنا ضروری نہیں ہے۔ اس کے بجائے، دھاتی لتیم کو انوڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جو انوڈ مواد کی تعداد کو کم کرتا ہے۔ زیادہ جسمانی توانائی کی کثافت (>350Wh/kg) اور لمبی زندگی (>5000 سائیکل) کے ساتھ ساتھ خصوصی افعال (جیسے لچک) اور دیگر ضروریات کے ساتھ پاور بیٹریاں۔

نئی سسٹم بیٹریوں میں سالڈ سٹیٹ بیٹریاں، لیتھیم فلو بیٹریاں، اور دھاتی ہوا کی بیٹریاں شامل ہیں۔ تین سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے اپنے فوائد ہیں۔ پولیمر الیکٹرولائٹس نامیاتی الیکٹرولائٹس ہیں، اور آکسائڈز اور سلفائڈز غیر نامیاتی سیرامک ​​الیکٹرولائٹس ہیں۔

عالمی سالڈ اسٹیٹ بیٹری کمپنیوں کو دیکھتے ہوئے، وہاں اسٹارٹ اپس ہیں، اور بین الاقوامی مینوفیکچررز بھی ہیں۔ کمپنیاں الیکٹرولائٹ سسٹم میں مختلف عقائد کے ساتھ اکیلے ہیں، اور ٹیکنالوجی کے بہاؤ یا انضمام کا کوئی رجحان نہیں ہے۔ فی الحال، کچھ تکنیکی راستے صنعت کاری کے حالات کے قریب ہیں، اور سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے آٹومیشن کی سڑک پر کام جاری ہے۔

یورپی اور امریکی کمپنیاں پولیمر اور آکسائیڈ سسٹم کو ترجیح دیتی ہیں۔ پولیمر پر مبنی سالڈ اسٹیٹ بیٹریوں کو تجارتی بنانے میں فرانسیسی کمپنی Bolloré نے قیادت کی۔ دسمبر 2011 میں، اس کی 30kwh سالڈ سٹیٹ پولیمر بیٹریوں + الیکٹرک ڈبل لیئر کیپسیٹرز سے چلنے والی الیکٹرک گاڑیاں مشترکہ کار مارکیٹ میں داخل ہوئیں، جو دنیا میں پہلی بار تھا۔ EVs کے لیے کمرشل سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں۔

Sakti3، ایک پتلی فلم آکسائیڈ سالڈ اسٹیٹ بیٹری بنانے والی کمپنی، 2015 میں برطانوی ہوم اپلائنس دیوسن نے حاصل کی تھی۔ یہ پتلی فلم کی تیاری کی لاگت اور بڑے پیمانے پر پروڈکشن کی دشواری سے مشروط ہے، اور کوئی بڑے پیمانے پر نہیں ہوا ہے۔ ایک طویل وقت کے لئے پیداوار کی مصنوعات.

سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے لیے میکسویل کا منصوبہ یہ ہے کہ سب سے پہلے چھوٹی بیٹری مارکیٹ میں داخل ہو، 2020 میں انہیں بڑے پیمانے پر تیار کیا جائے اور 2022 میں انرجی سٹوریج کے شعبے میں استعمال کیا جائے۔ تیزی سے کمرشل ایپلی کیشن کی خاطر، میکسویل پہلے نیم بیٹری کو آزمانے پر غور کر سکتے ہیں۔ مختصر مدت میں ٹھوس بیٹریاں۔ پھر بھی، نیم ٹھوس بیٹریاں زیادہ مہنگی ہوتی ہیں اور بنیادی طور پر خاص ڈیمانڈ فیلڈز میں استعمال ہوتی ہیں، جس سے بڑے پیمانے پر ایپلی کیشنز مشکل ہوتی ہیں۔

غیر پتلی فلم آکسائیڈ مصنوعات کی مجموعی کارکردگی بہترین ہے اور فی الحال ترقی میں مقبول ہیں۔ تائیوان ہوانگ اور جیانگ سو چنگ ڈاؤ دونوں اس ٹریک کے معروف کھلاڑی ہیں۔

جاپانی اور کوریائی کمپنیاں سلفائیڈ سسٹم کے صنعتی مسائل کو حل کرنے کے لیے زیادہ پرعزم ہیں۔ ٹویوٹا اور سام سنگ جیسی نمائندہ کمپنیوں نے اپنی تعیناتی کو تیز کر دیا ہے۔ سلفائیڈ سالڈ سٹیٹ بیٹریاں (لتیم سلفر بیٹریاں) ان کی اعلی توانائی کی کثافت اور کم قیمت کی وجہ سے بہت زیادہ ترقی کی صلاحیت رکھتی ہیں۔ ان میں ٹویوٹا کی ٹیکنالوجی سب سے جدید ہے۔ اس نے ایمپیئر لیول کی ڈیمو بیٹریاں اور الیکٹرو کیمیکل کارکردگی جاری کی۔ ایک ہی وقت میں، انہوں نے ایک بڑے بیٹری پیک کو تیار کرنے کے لیے الیکٹرولائٹ کے طور پر اعلی کمرے کے درجہ حرارت کی چالکتا کے ساتھ LGPS کا بھی استعمال کیا۔

جاپان نے ملک گیر تحقیق اور ترقی کا پروگرام شروع کیا ہے۔ سب سے امید افزا اتحاد ٹویوٹا اور پیناسونک ہے (ٹویوٹا کے پاس تقریباً 300 انجینئرز ہیں جو سالڈ سٹیٹ بیٹریاں تیار کرنے میں شامل ہیں)۔ اس نے کہا کہ یہ پانچ سالوں میں سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کو تجارتی بنا دے گا۔

ٹویوٹا اور NEDO کی طرف سے تیار کردہ آل سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی کمرشلائزیشن کا منصوبہ موجودہ LIB حوصلہ افزا اور نقصان دہ مواد کا استعمال کرتے ہوئے آل سالڈ سٹیٹ بیٹریاں (پہلی نسل کی بیٹریاں) تیار کرنے سے شروع ہوتا ہے۔ اس کے بعد، یہ توانائی کی کثافت (اگلی نسل کی بیٹریاں) بڑھانے کے لیے نئے مثبت اور منفی مواد کا استعمال کرے گا۔ ٹویوٹا سے 2022 میں سالڈ اسٹیٹ الیکٹرک گاڑیوں کی پروٹو ٹائپس تیار کرنے کی توقع ہے، اور یہ 2025 میں کچھ ماڈلز میں سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں استعمال کرے گا۔ 2030 میں، بڑے پیمانے پر پیداواری ایپلی کیشنز کو حاصل کرنے کے لیے توانائی کی کثافت 500Wh/kg تک پہنچ سکتی ہے۔

پیٹنٹ کے نقطہ نظر سے، سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں کے لیے سب سے اوپر 20 پیٹنٹ درخواست دہندگان میں سے، جاپانی کمپنیوں نے 11 کا حصہ ڈالا۔ ٹویوٹا نے سب سے زیادہ درخواستیں دیں، جو کہ دوسری پیناسونک کے مقابلے 1,709 گنا 2.2 تک پہنچ گئی۔ سرفہرست 10 کمپنیاں تمام جاپانی اور جنوبی کوریا کی ہیں، جن میں 8 جاپان اور 2 جنوبی کوریا کی ہیں۔

پیٹنٹ کے عالمی پیٹنٹ لے آؤٹ کے نقطہ نظر سے، جاپان، ریاستہائے متحدہ، چین، جنوبی کوریا، اور یورپ کلیدی ممالک یا خطے ہیں۔ مقامی ایپلی کیشنز کے علاوہ، ٹویوٹا کے پاس ریاست ہائے متحدہ امریکہ اور چین میں درخواستوں کی سب سے نمایاں تعداد ہے، جو کہ پیٹنٹ کی کل درخواستوں میں بالترتیب 14.7% اور 12.9% ہے۔

میرے ملک میں سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی صنعت کاری بھی مسلسل تحقیق کے تحت ہے۔ چین کے تکنیکی راستے کے منصوبے کے مطابق، 2020 میں، یہ آہستہ آہستہ ٹھوس الیکٹرولائٹ، اعلی مخصوص توانائی کیتھوڈ مواد کی ترکیب، اور تین جہتی فریم ورک ڈھانچہ لیتھیم الائے تعمیراتی ٹیکنالوجی کا احساس کرے گا۔ یہ 300Wh/kg چھوٹی صلاحیت والی واحد بیٹری کے نمونے کی تیاری کو تسلیم کرے گا۔ 2025 میں، سالڈ سٹیٹ بیٹری انٹرفیس کنٹرول ٹیکنالوجی 400Wh/kg بڑی صلاحیت والی واحد بیٹری کے نمونے اور گروپ ٹیکنالوجی کا احساس کرے گی۔ توقع ہے کہ سالڈ سٹیٹ بیٹریاں اور لیتھیم سلفر بیٹریاں 2030 میں بڑے پیمانے پر تیار اور فروغ پائیں گی۔

CATL کے IPO فنڈ ریزنگ پروجیکٹ میں اگلی نسل کی بیٹریوں میں سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں شامل ہیں۔ این ای ٹائمز کی رپورٹوں کے مطابق، CATL کم از کم 2025 تک سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی بڑے پیمانے پر پیداوار حاصل کرنے کی توقع رکھتا ہے۔

مجموعی طور پر، پولیمر سسٹم ٹیکنالوجی سب سے زیادہ پختہ ہے، اور پہلی ای وی لیول پروڈکٹ پیدا ہوئی ہے۔ اس کی تصوراتی اور آگے نظر آنے والی فطرت نے دیر سے آنے والوں کی طرف سے تحقیق اور ترقی میں سرمایہ کاری کی رفتار کو متحرک کیا ہے، لیکن کارکردگی کی بالائی حد ترقی کو روکتی ہے، اور غیر نامیاتی ٹھوس الیکٹرولائٹس کے ساتھ مرکب مستقبل میں ایک ممکنہ حل ہو گا۔ آکسیکرن مادی نظام میں، پتلی فلم کی اقسام کی ترقی صلاحیت کی توسیع اور بڑے پیمانے پر پیداوار پر مرکوز ہے، اور غیر فلمی اقسام کی مجموعی کارکردگی بہتر ہے، جو موجودہ تحقیق اور ترقی کا مرکز ہے۔ سلفائیڈ سسٹم الیکٹرک گاڑیوں کے میدان میں سب سے زیادہ امید افزا سالڈ سٹیٹ بیٹری سسٹم ہے، لیکن پولرائزڈ صورتحال میں ترقی اور ناپختہ ٹیکنالوجی کے لیے وسیع گنجائش کے ساتھ، سیکورٹی کے مسائل اور انٹرفیس کے مسائل کو حل کرنا مستقبل کی توجہ کا مرکز ہے۔

سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کو درپیش چیلنجز میں بنیادی طور پر شامل ہیں:

• اخراجات کو کم کرنا۔
• ٹھوس الیکٹرولائٹس کی حفاظت کو بہتر بنانا۔
• چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹس کے درمیان رابطے کو برقرار رکھنا۔

لیتھیم سلفر بیٹریاں، لیتھیم ایئر، اور دیگر سسٹمز کو بیٹری کے پورے ڈھانچے کے فریم کو تبدیل کرنے کی ضرورت ہے، اور اس میں زیادہ سے زیادہ اہم مسائل ہیں۔ سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے مثبت اور منفی الیکٹروڈ موجودہ نظام کو استعمال کرنا جاری رکھ سکتے ہیں، اور احساس کی مشکل نسبتاً کم ہے۔ اگلی نسل کی بیٹری ٹکنالوجی کے طور پر، سالڈ سٹیٹ بیٹریوں میں زیادہ حفاظت اور توانائی کی کثافت ہوتی ہے اور یہ لیتھیم کے بعد کے دور میں واحد راستہ بن جائے گی۔