हिमालय क्षेत्र सहित दूरदराज के क्षेत्रों में जहां तापमान शून्य डिग्री से नीचे हो सकता है, पारंपरिक बैटरियों के बजाय जस्ता और वायु मिश्रित बैटरियों का उपयोग किया जा रहा है। इन क्षेत्रों में अत्यधिक ठंड होने की वजह से पारंपरिक बैटरी को दिक्कत हो सकती है।

इन क्षेत्रों में लंबे समय तक चलने वाले कैथोड उत्प्रेरक और मिश्रित एंटीफ्रीजर इलेक्ट्रोलाइट्स वाली बैटरियों का उपयोग किए जाने की सूचना है। पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियां लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड और लिथियम आयन फॉस्फेट जैसी भारी कैथोड सामग्री से बनाई जाती हैं, जो उन्हें भारी भी बनाती हैं और ऊर्जा की दृष्टि से उतनी कुशल भी नहीं होती हैं।

ऊर्जा की बढ़ती मांगों को देखते हुए स्वच्छ, नवीकरणीय संसाधनों के उपयोग के लिए कुशल ऊर्जा भंडारण प्रणाली महत्वपूर्ण हैं। शोधकर्ता उच्च ऊर्जा घनत्व और कम वजन वाले उपकरण विकसित करने का प्रयास कर रहे हैं। लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियों को सीमित ऊर्जा घनत्व के साथ लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड और लिथियम आयरन फॉस्फेट जैसी भारी कैथोड सामग्री के कारण दिक्कतों का सामना करना पड़ता है। ऐसे में धातु-वायु बैटरियां आशाजनक विकल्प के रूप में उभर रही हैं, जो भारी कैथोड सामग्री को ली, ना, के, एमजी, अल, जेडएन और फी जैसी धातुओं से प्रतिस्थापित कर रही हैं। ऊर्जा घनत्व को संभावित रूप से बढ़ाने के लिए वायु इलेक्ट्रोड पर O2 का उपयोग कर रही हैं। स्थायी ऊर्जा समाधानों की वैश्विक मांग को देखते हुए समग्र जल विभाजन, ईंधन सेल और धातु-वायु बैटरी जैसी इलेक्ट्रो कैटलिटिक तकनीकें कम कार्बन उत्सर्जन का विकल्प दे रही हैं। इन सबके बाद भी चुनौतियां बरकरार हैं, जिनमें ऊर्जा उत्पादन की कम दर और जटिल बहु-चरण इंटरफेस पर उच्च क्षमताएं शामिल हैं।

इन चुनौतियों को दूर करने के लिए उच्च दक्षता वाले विषम उत्प्रेरक विकसित करने की आवश्यकता है। ओआरआर (ऑक्सीजन रिडक्शन रिएक्शन) ओईआर (ऑक्सीजन इवोल्यूशन रिएक्शन) एचईआर (हाइड्रोजन इवोल्यूशन रिएक्शन) को एक साथ गति देने में सक्षम बहुक्रियाशील उत्प्रेरक विशेष रूप से आशाजनक हैं, क्योंकि वे कम सामग्री उपयोग, सरलीकृत डिजाइन, ऊर्जा उपयोग में वृद्धि और बेहतर उपकरण एकीकरण पर जोर देते हैं।

नाइट्रोजन-डोप्ड कार्बन समूह के भीतर परमाणु रूप से बिखरे हुए अवस्थांतर धातुओं (एम = फई, सीओ, एनआई) की विशेषता वाले एम/एनसी उत्प्रेरकों ने महत्वपूर्ण रुचि जगाई है। अपनी उत्कृष्ट विद्युत चालकता, प्रचुर 3डी इलेक्ट्रॉन विन्यास और बहुमुखी एम-एनएक्स उत्प्रेरक साइटों के लिए प्रसिद्ध ये उत्प्रेरक आस-पास के दोषपूर्ण कार्बन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व पुनर्वितरण के माध्यम से बढ़ी हुई आंतरिक गतिविधि का प्रदर्शन करते हैं।

दुर्गापुर स्थित भारतीय वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान-सेंट्रल इंस्टीट्यूट ऑफ मैकेनिकल इंजीनियरिंग दुर्गापुर के प्रोफेसर डॉ. अनिरुद्ध कुंडू के नेतृत्व में एक टीम ने कोबाल्ट और लौह धातु मिश्र धातुओं को मिलाकर एक नया कैथोड उपकरण विकसित किया है। कुंडू और उनकी टीम को इन-सीटू ग्रोथ तकनीक का उपयोग करके कोफे मिश्र धातु और Fe3C नैनोकणों को एकीकृत करके एक कैथोड सामग्री का संश्लेषण करने के लिए प्रेरित किया। परिणाम द्विध्रुवीय Co0.7Fe0.3/Fe3C (CoFe मिश्र धातु/आयरन कार्बाइड) का एक सरल एकीकृत हेटरोस्ट्रक्चर है जो स्वस्थानी में विकसित एन-डोप्ड कार्बन शीट पर एम्बेडेड है।

CoFe/Fe3C मिश्र धातु/कार्बाइड हाइब्रिड संरचना स्थायित्व को बढ़ाती है और कैथोड के रूप में उत्प्रेरक प्रदर्शन दिखाती है। यह सामग्री शून्य से नीचे के तापमान में भी तरल और ठोस-अवस्था वाली जिंक-एयर बैटरियों में उल्लेखनीय रूप से प्रभावशाली होती है, जिससे व्यावहारिक विद्युत रासायनिक अनुप्रयोगों के लिए इसकी क्षमता का प्रदर्शन होता है।

एक लिक्विड-स्टेट ZAB को एयर-इलेक्ट्रोड के रूप में डिज़ाइन किए गए Co 0.7 Fe 0.3/Fe3C का उपयोग करके बनाया गया था, जो एक साथ ओआर आर (ORR)8 और ओईआर (OER) को उत्प्रेरित करने में सक्षम है; Zn फॉइल एनोड के रूप में और 6 M KOH इलेक्ट्रोलाइट के रूप में। एक पारदर्शी, लचीला और स्थिर पीवीए-सीएमसी आधारित जेल इलेक्ट्रोलाइट डिजाइन किया गया था। सॉलिड-स्टेट Zn-एयर बैटरी (ZAB) में असेंबल करने से पहले जेल फिल्म को कमरे के तापमान पर 24 घंटे के लिए एक केंद्रित 10 M KOH+0.2 M Zn(OAc)2 घोल में डुबोया गया था। लोचदार ZAB के लिए PVA-CMC जेल इलेक्ट्रोलाइट को छोड़कर सभी स्थितियां तरल ZAB जैसी थीं।

एडवांस्ड फंक्शनल मैटेरियल्स जनरल में प्रकाशित अपने काम में शोधकर्ताओं ने नए आविष्कारों के जरिए एक उपकरण बनाया है, जिसमें व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं दिख रही हैं। हमारे डिवाइस की पोर्टेबल, लचीली और हल्की प्रकृति इसे उपयोगकर्ताओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाती है। यह न केवल रोजमर्रा के उपभोक्ताओं को बल्कि दूरदराज और चुनौतीपूर्ण वातावरण में काम करने वाले सैन्य और रक्षा कर्मियों को भी विश्वसनीय ऊर्जा समाधान प्रदान कर सकता है।

कठिन जलवायु और दूरदराज के स्थानों में ऊर्जा स्वावलंबन को सक्षम करके सभी के लिए सुलभ टिकाऊ प्रौद्योगिकी और आत्मनिर्भर ऊर्जा समाधानों की दिशा में आशाजनक प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है।

प्रकाशन लिंक: https://doi.org /10.1002/adfm.202407078

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एमजी/एआर/आरकेजे

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