ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ના સંશોધકોએ સફળતાપૂર્વક એક નવીન હાઇબ્રિડ ઇલેક્ટ્રોડ વિકસાવ્યો છે જે એલ્યુમિનિયમ-આયન હાઇબ્રિડ કેપેસિટર્સ (AIHCs) ની સ્થિરતા અને કામગીરીમાં વધારો કરે છે. હાઇબ્રિડ કેપેસિટર્સ એ અદ્યતન ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓનો એક આશાસ્પદ વર્ગ છે જે સંગ્રહિત ઊર્જા પર આધારિત લાંબા ઉપકરણ કાર્ય સમય અને બેટરી તથા સુપરકેપેસિટર્સની ઝડપી ઊર્જા મુક્ત કરવાની વિશેષતાઓને અનુક્રમે જોડે છે. AIHCs કુદરતી વિપુલતા અને ઓછી કિંમતને કારણે ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યા છે. જો કે, લાંબી સાયકલ લાઇફ અને પર્યાવરણીય ટકાઉપણું ધરાવતી સુસંગત સામગ્રીની ડિઝાઇન કરવી એ એક મર્યાદા છે.

જર્નલ ઓફ એનર્જી સ્ટોરેજમાં તાજેતરમાં પ્રકાશિત થયેલા અભ્યાસે, મેટલ-ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક (MOF-5), બોરોન નાઇટ્રાઇડ (BN) અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs) ધરાવતી નવી કેથોડ સામગ્રી અને CNT-કોટેડ એલ્યુમિનિયમ ફોઇલ એનોડ વિકસાવીને આ મુદ્દાને સંબોધિત કર્યો છે. MOFs એ એડજસ્ટેબલ છિદ્રો અને વિશાળ સપાટી વિસ્તાર ધરાવતી સ્ફટિકીય સામગ્રી છે જે ઊર્જા સંગ્રહ એપ્લિકેશન્સને ફાયદો કરી શકે છે. BN તેની થર્મલ સ્થિરતા અને યાંત્રિક શક્તિના ગુણધર્મો સાથે માળખાગત ટેકા તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. CNTs પરસ્પર જોડાયેલા નેટવર્ક બનાવે છે જે અસાધારણ વિદ્યુત વાહકતા અને યાંત્રિક શક્તિ પ્રદાન કરી શકે છે.

“આ ઘટકોના સંયોજનને પરિણામે શ્રેષ્ઠ ગુણધર્મો ધરાવતી હાઇબ્રિડ સામગ્રી મળી. તે અત્યંત સ્પર્ધાત્મક છે, જે ક્ષમતા, ઊર્જા અને પાવર ડેન્સિટી (ઘનતા) અને સાયકલિંગ સ્થિરતામાં શ્રેષ્ઠ છે. તેની કામગીરીને હાઇબ્રિડ અને પરસ્પર જોડાયેલા છિદ્રાળુ માળખા અને ઉપકરણની અંદર આયન્સ અથવા ચાર્જ થયેલા કણોના કાર્યક્ષમ પરિવહન જેવી સુવિધાઓને આભારી ગણી શકાય,” તેમ અભ્યાસના પ્રથમ લેખક ડૉ. પ્રશાંત દુબેએ સમજાવ્યું. ડૉ. દુબેએ આ પ્રોજેક્ટ IITGN માં અર્લી કરિયર ફેલો તરીકે પૂર્ણ કર્યો હતો. હાલમાં, તેઓ નાગોયા યુનિવર્સિટી, જાપાનમાં જાપાન સોસાયટી ફોર ધ પ્રમોશન ઓફ સાયન્સ (JSPS) પોસ્ટડોક્ટરલ ફેલો છે.

ડૉ. અતુલ ભાર્ગવના જણાવ્યા મુજબ, “એક મહત્વની વિશેષતા એલ્યુમિનિયમ ફોઇલ પર CNT કોટિંગનો ઉપયોગ હતી. આ કોટિંગ સપાટીની વાહકતામાં વધારો કરે છે અને ચાર્જ તથા ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન એલ્યુમિનિયમ આયનોને સમાન રીતે ફેલાવવાનું કારણ બને છે. તે અસરકારક રીતે એલ્યુમિનિયમની સપાટી પર જંગ (કાટ) અને પાતળા ‘બ્લોકિંગ’ લેયરની રચનાને અટકાવે છે જે વીજળીનું વહન કરવામાં નિષ્ક્રિય હોય છે.” ડૉ. ભાર્ગવ મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં પ્રોફેસર અને એનર્જી સિસ્ટમ્સ રિસર્ચ લેબોરેટરી (ESRL) માં પ્રિન્સિપલ ઇન્વેસ્ટિગેટર છે. તેમનો એક મુખ્ય સંશોધન રસ બિલ્ડિંગ એનર્જી અને ઊર્જા વપરાશના ઑપ્ટિમાઇઝેશન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે ભારત સરકારના ઊર્જા વિભાગ અને નવી અને નવીનીકરણીય ઊર્જા મંત્રાલયની અનેક પહેલો સાથે સંરેખિત છે. તેઓ સેલિગન્ટ એનર્જી સિસ્ટમ્સના સ્થાપક અને નિર્દેશક છે, જે IIT ગાંધીનગર ઇનોવેશન એન્ડ એન્ટરપ્રેન્યોરશિપ સેન્ટર ખાતે ઇન્ક્યુબેટેડ સ્ટાર્ટઅપ છે. ડૉ. ભાર્ગવ IITGN ના કિરણ સી પટેલ સેન્ટર ફોર સસ્ટેનેબલ ડેવલપમેન્ટ (KPCSD) સાથે પણ જોડાયેલા છે.

હાઇબ્રિડ ઉપકરણે વ્યક્તિગત MOF-5, BN અને CNT સંકળાયેલા ઉપકરણો કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધુ સારું પ્રદર્શન કર્યું. તેણે BN-એલ્યુમિનિયમ-આધારિત અને MOF-5-એલ્યુમિનિયમ-આધારિત સિસ્ટમોની સરખામણીમાં બમણીથી વધુ ઊર્જા (140 Wh/kg ની એનર્જી ડેન્સિટી) સંગ્રહિત કરી. વધુમાં, તેણે શ્રેષ્ઠ ઊર્જા-મુક્ત કરવાની ક્ષમતા (14.6 kW/kg ની પાવર ડેન્સિટી) જાળવી રાખી. રસપ્રદ વાત એ છે કે, એસેમ્બલ કરેલા ઉપકરણે 20,000 ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્ર પછી પણ તેની પ્રારંભિક ક્ષમતાના 92.2% જાળવી રાખ્યા હતા. વ્યવહારુ ઊર્જા સંગ્રહ એપ્લિકેશન્સ માટે આવી લાંબા ગાળાની સ્થિરતા આવશ્યક છે. બીજું નિર્ણાયક પાસું સામગ્રીની અંદર આયનો અથવા ચાર્જ થયેલા કણોનું કાર્યક્ષમ હલનચલન હતું, જેણે વધુ અસરકારક ઊર્જા સંગ્રહ તરફ દોરી હતી.

વધતી જતી વૈશ્વિક માંગ અને નવીનીકરણીય સ્ત્રોતો તરફ સ્થળાંતર કરવાની આવશ્યકતાએ અદ્યતન ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓમાં ફાળો આપ્યો છે. આ વિચાર સાથે સંરેખિત થઈને, આ સંશોધન તેમના અનન્ય ગુણધર્મોને આધારે વિવિધ સામગ્રીને સિંગલ ઇલેક્ટ્રોડમાં એકીકૃત કરે છે, જે આગામી પેઢીની ટકાઉ અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઊર્જા સંગ્રહ ટેકનોલોજી માટે તેની સંભવિતતા પર ભાર મૂકે છે. સંશોધકોએ IITGN ની સેન્ટ્રલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન ફેસિલિટી અને અર્લી કરિયર ફેલોશિપનો સ્વીકાર કર્યો હતો.

(રીલીઝ આઈડી: 2229119) મુલાકાતી સંખ્યા : 26