कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स (UCLA) के शोधकर्ताओं ने ऊर्जा संचयन तकनीक के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। रिक कानेर और माहेर एल-कादी के नेतृत्व में एक टीम ने 3D-प्रिंटिंग तकनीक से तैयार इलेक्ट्रोड वाली ऐसी जिंक-आयन हाइब्रिड बैटरी विकसित की है, जो मौजूदा समान प्रणालियों की तुलना में सात गुना अधिक ऊर्जा संचित कर सकती है।
'स्मॉल' (Small) नामक पत्रिका में प्रकाशित इस शोध का नेतृत्व सोफिया उएमुरा ने किया, जिन्होंने हाल ही में UCLA से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की है। इस नवाचार की मुख्य विशेषता अल्ट्रावाइलेट लेजर का उपयोग करने वाली 3D-प्रिंटिंग तकनीक है, जिसकी मदद से जालीदार संरचना वाला छिद्रपूर्ण कार्बन इलेक्ट्रोड तैयार किया गया। इसके बाद इस इलेक्ट्रोड पर वैनेडियम ऑक्साइड की परत चढ़ाई गई, जो प्रभावी ढंग से चार्ज जमा करने वाला पदार्थ है। इस मिश्रित पदार्थ के मात्र एक ग्राम का सतह क्षेत्र लगभग दस टेनिस कोर्ट के बराबर है, जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक विशाल संपर्क क्षेत्र प्रदान करता है।
यह उपकरण एक हाइब्रिड के रूप में कार्य करता है और ऊर्जा संचयन के दो अलग-अलग तरीकों को जोड़ता है: एक इलेक्ट्रोड पर जिंक आयनों का इंटरकैलेशन (पारंपरिक बैटरी की तरह) होता है, जबकि दूसरे पर इलेक्ट्रिक डबल लेयर में चार्ज जमा होता है (सुपरकैपेसिटर की तरह)। यह अनूठा संयोजन चार्जिंग और डिस्चार्जिंग की गति से समझौता किए बिना उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त करने में मदद करता है। विशेष रूप से विकसित 3D-प्रिंटेड टेस्ट सेल में 1500 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद, इन कार्बन इलेक्ट्रोडों ने अपनी 98% क्षमता बरकरार रखी, जबकि सामान्य खुले सेटअप में वे सौ चक्रों से भी कम में काम करना बंद कर देते हैं।
इलेक्ट्रोड की त्रि-आयामी छिद्रपूर्ण बनावट एक जटिल समस्या का समाधान करती है: यह प्रतिक्रिया के लिए उपलब्ध सतह को बढ़ाती है और इलेक्ट्रोड को मोटा किए बिना उसमें काफी अधिक सक्रिय वैनेडियम ऑक्साइड सामग्री को समाहित करने की अनुमति देती है। शोधकर्ताओं ने सीलबंद ढक्कन और इलेक्ट्रोड के बीच निश्चित दूरी वाला एक अभिनव 3D-प्रिंटेड परीक्षण सेल भी विकसित किया है—जो अधिकांश प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली खुले बीकर में इलेक्ट्रोलाइट डालने की पुरानी पद्धति की तुलना में कहीं अधिक सटीक और विश्वसनीय परिणाम देता है।
हालांकि ये परिणाम अभी प्रयोगशाला स्तर के हैं और पूर्ण बैटरी मॉड्यूल अभी तैयार नहीं किए गए हैं, फिर भी इस खोज की संभावनाएं अपार हैं। जिंक, लिथियम की तुलना में लगभग सौ गुना अधिक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है, काफी सस्ता है और इसका निष्कर्षण व पुनर्चक्रण भी आसान है—ये गुण इसे सौर और पवन ऊर्जा संयंत्रों के लिए ऊर्जा भंडारण का एक बेहतरीन विकल्प बनाते हैं। ग्रिड स्तर पर इसके कार्यान्वयन के लिए कुछ व्यावहारिक और आर्थिक बाधाओं को पार करना आवश्यक है: जैसे 3D-प्रिंटिंग प्रक्रिया का विस्तार, वास्तविक परिस्थितियों में सामग्रियों की दीर्घकालिक स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन की लागत को कम करना।
यह खोज दिखाती है कि कैसे आधुनिक निर्माण तकनीक (3D-प्रिंटिंग), पदार्थ विज्ञान (कार्बन ढांचे में वैनेडियम ऑक्साइड) और इलेक्ट्रोकेमिकल डिजाइन का संगम ऊर्जा भंडारण की क्षमताओं में क्रांतिकारी सुधार ला सकता है। यह उन महत्वपूर्ण कदमों में से एक है, जो प्रयोगशाला की सफलता को औद्योगिक रूप देने और ग्रिड स्तर पर तैनाती की ओर ले जाते हैं।
