बैटरी कैसे काम करती है, और कौन सी रसायन प्रणालियाँ
प्रारंभिक और मुख्यइस पर समसामयिकी: भंडारण, बैटरी और विद्युत गतिशीलता
बैटरी ऊर्जा को रसायन के रूप में संचित करती है और धारा के रूप में मुक्त करती है। हर सेल में विद्युत अपघट्य के भीतर दो इलेक्ट्रोड होते हैं, जिनके बीच एक झिल्ली होती है जो आयनों को जाने देती है पर इलेक्ट्रॉनों को नहीं: सेल के निरावेशित होने पर ऐनोड इलेक्ट्रॉन छोड़ता है जो बाहरी परिपथ से होकर कैथोड तक जाते हैं, जबकि आवेश संतुलित करने के लिए आयन विद्युत अपघट्य से होकर चलते हैं; आवेशन दोनों को वापस धकेलता है। लिथियम आयन सेल में आयन लिथियम के होते हैं, ऐनोड ग्रेफाइट होता है और कैथोड लिथियम धातु ऑक्साइड, और आयन इन दोनों के बीच आते जाते रहते हैं, इसीलिए वह हज़ारों बार पुनः आवेशित होती है। कोई रसायन प्रणाली किस काम की है, यह चार संख्याएँ तय करती हैं: ऊर्जा घनत्व (वाट घंटा प्रति किलोग्राम, वाहन कितनी दूर जाएगा), शक्ति घनत्व (कितनी तेज़ी से दे सकती है), चक्र आयु (क्षीण होने से पहले कितने आवेशन) और लागत प्रति किलोवाट घंटा। इनमें से अधिकांश कैथोड तय करता है, और उसकी धातुएँ ही समाचारों में रहने वाले महत्वपूर्ण खनिज हैं।
बैटरी रसायन प्रणालियों की तुलना
| NMC लिथियम आयन | LFP लिथियम आयन | सोडियम आयन | ठोस अवस्था | लेड एसिड | |
|---|---|---|---|---|---|
| Energy density | high | medium | lower | highest, in development | low |
| Safety | thermal runaway risk | high | high | high | high |
| Cycle life | medium | long | long | long, unproven | short |
| Critical minerals | lithium, nickel, cobalt | lithium, iron, phosphate | sodium | lithium | lead |
| Cost | high | lower | lowest potential | high | lowest |
| Used for | cars, phones | buses, three wheelers, grid | grid, cheap vehicles | future cars | backup, starting |
- लिथियम आयन रसायन प्रणालियाँ: उच्च ऊर्जा घनत्व के लिए निकल मैंगनीज़ कोबाल्ट (NMC), जो कारों और फोनों में प्रयुक्त होती है; सुरक्षा, लंबी आयु और कोबाल्ट रहित होने के लिए लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP), जो अब बसों, तिपहिया वाहनों और ग्रिड भंडारण की पसंद है; पुराने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड।
- लिथियम आयन से आगे: सोडियम आयन (सोडियम प्रचुर है, ऊर्जा घनत्व कम, स्थिर भंडारण के अनुकूल), ठोस अवस्था (ठोस विद्युत अपघट्य, अधिक सुरक्षित और सघन, अभी विस्तार की प्रक्रिया में), फ्लो बैटरी (वैनेडियम, ऊर्जा द्रव की टंकियों में संचित, ग्रिड स्तर के लिए), और लेड एसिड, जो बैकअप के लिए अब भी सबसे सस्ती है।
- ग्रिड भंडारण वाहन से अलग काम है: ग्रिड को चक्र आयु और लागत चाहिए, भार नहीं, इसीलिए LFP और पंप भंडारण (Pumped storage) का बोलबाला है और इसीलिए बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ मेगावाट घंटा में मापी जाती हैं।
- भारत के साधन: 2021 की उन्नत रसायन सेल (Advanced Chemistry Cell, ACC) उत्पादन से जुड़ी प्रोत्साहन (PLI) योजना (50 GWh सेल विनिर्माण के लिए 18,100 करोड़ रुपये), FAME II (इलेक्ट्रिक वाहनों को तेज़ी से अपनाने और विनिर्माण की योजना) (2019 से 2024), जिसके बाद PM E DRIVE आया (अक्टूबर 2024, 10,900 करोड़ रुपये, मार्च 2026 तक), ग्रिड बैटरियों के लिए व्यवहार्यता अंतर वित्तपोषण, जो 2023 में 4,000 MWh से आरंभ हुआ और तब से बढ़ाया गया है (देखें बैटरी भंडारण), और पुनर्चक्रित सामग्री की अनिवार्यता वाले बैटरी अपशिष्ट प्रबंधन नियम, 2022।
- कच्चा माल: भारत के पास जम्मू और कश्मीर के रियासी में 5.9 मिलियन टन का अनुमानित लिथियम संसाधन है (2023), कोई उत्पादक खदान नहीं है, और वह अपने सेल आयात करता है; फ़िलहाल आपूर्ति का उत्तर पुनर्चक्रण और राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन हैं।
मुख्य परीक्षा: भंडारण भारत के नवीकरणीय निर्माण का छूटा हुआ आधा हिस्सा है: सौर ऊर्जा दोपहर में चरम पर होती है और माँग रात में, और जब तक ग्रिड बैटरियाँ और पंप भंडारण यह अंतर नहीं पाटतीं, सौर ऊर्जा के हर गीगावाट के पीछे एक कोयला संयंत्र चाहिए।
UPSC पूछ चुका है
- Prelims 2025: इलेक्ट्रिक वाहन की बैटरी के कैथोड में कौन से तत्व होते हैं
अतिरिक्त पठन: Making India Aatmanirbhar in advanced battery storage (NITI Aayog)
यह भी देखें: Energy storage: batteries, targets and long duration · पंप भंडारण · दिल्ली इलेक्ट्रिक वाहन नीति, 2026 · राष्ट्रीय महत्वपूर्ण खनिज मिशन · विदेशों में लिथियम ब्लॉक · उत्पादन कटौती
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