झिंक-एअर बॅटरीसाठी नवे तंत्रज्ञान विकसित; सुरक्षित, स्वस्त आणि अधिक कार्यक्षम ऊर्जा साठवणुकीकडे भारताची मोठी झेप.
भारतामध्ये हरित ऊर्जा आणि स्वच्छ तंत्रज्ञानाला चालना देण्यासाठी झिंक-एअर बॅटरी (Zinc-Air Battery) क्षेत्रात मोठे यश मिळाले आहे. तंजावूर येथील SASTRA Deemed University मधील शास्त्रज्ञांनी विद्युतदृष्ट्या रिचार्ज करता येणाऱ्या झिंक-एअर बॅटरीची कार्यक्षमता वाढवणारे नवीन नॅनोफ्लुइड इलेक्ट्रोलाइट विकसित केले आहे. विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाच्या (DST) सहाय्याने विकसित करण्यात आलेले हे तंत्रज्ञान अधिक सुरक्षित, कमी खर्चिक आणि पर्यावरणपूरक ऊर्जा साठवणूक प्रणाली विकसित करण्यासाठी महत्त्वाचे ठरणार आहे. या संशोधनामुळे भविष्यात इलेक्ट्रिक वाहनांपासून ते मोठ्या वीज साठवणूक प्रकल्पांपर्यंत अनेक क्षेत्रांना मोठा फायदा होण्याची अपेक्षा आहे.
झिंक-एअर बॅटरी म्हणजे काय?
झिंक-एअर बॅटरी ही पाण्यावर आधारित, पर्यावरणपूरक आणि कमी खर्चात तयार होणारी ऊर्जा साठवणूक प्रणाली आहे. या बॅटरीमध्ये झिंक धातू आणि वातावरणातील ऑक्सिजनचा वापर करून वीज तयार केली जाते.
लिथियम-आयन बॅटरीच्या तुलनेत झिंक-एअर बॅटरी अधिक सुरक्षित मानली जाते. तिची ऊर्जा साठवण्याची क्षमता देखील खूप जास्त आहे. त्यामुळे भविष्यातील हरित ऊर्जा साठवणुकीसाठी ही बॅटरी एक प्रभावी पर्याय म्हणून पाहिली जात आहे.
नॅनोफ्लुइड इलेक्ट्रोलाइटमुळे काय बदल होणार?
झिंक-एअर बॅटरीमध्ये सर्वात मोठी समस्या म्हणजे झिंकवर होणारा गंज आणि त्यातून तयार होणारा हायड्रोजन वायू. यामुळे बॅटरीची कार्यक्षमता कमी होते.
SASTRA विद्यापीठातील संशोधकांनी या समस्येवर स्वस्त आणि प्रभावी उपाय शोधला आहे. त्यांनी पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइटमध्ये कमी प्रमाणात सिलिका आणि झिंक ऑक्साइड नॅनोकण मिसळून नॅनोफ्लुइड इलेक्ट्रोलाइट तयार केला.
या नवीन इलेक्ट्रोलाइटमुळे:
- झिंकचा गंज कमी होतो.
- हायड्रोजन वायू तयार होण्यावर नियंत्रण मिळते.
- कॅथोडवरील ऑक्सिजन प्रतिक्रिया अधिक वेगाने होते.
- बॅटरीची कार्यक्षमता आणि आयुष्य वाढते.
विशेष म्हणजे हे तंत्रज्ञान तीन महिन्यांहून अधिक काळ स्थिर राहते आणि उद्योगांमध्ये वापरण्यास तयार आहे.
पेटंट मिळाल्यामुळे उद्योगांना मिळणार थेट फायदा
या संशोधनाला भारतीय पेटंट (IN570691) मिळाले आहे.
यामुळे हे तंत्रज्ञान आता उद्योगांमध्ये थेट वापरता येणार आहे. भविष्यात भारतात तयार होणाऱ्या झिंक-एअर बॅटऱ्यांची गुणवत्ता सुधारण्यास आणि उत्पादन खर्च कमी करण्यास याचा मोठा फायदा होईल.
ग्रिड-स्केल ऊर्जा साठवणूक तसेच इलेक्ट्रिक वाहनांसाठीही हे तंत्रज्ञान उपयुक्त ठरणार आहे.
ऑक्सिजन रिअॅक्शन अधिक वेगवान करण्यासाठी नवीन कॅटॅलिस्ट
कॉपर डोपिंगमुळे मोठी सुधारणा
झिंक-एअर बॅटरीमध्ये ऑक्सिजनच्या प्रतिक्रिया वेगाने होण्यासाठी सामान्यतः प्लॅटिनम आणि रुथेनियमसारखे महागडे धातू वापरले जातात.
संशोधकांनी मात्र α-MnO₂ या स्वस्त पदार्थाचा वापर करून त्यामध्ये फक्त २ टक्के कॉपर डोपिंग केले.
या बदलामुळे तयार झालेला कॅटॅलिस्ट महागड्या प्लॅटिनम आणि रुथेनियमपेक्षाही अधिक प्रभावी ठरला.
यामुळे भविष्यात कमी खर्चात उच्च कार्यक्षम बॅटऱ्या तयार करणे शक्य होईल.
टाकाऊ वस्तूंपासून ऊर्जा तंत्रज्ञान
वापरलेल्या वॉटर फिल्टर आणि फेस मास्कचा पुनर्वापर
संशोधनातील आणखी एक महत्त्वाचा भाग म्हणजे टाकाऊ वस्तूंचा पुनर्वापर.
संशोधकांनी वापरलेल्या घरगुती वॉटर फिल्टरमधील सक्रिय कार्बन वापरून नवीन MnO₂/C नॅनोकॉम्पोझिट तयार केले.
याचा वापर:
- झिंक-एअर बॅटरीसाठी कॅटॅलिस्ट म्हणून
- सुपरकॅपॅसिटर इलेक्ट्रोड म्हणून
यशस्वीपणे करण्यात आला.
या प्रक्रियेसाठी 202441032753 या क्रमांकाने पेटंट अर्जही दाखल करण्यात आला आहे.
याशिवाय, कोविडनंतर वापरून फेकून दिलेल्या सर्जिकल फेस मास्कचे रासायनिक प्रक्रियेद्वारे सक्रिय कार्बनमध्ये रूपांतर करण्यात आले.
या कार्बनची कार्यक्षमता ऑक्सिजन रिडक्शन प्रक्रियेत प्लॅटिनमच्या जवळपास असल्याचे संशोधनात दिसून आले.
भारताच्या हरित ऊर्जा क्षेत्रासाठी का महत्त्वाचे?
भारतात अक्षय ऊर्जेचा वापर वेगाने वाढत आहे. सौर आणि पवन ऊर्जेचे उत्पादन वाढत असताना त्याची सुरक्षित आणि कमी खर्चातील साठवणूक आवश्यक आहे.
झिंक-एअर बॅटरी ही या गरजेसाठी एक प्रभावी पर्याय ठरू शकते.
या नव्या तंत्रज्ञानामुळे:
- ऊर्जा साठवणुकीचा खर्च कमी होईल.
- इलेक्ट्रिक वाहनांना अधिक सुरक्षित बॅटरी मिळेल.
- लिथियमवरील अवलंबित्व कमी होऊ शकते.
- पर्यावरणपूरक ऊर्जा प्रणालीला चालना मिळेल.
- भारतातील बॅटरी उत्पादन उद्योग अधिक सक्षम बनेल.
विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाचे सहकार्य
हे संशोधन विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाच्या (DST) Nano and Advanced Materials Division यांच्या आर्थिक सहाय्याने पूर्ण करण्यात आले.
डॉ. एस. देवराज यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधन पथकाने अनेक वर्षांच्या संशोधनानंतर झिंक-एअर बॅटरीतील दोन मोठ्या समस्या एकाच वेळी सोडवण्यात यश मिळवले आहे.
यामुळे भविष्यात भारतीय संशोधन आणि स्वदेशी तंत्रज्ञानाला जागतिक स्तरावर अधिक मान्यता मिळण्याची शक्यता आहे.