नई ऊर्जा वाले इलेक्ट्रिक वाहनों और इलेक्ट्रिक विमानों के तेजी से विकास के साथ, दोनों में विस्तारित ड्राइविंग रेंज की मांग तेजी से ऊर्जा {{0} सघन लिथियम {{1} आयन बैटरी (एलआईबी) पर निर्भर हो रही है।
Dec 08, 2025
नई ऊर्जा वाले इलेक्ट्रिक वाहनों और इलेक्ट्रिक विमानों के तेजी से विकास के साथ, दोनों में विस्तारित ड्राइविंग रेंज की मांग तेजी से ऊर्जा {{0} सघन लिथियम {{1} आयन बैटरी (एलआईबी) पर निर्भर हो रही है।
वर्तमान में, पारंपरिक तरल बैटरियों में, झरझरा इलेक्ट्रोड के भीतर Li+ आयनों की प्रभावी परिवहन पथ की लंबाई महत्वपूर्ण है। यह लंबाई क्षेत्रीय भार के साथ बढ़ती है, जिससे तेज चार्जिंग प्रदर्शन सीधे सीमित हो जाता है। उद्योग में विभिन्न रणनीतियाँ प्रस्तावित की गई हैं, जिनमें से इलेक्ट्रोड पतला करना दर प्रदर्शन में सुधार करने के मुख्य तरीकों में से एक है, लेकिन यह विधि बैटरी ऊर्जा घनत्व की कीमत पर आती है।
बैटरियों के अंतिम लक्ष्य के रूप में, सॉलिड{0}}स्टेट बैटरियों को उपज और लागत से परे चुनौतियों का सामना करना पड़ता है; सबसे बड़ी बाधाओं में से एक लिथियम डेंड्राइट गठन की समस्या का समाधान है। बैटरी के लिए लिथियम धातु सबसे आशाजनक एनोड सामग्री है, लेकिन डेंड्राइट वृद्धि, लिथियम की उच्च प्रतिक्रियाशीलता और वॉल्यूम विस्तार लिथियम धातु बैटरी के लिए सुरक्षा खतरे पैदा करते हैं, जिससे रिचार्जेबल बैटरी में लिथियम धातु एनोड के व्यावहारिक अनुप्रयोग में बाधा उत्पन्न होती है।
ये दोनों प्रमुख दर्द बिंदु वर्तमान में एक ही समाधान की ओर इशारा करते हैं: फोमयुक्त तांबा। फोमयुक्त तांबा, जिसे 3डी कॉपर के रूप में भी जाना जाता है, कई अद्वितीय गुणों और फायदों के साथ एक नई बैटरी सामग्री है। फोमयुक्त तांबा एक धातु सामग्री है जिसमें बड़ी संख्या में समान रूप से वितरित परस्पर जुड़े छिद्र होते हैं, जो अच्छी चालकता और लचीलापन प्रदर्शित करते हैं। लिथियम आयन बैटरी अनुप्रयोगों में, पहली पीढ़ी के कॉपर फ़ॉइल वर्तमान संग्राहकों और दूसरी पीढ़ी के मिश्रित वर्तमान संग्राहकों की तुलना में, फोमयुक्त धातु वर्तमान संग्राहक तीसरी पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह तीसरी-पीढ़ी का वर्तमान संग्राहक यह निर्धारित करने में भी एक महत्वपूर्ण कारक है कि क्या चीन सभी{{9}ठोस-स्टेट बैटरियों का औद्योगीकरण हासिल करने वाला दुनिया का पहला देश बन सकता है।
सबसे पहले, बैटरी सामग्री के रूप में फोमयुक्त तांबे में उच्च चालकता होती है, जो बैटरी की चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता में सुधार करने में मदद करती है। इसकी छिद्रपूर्ण संरचना इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क क्षेत्र को बढ़ाती है, जिससे बैटरी की ऊर्जा घनत्व और चक्र स्थिरता में सुधार होता है। पारंपरिक वर्तमान संग्राहक (टीसीसी), जैसे कि Cu और Al सहित ठोस धातु फ़ॉइल, में सरंध्रता की कमी होती है और इलेक्ट्रोलाइट के लिए अभेद्य होते हैं। इसलिए, ये टीसीसी ली+ परिवहन की सुविधा नहीं देते हैं और इलेक्ट्रोड के बीच ली+ परिवहन को केवल एक तरफ तक सीमित करते हैं, जिससे तेज़ चार्जिंग प्रदर्शन सीमित हो जाता है।
इसके विपरीत, फोमयुक्त तांबे का छिद्रपूर्ण डिज़ाइन ली+ आयनों को वर्तमान कलेक्टर और विभाजक दोनों से एक साथ गुजरने की अनुमति देता है, इस प्रकार प्रभावी ली+ परिवहन दूरी को आधा कर देता है और ऊर्जा घनत्व को प्रभावित किए बिना प्रसार {{2}सीमित सी {{3}दर प्रदर्शन को चार गुना बढ़ा देता है। वर्तमान में, अग्रणी घरेलू और अंतर्राष्ट्रीय उच्च दक्षता वाली बैटरी निर्माताओं ने तुलनात्मक अध्ययन किया है। नेचर के नवीनतम लेख के अनुसार, इस वर्तमान कलेक्टर का उपयोग करने वाली बैटरियां उच्च विशिष्ट ऊर्जा (276 Wh kg⁻¹) और महत्वपूर्ण तेज चार्जिंग क्षमताएं प्रदर्शित करती हैं, जो 4 C (78.3% C/C), 6 C (70.5% C/C), और 10 C (54.3% C/C) की दरों पर काम करती हैं। यह झरझरा वर्तमान कलेक्टर डिज़ाइन मौजूदा बैटरी निर्माण प्रक्रियाओं और अन्य तेज़ चार्जिंग रणनीतियों के साथ संगत है, बैटरी कॉन्फ़िगरेशन को समृद्ध करता है और अगली पीढ़ी की बैटरी को डिजाइन करने के लिए बेहतर विचार प्रदान करता है।
दूसरी बात, ठोस {{0}अवस्था बैटरियों में सबसे बड़ी समस्या के संबंध में {{1}लिथियम डेंड्राइट निर्माण{{2}तांबे के फोम का उच्च सतह क्षेत्र प्रभावी ढंग से इलेक्ट्रोड क्षेत्र का विस्तार करता है, जिससे विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक सक्रिय साइटें उपलब्ध होती हैं। इससे वर्तमान घनत्व और बैटरी क्षमता अधिक हो जाती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि बड़े प्रतिक्रिया क्षेत्र का मतलब एक छोटी इकाई धारा है, जो लिथियम डेंड्राइट गठन में काफी सुधार करेगा। यह पहले से ही प्रमुख बैटरी निर्माताओं की प्रयोगशालाओं में संघनित {{6}अवस्था और ठोस-अवस्था वाली बैटरियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
इसके अलावा, कॉपर फोम में अच्छी यांत्रिक शक्ति और स्थिरता भी होती है, जो बैटरी साइक्लिंग के दौरान उत्पन्न तनाव को झेलने में सक्षम होती है, जिससे बैटरी का जीवन बढ़ता है। यह सॉलिड स्टेट बैटरियों के लिए भी अत्यधिक आकर्षक है।
प्रत्येक जीडब्ल्यूएच बैटरी को 6 मीटर तांबे की पन्नी के लिए 700 टन तांबे की आवश्यकता होती है, और समग्र वर्तमान कलेक्टर का वजन लगभग 300 टन होता है, जिसके लिए लगभग 250 टन तांबे की आवश्यकता होती है। फोमयुक्त तांबे के लिए केवल लगभग 100 टन की आवश्यकता होती है। तांबे के उपयोग में उल्लेखनीय कमी, दीर्घकालिक तांबे की कीमत में बढ़ोतरी की वर्तमान उम्मीद को देखते हुए, न केवल बहुत सारी लागत बचा सकती है बल्कि बैटरी की ऊर्जा घनत्व में भी काफी सुधार कर सकती है।
