ఇండస్ట్రీ వార్తలు

సైన్స్ మేడ్ సింపుల్: బ్యాటరీలు అంటే ఏమిటి మరియు అవి ఎలా పని చేస్తాయి?

2021-08-10

అంశాలు:
బ్యాటరీ, టెక్నాలజీ, DOE, శక్తి, Li ion బ్యాటరీలు
U.S. డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ద్వారా మే 9, 2021



బ్యాటరీలు మరియు సారూప్య పరికరాలు డిమాండ్‌పై విద్యుత్తును అంగీకరించడం, నిల్వ చేయడం మరియు విడుదల చేయడం. అనేక ఇతర రోజువారీ శక్తి వనరుల మాదిరిగానే శక్తిని నిల్వ చేయడానికి బ్యాటరీలు రసాయనిక సంభావ్యత రూపంలో రసాయన శాస్త్రాన్ని ఉపయోగిస్తాయి. ఉదాహరణకు, బర్నింగ్ శక్తిని వేడిగా మార్చే వరకు లాగ్‌లు తమ రసాయన బంధాలలో శక్తిని నిల్వ చేస్తాయి.

కారు ఇంజిన్‌లో యాంత్రిక శక్తిగా మార్చబడే వరకు గ్యాసోలిన్ రసాయన సంభావ్య శక్తిని నిల్వ చేస్తుంది. అదేవిధంగా, బ్యాటరీలు పని చేయడానికి, విద్యుత్తును తక్షణమే నిల్వ చేయడానికి ముందు రసాయన సంభావ్య రూపంలోకి మార్చాలి.

బ్యాటరీలు కాథోడ్ మరియు యానోడ్ అని పిలువబడే రెండు ఎలక్ట్రికల్ టెర్మినల్స్‌ను కలిగి ఉంటాయి, వీటిని ఎలక్ట్రోలైట్ అనే రసాయన పదార్థంతో వేరు చేస్తారు. శక్తిని అంగీకరించడానికి మరియు విడుదల చేయడానికి, బ్యాటరీ బాహ్య సర్క్యూట్‌తో జతచేయబడుతుంది. ఎలక్ట్రాన్లు సర్క్యూట్ ద్వారా కదులుతాయి, అదే సమయంలో అయాన్లు (విద్యుత్ చార్జ్ ఉన్న అణువులు లేదా అణువులు) ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా కదులుతాయి.

పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీలో, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు అయాన్లు సర్క్యూట్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఏ దిశలోనైనా కదలగలవు. ఎలక్ట్రాన్లు కాథోడ్ నుండి యానోడ్‌కు మారినప్పుడు, అవి రసాయన సంభావ్య శక్తిని పెంచుతాయి, తద్వారా బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేస్తుంది; వారు ఇతర దిశలో కదులుతున్నప్పుడు, వారు ఈ రసాయన సంభావ్య శక్తిని సర్క్యూట్లో విద్యుత్తుగా మారుస్తారు మరియు బ్యాటరీని విడుదల చేస్తారు. ఛార్జింగ్ లేదా డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో, బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా కదిలే ఎలక్ట్రాన్ల ఛార్జ్‌ను సమతుల్యం చేయడానికి మరియు స్థిరమైన, పునర్వినియోగపరచదగిన వ్యవస్థను ఉత్పత్తి చేయడానికి వ్యతిరేక చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా బ్యాటరీ లోపల కదులుతాయి. ఒకసారి ఛార్జ్ చేస్తే, బ్యాటరీని సర్క్యూట్ నుండి డిస్‌కనెక్ట్ చేయవచ్చు, రసాయన సంభావ్య శక్తిని తరువాత విద్యుత్తుగా ఉపయోగించడం కోసం నిల్వ చేయవచ్చు.

బ్యాటరీలు 1800లో కనుగొనబడ్డాయి, అయితే వాటి రసాయన ప్రక్రియలు సంక్లిష్టంగా ఉంటాయి. కొత్త తరం అత్యంత సమర్థవంతమైన, విద్యుత్ శక్తి నిల్వను ఉత్పత్తి చేయడానికి బ్యాటరీలలోని విద్యుత్ మరియు రసాయన ప్రక్రియలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలు కొత్త సాధనాలను ఉపయోగిస్తున్నారు. ఉదాహరణకు, వారు బ్యాటరీలలోని యానోడ్‌లు, కాథోడ్‌లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌ల కోసం మెరుగైన పదార్థాలను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. రీఛార్జ్ చేయగల బ్యాటరీలలోని ప్రక్రియలను శాస్త్రవేత్తలు అధ్యయనం చేస్తారు, ఎందుకంటే బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేయబడి మరియు డిశ్చార్జ్ అయినందున అవి పూర్తిగా రివర్స్ కావు. కాలక్రమేణా, పూర్తి రివర్సల్ లేకపోవడం బ్యాటరీ పదార్థాల కెమిస్ట్రీ మరియు నిర్మాణాన్ని మార్చగలదు, ఇది బ్యాటరీ పనితీరు మరియు భద్రతను తగ్గిస్తుంది.

విద్యుత్ శక్తి నిల్వ వాస్తవాలు
. రసాయన శాస్త్రంలో 2019 నోబెల్ బహుమతిని జాన్ బి. గూడెనఫ్, M. స్టాన్లీ విట్టింగ్‌హామ్ మరియు అకిరా యోషినోలు "లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల అభివృద్ధి కోసం" సంయుక్తంగా అందించారు.
. JCESR వద్ద ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ జీనోమ్ 26,000 కంటే ఎక్కువ అణువులతో గణన డేటాబేస్‌ను రూపొందించింది, వీటిని కొత్త, అధునాతన బ్యాటరీల కోసం కీ ఎలక్ట్రోలైట్ లక్షణాలను లెక్కించడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ & ఎలక్ట్రికల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్
DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్, ఆఫీస్ ఆఫ్ బేసిక్ ఎనర్జీ సైన్సెస్ (BES) మద్దతుతో పరిశోధనలు విద్యుత్ శక్తి నిల్వలో గణనీయమైన మెరుగుదలలను అందించాయి. కానీ బ్యాటరీ ఎంత శక్తిని నిల్వ చేయగలదో నాటకీయంగా మెరుగుపరిచే సరికొత్త మెటీరియల్‌లను ఉపయోగించి తదుపరి తరం శక్తి నిల్వ కోసం సమగ్ర పరిష్కారాలకు మేము ఇంకా దూరంగా ఉన్నాము. మన విద్యుత్ సరఫరాలో పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులను ఏకీకృతం చేయడానికి ఈ నిల్వ కీలకం. ప్లగ్-ఇన్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల విస్తృత వినియోగానికి బ్యాటరీ సాంకేతికతను మెరుగుపరచడం చాలా అవసరం కాబట్టి, రవాణా కోసం పెట్రోలియంపై మన ఆధారపడటాన్ని తగ్గించడానికి నిల్వ కూడా కీలకం.

BES వ్యక్తిగత శాస్త్రవేత్తలు మరియు బహుళ-క్రమశిక్షణా కేంద్రాలలో పరిశోధనకు మద్దతు ఇస్తుంది. అతిపెద్ద కేంద్రం జాయింట్ సెంటర్ ఫర్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ రీసెర్చ్ (JCESR), DOE ఎనర్జీ ఇన్నోవేషన్ హబ్. ఈ కేంద్రం అటామిక్ మరియు మాలిక్యులర్ స్కేల్ వద్ద ఎలక్ట్రోకెమికల్ మెటీరియల్స్ మరియు దృగ్విషయాలను అధ్యయనం చేస్తుంది మరియు కొత్త మెటీరియల్‌లను రూపొందించడంలో సహాయపడటానికి కంప్యూటర్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. ఈ కొత్త జ్ఞానం శాస్త్రవేత్తలు సురక్షితమైన, ఎక్కువ కాలం ఉండే, వేగంగా ఛార్జ్ అయ్యే మరియు ఎక్కువ సామర్థ్యం కలిగిన శక్తి నిల్వను రూపొందించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. BES ప్రోగ్రాం ద్వారా మద్దతు పొందిన శాస్త్రవేత్తలు బ్యాటరీ శాస్త్రంలో కొత్త పురోగతులను సాధిస్తున్నందున, ఈ పురోగతులను అనువర్తిత పరిశోధకులు మరియు పరిశ్రమలు రవాణా, విద్యుత్ గ్రిడ్, కమ్యూనికేషన్ మరియు భద్రతలో అనువర్తనాలను అభివృద్ధి చేయడానికి ఉపయోగించారు.