गुवाहाटी: भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान गुवाहाटी (आईआईटी गुवाहाटी) के शोधकर्ताओं ने नई सामग्री और पद्धतियां विकसित की हैं जो सुपरकैपेसिटर के प्रदर्शन मेट्रिक्स को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती हैं।
आईआईटी गुवाहाटी के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर उदय नारायण मैती के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की टीम में भोपाल के वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान परिषद (सीएसआईआर)-उन्नत सामग्री और प्रक्रिया अनुसंधान संस्थान (एएमपीआरआई) के प्रदीप कुमार और मुंबई के भाभा परमाणु से नारायणन पद्मा भी शामिल थे। अनुसंधान केंद्र (बीएआरसी)।
सुपरकैपेसिटर, बैटरी के समान, ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में काम करते हैं। हालाँकि, रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर बैटरियों के विपरीत, सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र - आवेशों के पृथक्करण - के माध्यम से ऊर्जा संग्रहीत करते हैं। अपनी उल्लेखनीय दक्षता के लिए प्रसिद्ध, सुपरकैपेसिटर तेजी से चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्र को मात्र कुछ सेकंड में पूरा कर सकते हैं।
डिजिटल कैमरे और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) फ्लैशलाइट जैसे त्वरित-चार्जिंग उपकरणों को सशक्त बनाने वाले सुपरकैपेसिटर का चार्जिंग समय 90 सेकंड से भी कम है।
वे कम समय में बिजली के विस्फोट की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में अपरिहार्य साबित होते हैं, जैसे हृदय स्थिरीकरण और लैपटॉप जैसे उपकरणों में बिजली स्थिरीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले डिफाइब्रिलेटर।
अपने असाधारण ऊर्जा भंडारण गुणों के बावजूद, सुपरकैपेसिटर को व्यापक व्यावसायीकरण में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
किसी भी सुपरकैपेसिटर तकनीक को व्यावसायिक सफलता प्राप्त करने के लिए, उसे एक साथ तीन महत्वपूर्ण प्रदर्शन मेट्रिक्स - ग्रेविमेट्रिक कैपेसिटेंस, वॉल्यूमेट्रिक कैपेसिटेंस और एरियाल कैपेसिटेंस को पूरा करना होगा।
कॉम्पैक्ट और हल्के ऊर्जा भंडारण समाधानों को डिजाइन करने के लिए एरियाल कैपेसिटेंस विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।
हालाँकि, उच्च क्षेत्रीय कैपेसिटेंस प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोड के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा-भंडारण करने वाली सक्रिय सामग्री की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक कैपेसिटेंस के साथ व्यापार बंद हो जाता है।
इस चुनौती से निपटने के लिए, प्रोफेसर मैती की शोधकर्ताओं की टीम ने एमएक्सईएन और जैव-अपशिष्ट-व्युत्पन्न सेलूलोज़ नैनोफाइबर (सीएनएफ) युक्त एक मिश्रित इलेक्ट्रोड पेश किया।
एमएक्सईएन दो-आयामी अकार्बनिक सामग्रियों का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें संक्रमण धातु कार्बाइड, नाइट्राइड या कार्बोनिट्राइड की बेहद पतली परतें शामिल होती हैं।
इस अध्ययन में, टीम ने इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इन बेहद पतले और छोटे नैनोमटेरियल्स को इकट्ठा करने के लिए एक उपन्यास विद्युत-क्षेत्र निर्देशित विधि का उपयोग किया। दूसरी ओर, नैनोफाइबर ऐसे तंतु हैं जो मानव बाल की तुलना में 100,000 गुना पतले होते हैं।
इन नैनोफाइबर को बहुत अधिक द्रव्यमान-लोडिंग इलेक्ट्रोड के साथ प्रदर्शन व्यापार-बंद को दूर करने के लिए रणनीतिक रूप से शामिल किया गया था।
“ये एमएक्सईएन-सीएनएफ-हाइड्रोजेल-व्युत्पन्न इलेक्ट्रोड 70 मिलीग्राम प्रति वर्ग सेंटीमीटर (मिलीग्राम/सेमी2) से अधिक के अत्यधिक उच्च क्षेत्रीय द्रव्यमान लोडिंग के साथ प्रभावशाली रूप से उच्च क्षेत्र और वॉल्यूमेट्रिक कैपेसिटेंस प्रदर्शित करते हैं। वे 20,000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद अपनी क्षमता का 96 प्रतिशत बनाए रखते हैं, जो मजबूत दीर्घकालिक परिचालन स्थिरता का प्रदर्शन करता है, ”प्रोफेसर मैती ने अपने शोध में कहा।
शोधकर्ताओं ने एमएक्सईएन शीट्स को झरझरा हाइड्रोजेल संरचनाओं में इकट्ठा किया, जैल जो पानी की एक महत्वपूर्ण मात्रा को बरकरार रखते हैं।
उन्होंने पाया कि इन हाइड्रोजेल के निर्जलीकरण के परिणामस्वरूप अवरुद्ध स्थानीयकृत छिद्रों का निर्माण हुआ।
लहसुन की भूसी से प्राप्त सीएनएफ की शुरूआत ने छिद्रों को आपस में जोड़ा और आयन परिवहन को सुविधाजनक बनाया।
उच्च एरियल, वॉल्यूमेट्रिक और ग्रेविमेट्रिक कैपेसिटेंस का दावा करने वाले व्यावहारिक सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोगों के लिए वादा करते हैं, जो ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति की शुरुआत करते हैं।