ईभीमा प्रयोग हुने लिथियम–आयन ब्याट्री : कसरी बन्यो लोकप्रिय ? कसरी भयो विकास ?

आज विश्वभर उत्पादन तथा बिक्री भइरहेका अधिकांश विद्युतीय सवारीसाधन (ईभी) मा लिथियम–आयन ब्याट्री प्रयोग हुँदै आएको छ। उच्च ऊर्जा भण्डारण क्षमता, लामो आयु, कम ऊर्जा क्षय र पटक–पटक चार्ज तथा डिस्चार्ज गर्न सकिने विशेषताका कारण यो ब्याट्री ईभी उद्योगको प्रमुख ऊर्जा स्रोत बनेको हो। तर, लिथियम–आयन ब्याट्रीले आजको स्थान हासिल गर्न लामो वैज्ञानिक अनुसन्धान र प्रविधिगत विकासको यात्रा तय गरेको छ।

सन् १९७० को दशकदेखि वैज्ञानिकहरूले लिथियममा आधारित ब्याट्रीको अध्ययन तथा अनुसन्धान सुरु गरेका थिए। सन् १९८५ मा जापानी वैज्ञानिक अकिरा योसिनोले कार्बनमा आधारित एनोड प्रयोग गरेर पहिलो लिथियम–आयन ब्याट्री विकास गरे। त्यसको केही वर्षपछि सन् १९९१ मा सोनीले उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्समा प्रयोग गर्न मिल्ने पहिलो रिचार्जेबल लिथियम–आयन ब्याट्री व्यावसायिक रूपमा उत्पादन गर्‍यो। त्यसपछि क्रमशः मोबाइल फोन, ल्यापटपलगायत विद्युतीय उपकरण हुँदै यो प्रविधि विद्युतीय सवारीसाधनसम्म आइपुग्यो।

लिथियम–आयन ब्याट्री ईभीका लागि उपयुक्त हुनुको प्रमुख कारण यसको उच्च ऊर्जा घनत्व (इनर्जी डेन्सिटी) हो। कम तौल र सीमित आकारमै ठूलो मात्रामा ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्ने भएकाले यसले विद्युतीय सवारीसाधनलाई एकपटक चार्ज गर्दा लामो दूरीसम्म चलाउन सहयोग गर्छ। यसका अतिरिक्त प्रयोग नभएको अवस्थामा ऊर्जा खपत कम हुने अर्थात् सेल्फ डिस्चार्ज न्यून हुने र हजारौँ पटक चार्जिङ साइकल पूरा गर्न सक्ने क्षमता पनि यसको विशेषता हो।

ब्याट्रीका इलेक्ट्रोड सामग्री, रासायनिक संरचना र ब्याट्री व्यवस्थापन प्रणाली (ब्याट्री म्यानेजमेन्ट सिस्टम–बीएमएस) मा भएका सुधारले यसको कार्यक्षमता, सुरक्षा र आयु थप बढाएका छन्। यही कारण लिथियम–आयन ब्याट्री विद्युतीय सवारीसाधनका लागि व्यावहारिक र प्रभावकारी विकल्पका रूपमा स्थापित भएको हो।

सन् २०१० मा निसानले लिफ (LEAF) नामक विद्युतीय कार सार्वजनिक गरेपछि लिथियम–आयन ब्याट्रीको प्रयोग ईभी क्षेत्रमा थप स्थापित भयो। यो आम उपभोक्तालाई लक्षित गरी ठूलो परिमाणमा उत्पादन गरिएको सुरुवाती विद्युतीय कारमध्ये एक थियो। त्यसको केही वर्षपछि टेस्लाले मोडल एस बजारमा ल्यायो। यसले लिथियम–आयन ब्याट्रीले सामान्य यात्रु कार मात्र नभई उच्च कार्यक्षमता र उत्कृष्ट पर्फर्मेन्स भएका विद्युतीय सवारीसाधनलाई समेत शक्ति प्रदान गर्न सक्ने प्रमाणित गर्‍यो।

तर, लिथियम–आयन ब्याट्री भन्नाले एउटै प्रकारको रासायनिक संरचना भएको ब्याट्रीलाई मात्र बुझिँदैन। यसको संरचनामा प्रयोग हुने विभिन्न सामग्रीका आधारमा लागत, ऊर्जा घनत्व, कार्यक्षमता र सुरक्षामा भिन्नता हुन्छ। ईभीमा प्रयोग हुने प्रमुख प्रकारमध्ये निकेल म्याङ्गानिज कोबाल्ट (एनएमसी) र लिथियम आइरन फस्फेट (एलएफपी) हुन्।

एनएमसी ब्याट्रीमा निकेल, म्याङ्गानिज र कोबाल्ट प्रयोग गरिन्छ। उच्च ऊर्जा घनत्व र राम्रो पर्फर्मेन्सका कारण यो ब्याट्री विद्युतीय कारमा लोकप्रिय रहँदै आएको छ। विशेषगरी कम तौलमा बढी ऊर्जा भण्डारण गर्नुपर्ने अवस्थामा यसको उपयोगिता बढी हुन्छ। अर्कोतर्फ, एलएफपी ब्याट्रीमा निकेल र कोबाल्ट आवश्यक नपर्ने भएकाले यसको उत्पादन लागत तुलनात्मक रूपमा कम हुन्छ। लागतका हिसाबले किफायती हुनुका साथै यसलाई ईभी बजारमा अर्को महत्वपूर्ण विकल्पका रूपमा लिइन्छ।

यद्यपि, लिथियम–आयन ब्याट्रीका केही चुनौती पनि छन्। विश्वमा लिथियमको उपलब्धता भौगोलिक रूपमा सीमित क्षेत्रमा केन्द्रित छ। यसको उत्खनन तथा प्रशोधन प्रक्रियाले वातावरणमा पार्ने प्रभावका विषयमा पनि विभिन्न प्रश्न उठ्ने गरेका छन्। यसका अतिरिक्त समयसँगै ब्याट्रीको क्षमता घट्दै जाने अर्थात् ब्याट्री डिग्रेडेसन हुने समस्या रहन्छ। ब्याट्रीका सेलमा क्षति पुगेमा त्यसमा प्रयोग हुने तरल इलेक्ट्रोलाइटका कारण सुरक्षा जोखिमसमेत उत्पन्न हुन सक्छ।

यी चुनौतीका बाबजुद उच्च ऊर्जा घनत्व, चार्जिङ क्षमता र प्रविधिगत विकासका कारण लिथियम–आयन ब्याट्री अहिले विद्युतीय सवारीसाधन उद्योगको प्रमुख आधार बनेको छ। विश्वभर ईभीको प्रयोग र उत्पादन विस्तार भइरहँदा यसको रासायनिक संरचना, ऊर्जा भण्डारण क्षमता, सुरक्षा र उत्पादन लागतमा थप सुधार गर्ने अनुसन्धान पनि जारी छ।