अल्ट्राबैटरी: Difference between revisions

[[File:Schematic illustration of UltraBattery.png|thumb|अल्ट्राबैटरी का योजनाबद्ध आरेख]]अल्ट्राबैटरी फुरुकावा बैटरी कंपनी लिमिटेड द्वारा व्यावसायीकरण की गई [[लेड एसिड बैटरी]] तकनीक का ट्रेडमार्क है। अल्ट्राबैटरी में नकारात्मक प्लेटों के लिए स्पंजी लेड सक्रिय सामग्री पर पतली कार्बन परतें होती हैं। मूल विचार जो [[अल्ट्राकैपेसिटर]] को लेड-एसिड बैटरी | लेड-एसिड बैटरी तकनीक के साथ एक एकल सेल में एक सामान्य [[इलेक्ट्रोलाइट]] के साथ जोड़ता है, राष्ट्रमंडल वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान संगठन (सीएसआईआरओ) से आया था।

==परिचय==

दो प्रौद्योगिकियों को एक बैटरी सेल में संयोजित करने का मतलब है कि अल्ट्राबैटरी पारंपरिक लेड एसिड प्रौद्योगिकियों की तुलना में बहुत कुशलता से काम करती है<ref name=Furukawa_DevUB_2013>{{cite journal| title=अल्ट्राबैटरी का विकास| date=March 2013| first1=Hidehito| last1=Nakajima| first2=Tokunori| last2=Honma| first3=Kiyoshi| last3=Midorikawa| first4=Yuichi| last4=Akasaka| first5=Satoshi| last5=Shibata| first6=Hideaki| last6=Yoshida| first7=Kensuke| last7=Hashimoto| first8=Yusuke| last8=Ogino| first9=Wataru| last9=Tezuka| first10=Masaru| last10=Miura| first11=Jun| last11=Furukawa| first12=L. T.| last12=Lam| first13=Sumio| last13=Sugata

| periodical=Furukawa Review| issue=43, ''Smart Grid''| issn=1348-1797| publisher=The Furukawa Battery Co., Ltd| url=http://www.furukawa.co.jp/review/fr043/fr43_02.pdf| access-date=12 November 2014}}</ref> मोटे तौर पर इस तथ्य के कारण कि इसे आंशिक चार्ज अवस्था (पीएसओसी) में लंबे समय तक संचालित किया जा सकता है, जबकि पारंपरिक लेड एसिड बैटरियां आमतौर पर उच्च एसओसी उपयोग के लिए डिज़ाइन की जाती हैं (यानी जब बैटरी पूरी तरह से बंद हो जाती है) चार्ज किया गया)।<ref name=DOE_Summer_2012>{{Cite conference| last1=Ferreira| first1=Summer| last2=Baca| first2=Wes| last3=Hund| first3=Tom| last4=Rose| first4=David| title=ऊर्जा भंडारण उपकरणों का जीवन चक्र परीक्षण और मूल्यांकन| date=28 September 2012| conference=2012 DOE Energy Storage Program Peer Review and Update Meeting| conference-url=http://energy.gov/oe/downloads/energy-storage-systems-2012-peer-review-and-update-meeting| publisher=U.S. Department of Energy, Office of Electricity Delivery & Energy Reliability, Energy Storage Systems (ESS) Program| url=http://energy.gov/sites/prod/files/ESS%202012%20Peer%20Review%20-%20Life%20Cycle%20Testing%20and%20Evaluation%20of%20Energy%20Storage%20Devices%20-%20Summer%20Ferreira%2C%20SNL.pdf| access-date=20 December 2013}}</ref> आंशिक SoC रेंज में संचालन करने से मुख्य रूप से [[सल्फेशन]] को कम करके और चार्ज की बहुत उच्च और बहुत कम स्थिति में संचालन में लगने वाले समय को कम करके बैटरी का जीवन बढ़ाया जाता है, जहां विभिन्न साइड प्रतिक्रियाएं खराब होने का कारण बनती हैं। इस आंशिक SoC रेंज में संचालित होने पर एक पारंपरिक VRLA बैटरी जल्दी खराब हो जाती है।<ref name=DOE_Summer_2012/>

2007 में, ईस्ट पेन मैन्युफैक्चरिंग ने मकसद और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों (विभिन्न क्षेत्रों में) और स्थिर ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों (वैश्विक स्तर पर, जापान और थाईलैंड के बाहर, जहां फुरुकावा बैटरी प्रमुख लाइसेंस धारक है) के लिए अल्ट्राबैटरी तकनीक के निर्माण और व्यावसायीकरण के लिए एक वैश्विक प्रमुख लाइसेंस प्राप्त किया। .<ref name=CSIROpedia_UltraBattery>{{cite web| title=अल्ट्राबैटरी| website=CSIROpedia| date=22 March 2011| publisher=CSIRO| url=https://csiropedia.csiro.au/ultrabattery/| access-date=19 March 2016}}</ref>

संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने ग्रिड-स्केल स्थिर ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों में अनुसंधान के लिए अल्ट्राबैटरी को भी वित्त पोषित किया है। 2007 में, CSIRO ने इस बाज़ार को संबोधित करने के लिए एक सहायक कंपनी, Ecoult का गठन किया। अल्ट्राबैटरी के विकास को आगे बढ़ाने के लिए इकोल्ट को ऑस्ट्रेलियाई सरकार से भी समर्थन मिला। मई 2010 में, अमेरिकी बैटरी निर्माता ईस्ट पेन मैन्युफैक्चरिंग ने सीएसआईआरओ से इकोल्ट का अधिग्रहण किया।

लेकिन डिस्चार्ज की बहुत तेज़ दर पर, प्लेट के शरीर के अंदर पहले से ही मौजूद एसिड का जल्दी से उपयोग हो जाता है और प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए ताजा एसिड समय पर इलेक्ट्रोड के माध्यम से फैल नहीं पाता है। इसलिए प्रतिक्रिया को इलेक्ट्रोड की बाहरी दीवार की ओर पसंद किया जाता है, जहां क्रिस्टल पूरी प्लेट में बिखरे हुए गुच्छों के बजाय एक घनी चटाई में बन सकते हैं। क्रिस्टल की यह चटाई इलेक्ट्रोलाइट स्थानांतरण को और भी बाधित करती है। क्रिस्टल फिर बड़े हो जाते हैं, और क्योंकि बड़े क्रिस्टल में उनके सतह क्षेत्र की तुलना में बड़ी मात्रा होती है, इसलिए चार्जिंग के दौरान उन्हें रासायनिक रूप से निकालना मुश्किल हो जाता है, खासकर जब इलेक्ट्रोलाइट में सल्फ्यूरिक एसिड की एकाग्रता अधिक होने की संभावना होती है (क्योंकि केवल सीमित होती है) प्लेट की सतह पर लेड सल्फेट बनाया गया है) और लेड सल्फेट तनु सल्फ्यूरिक एसिड की तुलना में सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड (वजन के अनुसार लगभग 10% सांद्रता से ऊपर) में कम घुलनशील है।

इस स्थिति को कभी-कभी बैटरी इलेक्ट्रोड का "हार्ड" सल्फेशन कहा जाता है। हार्ड सल्फेशन से बैटरी की प्रतिबाधा बढ़ जाती है (चूंकि लेड सल्फेट क्रिस्टल इलेक्ट्रोलाइट से इलेक्ट्रोड को अलग कर देते हैं) और अवांछित साइड प्रतिक्रियाओं में वृद्धि के कारण इसकी शक्ति, क्षमता और दक्षता कम हो जाती है, जिनमें से कुछ नकारात्मक प्लेट के अंदर चार्जिंग के कारण होती हैं। लेड सल्फेट की कम उपलब्धता (प्लेट बॉडी के अंदर)। एक अवांछनीय प्रभाव प्लेट के अंदर हाइड्रोजन का उत्पादन है, जो प्रतिक्रिया की दक्षता को और कम कर देता है। "हार्ड" सल्फेशन आम तौर पर अपरिवर्तनीय होता है क्योंकि बैटरी में अधिक से अधिक ऊर्जा धकेलने के कारण पार्श्व प्रतिक्रियाएं हावी हो जाती हैं।<ref>{{cite journal|title=सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज, कार्बन-एन्हांस्ड वीआरएलए बैटरियां|date=10 October 2011|url=http://www.sandia.gov/ess/docs/pr_conferences/2011/Enos_Pb-C_CRADA%20.pdf|access-date=25 February 2015}}</ref>

[[लेड सल्फेट]] एक सफेद क्रिस्टल या पाउडर है। सामान्य लेड एसिड बैटरी संचालन में डिस्चार्जिंग के दौरान नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर छोटे लेड सल्फेट क्रिस्टल बढ़ते हैं और चार्जिंग के दौरान वापस इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं।

इलेक्ट्रोड एक लेड ग्रिड से निर्मित होते हैं, जिसमें लेड-आधारित सक्रिय सामग्री यौगिक - लेड (IV[[लेड(IV) ऑक्साइड]] - सकारात्मक प्लेट के शेष भाग का निर्माण करता है।

==अनुप्रयोग==

* [[विद्युतीय वाहन]] (ईवी) बैटरियों में

* [[नवीकरणीय ऊर्जा]] का भंडारण करना और रुक-रुक कर आने वाले [[ऊर्जा स्रोतों]] से विद्युत आपूर्ति सुचारू करना

* जीवाश्म-ईंधन [[विद्युत जनरेटर]] के साथ कुशल संकर विद्युत प्रणालियों के भाग के रूप में<ref name=Parkinson_2012>{{cite web| first=Giles| last=Parkinson| title=किंग आइलैंड हमारे भविष्य के ग्रिड का खाका कैसे हो सकता है| date=31 October 2012| url=http://reneweconomy.com.au/2012/how-king-island-may-be-a-blueprint-for-our-future-grid-79336| publisher=Renew Economy Magazine| access-date=22 August 2014}}</ref>

* [[विद्युत ग्रिड]]ों को सहायक सेवाएं (विद्युत ऊर्जा) प्रदान करना।

जब हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किया जाता है, तो अल्ट्राबैटरी का अल्ट्राकैपेसिटर उच्च-दर डिस्चार्जिंग और चार्जिंग के दौरान एक बफर के रूप में कार्य करता है, जो इसे वाहन त्वरण और ब्रेकिंग के दौरान तेजी से चार्ज प्रदान करने और अवशोषित करने में सक्षम बनाता है।<ref name=PowerSources_2009_p1241_1245>{{cite journal|title=मध्यम-हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन ड्यूटी के तहत वीआरएलए-प्रकार अल्ट्राबैटरी का और प्रदर्शन और माइक्रो-हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों के लिए बाढ़-प्रकार अल्ट्राबैटरी का विकास|journal=Journal of Power Sources|volume=195|issue=4|date=2010|pages=1241–1245|doi=10.1016/j.jpowsour.2009.08.080 |bibcode=2010JPS...195.1241F|last1=Furukawa|first1=J.|last2=Takada|first2=T.|last3=Monma|first3=D.|last4=Lam|first4=L.T.}}</ref>

नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियाँ स्थानीय बिजली प्रदान करने के लिए अल्ट्राबैटरी तकनीक को नवीकरणीय उत्पादन स्रोत के साथ जोड़ती हैं। हाइब्रिड माइक्रोग्रिड बेस-लोड उत्पादन की दक्षता को अधिकतम करने के लिए अल्ट्राबैटरी ऊर्जा भंडारण और जीवाश्म-ईंधन जेन-सेट के साथ नवीकरणीय उत्पादन स्रोतों को एकीकृत करते हैं। यह केवल डीजल से संचालित माइक्रोग्रिड की तुलना में ऊर्जा की लागत को काफी कम कर सकता है। वे ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में भी काफी कमी लाते हैं। इस प्रकार के माइक्रोग्रिड का एक उदाहरण किंग आइलैंड नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण परियोजना (KIREIP) है,<ref>{{cite web| title=हाइड्रो तस्मानिया| url=http://www.kingislandrenewableenergy.com.au| publisher=King Island Renewable Energy| access-date=22 August 2014}}</ref> हाइड्रो तस्मानिया द्वारा किया जा रहा है। इस मेगावाट पैमाने की नवीकरणीय ऊर्जा परियोजना का लक्ष्य द्वीप पर बिजली पहुंचाने की लागत और कार्बन प्रदूषण दोनों को कम करना है।<ref name=Parkinson_2012/>

सामुदायिक अनुप्रयोगों के लिए, अल्ट्राबैटरी का उपयोग ग्रिड आउटेज की स्थिति में बैकअप के रूप में किया जा सकता है (धारा 5.1 देखें) और चरम शेविंग के लिए। पीक लॉपिंग के रूप में भी जाना जाता है, पीक शेविंग ऑफ-पीक समय के दौरान बैटरी को चार्ज करने की क्षमता है, और बिजली के लिए उच्च शुल्क से बचने के लिए पीक समय के दौरान बैटरी से बिजली का उपयोग करने की क्षमता है। सामुदायिक अनुप्रयोग का एक अन्य उदाहरण जापान के किताकुशु में माएदा क्षेत्र में फुरुकावा बैटरी द्वारा स्थापित 300 किलोवाट स्मार्ट ग्रिड प्रदर्शन प्रणाली है। यह लोड-लेवलिंग एप्लिकेशन 336 अल्ट्राबैटरी सेल (1000 आह, 2 वोल्ट) का उपयोग करता है। कंपनी ने प्राकृतिक इतिहास और मानव इतिहास के किताकुशु संग्रहालय में अल्ट्राबैटरी पीक शिफ्टिंग तकनीक के दो स्मार्ट ग्रिड प्रदर्शन भी स्थापित किए हैं।<ref>{{cite web|title=FURUKAWA BATTERY REPORT 2013|url=http://www.furukawadenchi.co.jp/english/csr/pdf/report_2013.pdf|access-date=7 January 2015}}</ref>

जापान में, शिमिज़ु कॉर्पोरेशन ने एक व्यावसायिक भवन में एक माइक्रोग्रिड स्थापित किया है (धारा 5.2 देखें)। 'स्मार्ट बिल्डिंग' प्रणाली, जिसमें 163 अल्ट्राबैटरी सेल (500 एएच, 2 वोल्ट) शामिल हैं, सेल वोल्टेज, प्रतिबाधा और तापमान पर भी नज़र रखती है। फुरुकावा बैटरी की इवाकी फैक्ट्री में स्थापित एक दूसरी प्रणाली में 192 अल्ट्राबैटरी सेल, एक 100 किलोवाट पावर कंडीशनिंग सिस्टम और एक बैटरी प्रबंधन प्रणाली शामिल है। यह लोड-लेवलिंग एप्लिकेशन कारखाने की बिजली की मांग को नियंत्रित करने के लिए स्थापित किया गया था।

बिजली ग्रिड को ग्रिड के भौतिक संचालन को बनाए रखने के लिए निरंतर आवृत्ति बनाए रखने के लिए बिजली की आपूर्ति और मांग में निरंतर उतार-चढ़ाव का प्रबंधन करना चाहिए। अल्ट्राबैटरी आपूर्ति और मांग के बीच संतुलन को प्रबंधित करने और लगातार वोल्टेज बनाए रखने में मदद करने के लिए ग्रिड को बिजली अवशोषित और वितरित कर सकती है। इकोल्ट ने एक ग्रिड-स्केल ऊर्जा भंडारण प्रणाली लागू की जो संयुक्त राज्य अमेरिका में पेंसिल्वेनिया-जर्सी-मैरीलैंड (पीजेएम) इंटरकनेक्शन के ग्रिड पर 3 मेगावाट विनियमन सेवाएं प्रदान करती है। अल्ट्राबैटरी सेल के चार तार ल्योन स्टेशन, पेंसिल्वेनिया में ग्रिड से जुड़े हुए हैं। यह परियोजना पीजेएम पर खुले बाजार में बोली लगाने के लिए निरंतर आवृत्ति विनियमन सेवाएं प्रदान करती है।

स्मूथिंग फोटोवोल्टिक पैनलों या पवन टर्बाइनों से बिजली की अंतर्निहित परिवर्तनशीलता को एक सहज, पूर्वानुमानित सिग्नल में बदल देती है। सिस्टम आंतरायिक नवीकरणीय स्रोत के आउटपुट की निगरानी करता है, और जब सौर (या पवन) सिग्नल बदलता है, तो अल्ट्राबैटरी या तो ऊर्जा जारी करने या अतिरिक्त ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए तुरंत प्रतिक्रिया करती है। इस तरह से नवीकरणीय सिग्नल की परिवर्तनशीलता को प्रबंधित करना नवीकरणीय ऊर्जा को अधिक विश्वसनीय बनाता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका के न्यू मैक्सिको में अग्रणी विद्युत उपयोगिता कंपनी पीएनएम ने एक डिस्पैचेबल नवीकरणीय संसाधन के रूप में उपयोग के लिए सौर ऊर्जा के सुचारू और स्थानांतरण को प्रदर्शित करने के लिए सौर ऊर्जा पैदा करने वाले फार्म के साथ एक अल्ट्राबैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली को एकीकृत किया है। पीएनएम समृद्धि परियोजना संयुक्त राज्य अमेरिका के फोटोवोल्टिक ऊर्जा और सौर पैनल बैटरी भंडारण के सबसे बड़े संयोजनों में से एक है।

छत पर फोटोवोल्टिक पैनलों की कई छोटे पैमाने पर तैनाती सौर उत्पादन की रुक-रुक कर होने वाले प्रभाव को कई गुना बढ़ा देती है - जिससे ग्रिड ऑपरेटरों के लिए एक समस्या पैदा हो जाती है। [आरईएफ] अल्ट्राबैटरी ऊर्जा भंडारण का उपयोग नियंत्रित तरीके से बिजली ग्रिड पर बिजली बढ़ाकर नवीकरणीय अंतराल को कम करने के लिए किया गया है, जिससे नवीकरणीय-उत्पन्न बिजली को अधिक पूर्वानुमानित बनाया जा सके।