अल्ट्राबैटरी: Difference between revisions

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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 यह कुछ ऋणात्मक प्लेट के अंदर चार्जिंग के कारण होती हैं। लेड सल्फेट की कम उपलब्धता (प्लेट बॉडी के अंदर)। अवांछनीय प्रभाव प्लेट के अंदर हाइड्रोजन का उत्पादन है, जो प्रतिक्रिया की दक्षता को और कम कर देता है। और "हार्ड" सल्फेशन सामान्यतः अपरिवर्तनीय होता है क्योंकि बैटरी में अधिक से अधिक ऊर्जा अंदर की ओर ले जाने के कारण पार्श्व प्रतिक्रियाएं प्रबल 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>   
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 यह कुछ ऋणात्मक प्लेट के अंदर चार्जिंग के कारण होती हैं। लेड सल्फेट की कम उपलब्धता (प्लेट बॉडी के अंदर)। अवांछनीय प्रभाव प्लेट के अंदर हाइड्रोजन का उत्पादन है, जो प्रतिक्रिया की दक्षता को और कम कर देता है। और "हार्ड" सल्फेशन सामान्यतः अपरिवर्तनीय होता है क्योंकि बैटरी में अधिक से अधिक ऊर्जा अंदर की ओर ले जाने के कारण पार्श्व प्रतिक्रियाएं प्रबल 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>   


हार्ड सल्फेशन की संभावना को कम करने के लिए, पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों को विभिन्न चार्जिंग एल्गोरिदम द्वारा निर्धारित विशिष्ट दरों पर डिस्चार्ज किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त , उन्हें बार-बार ताज़ा किया जाना चाहिए और एसओसी के शीर्ष छोर (80% और 100% चार्ज के मध्य) की ओर संचालन के लिए सबसे उपयुक्त हैं। जबकि चार्ज की इस सीमित स्थिति में संचालन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर स्थायी सल्फेशन को कम करता है, तथा पूर्ण एसओसी पर या उसके निकट विशेष रूप से बैटरी संचालन अत्यधिक अक्षम है। इसमें अक्षमता अधिक परिमाण में साइड प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोलिसिस) की घटनाओं में वृद्धि के कारण होता है जो कि ऊर्जा को नष्ट कर देती है।
हार्ड सल्फेशन की संभावना को कम करने के लिए, पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों को विभिन्न चार्जिंग एल्गोरिदम द्वारा निर्धारित विशिष्ट दरों पर डिस्चार्ज किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त , उन्हें बार-बार रिफ्रेश किया जाना चाहिए और एसओसी के शीर्ष छोर (80% और 100% चार्ज के मध्य) की ओर संचालन के लिए सबसे उपयुक्त हैं। जबकि चार्ज की इस सीमित स्थिति में संचालन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर स्थायी सल्फेशन को कम करता है, तथा पूर्ण एसओसी पर या उसके निकट विशेष रूप से बैटरी संचालन अत्यधिक अक्षम है। इसमें अक्षमता अधिक परिमाण में साइड प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोलिसिस) की घटनाओं में वृद्धि के कारण होता है जो कि ऊर्जा को नष्ट कर देती है।


अल्ट्राबैटरी में एकीकृत अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सेल के अंदर कठोर सल्फेशन के गठन को सीमित करने का कार्य करती है। यह आंशिक एसओसी में बैटरी की लंबी अवधि तक संचालित होने की क्षमता का समर्थन करता है जहां बैटरी अधिक कुशलता से संचालित होती है। और पारंपरिक वीआरएलए को सल्फेशन से होने वाले हानि से बचाने के लिए उनकी चार्ज क्षमता के शीर्ष पर अकुशल क्षेत्र में कार्य करने के लिए कुछ विशेष रूप से बाध्य किया जाता है। उन कारणों पर शोध क्रियान्वित होता है कि क्यों अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सल्फेशन को इतनी सफलतापूर्वक कम कर देती है। इसमें प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि वीआरएलए सेल के अंदर कार्बन की उपस्थिति में कुछ कुएंचिंग प्रभाव होता है लेकिन अल्ट्राबैटरी के अंदर समानांतर-जुड़े अल्ट्राकैपेसिटर के सुरक्षात्मक प्रभाव कहीं अधिक महत्वपूर्ण होते हैं। उदाहरण के लिए, हंड एट अल ने पाया कि विशिष्ट वीआरएलए बैटरी विफलता मोड (पानी की हानि, ऋणात्मक प्लेट सल्फेशन और ग्रिड संक्षारण) सभी अल्ट्राबैटरी में कम से कम हैं। हंड के नतीजों से यह भी पता चला है कि उच्च दर आंशिक चार्ज एप्लिकेशन में उपयोग की जाने वाली अल्ट्राबैटरी, पारंपरिक वीआरएलए सेल की तुलना में कम गैसिंग, न्यूनतम ऋणात्मक प्लेट हार्ड सल्फेशन, उत्तम पावर प्रदर्शन और न्यूनतम ऑपरेटिंग तापमान प्रदर्शित करती है।
अल्ट्राबैटरी में एकीकृत अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सेल के अंदर कठोर सल्फेशन के गठन को सीमित करने का कार्य करती है। यह आंशिक एसओसी में बैटरी की लंबी अवधि तक संचालित होने की क्षमता का समर्थन करता है जहां बैटरी अधिक कुशलता से संचालित होती है। और पारंपरिक वीआरएलए को सल्फेशन से होने वाले हानि से बचाने के लिए उनकी चार्ज क्षमता के शीर्ष पर अकुशल क्षेत्र में कार्य करने के लिए कुछ विशेष रूप से बाध्य किया जाता है। उन कारणों पर शोध क्रियान्वित होता है कि क्यों अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सल्फेशन को इतनी सफलतापूर्वक कम कर देती है। इसमें प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि वीआरएलए सेल के अंदर कार्बन की उपस्थिति में कुछ कुएंचिंग प्रभाव होता है लेकिन अल्ट्राबैटरी के अंदर समानांतर-जुड़े अल्ट्राकैपेसिटर के सुरक्षात्मक प्रभाव कहीं अधिक महत्वपूर्ण होते हैं। उदाहरण के लिए, हंड एट अल ने पाया कि विशिष्ट वीआरएलए बैटरी विफलता मोड (पानी की हानि, ऋणात्मक प्लेट सल्फेशन और ग्रिड संक्षारण) सभी अल्ट्राबैटरी में कम से कम हैं। हंड के नतीजों से यह भी पता चला है कि उच्च दर आंशिक चार्ज एप्लिकेशन में उपयोग की जाने वाली अल्ट्राबैटरी, पारंपरिक वीआरएलए सेल की तुलना में कम गैसिंग, न्यूनतम ऋणात्मक प्लेट हार्ड सल्फेशन, उत्तम पावर प्रदर्शन और न्यूनतम ऑपरेटिंग तापमान प्रदर्शित करती है।
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==गुण                                      ==
==गुण                                      ==


अल्ट्राबैटरी की पांच मुख्य विशेषताएं हैं जो इस विधि और पारंपरिक वीआरएलए बैटरी विधि के मध्य अंतर बनाती हैं: और उच्च क्षमता टर्नओवर, कम जीवनकाल निवेश प्रति किलोवाट घंटा, उच्च डीसी-डीसी दक्षता, कम ताज़ा शुल्क की आवश्यकता और चार्ज स्वीकृति की उच्च दर को बढाता जाता है।
अल्ट्राबैटरी की पांच मुख्य विशेषताएं हैं जो इस विधि और पारंपरिक वीआरएलए बैटरी विधि के मध्य अंतर बनाती हैं: और उच्च क्षमता टर्नओवर, कम जीवनकाल निवेश प्रति किलोवाट घंटा, उच्च डीसी-डीसी दक्षता, कम रिफ्रेश शुल्क की आवश्यकता और चार्ज स्वीकृति की उच्च दर को बढाता जाता है।


===कैपेसिटी टर्नओवर                          ===
===कैपेसिटी टर्नओवर                          ===
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जब भी प्रायोगिक स्थितियों में अल्ट्राबैटरी और मानक वीआरएलए (आंशिक एसओसी शासन में प्रयुक्त) की तुलना की जाती है, तब अल्ट्राबैटरी को मानक अवशोषित ग्लास मैट वीआरएलए बैटरी की क्षमता टर्नओवर का प्राय: 13 गुना प्राप्त करने के लिए दिखाया गया है। <ref name=Hund_2008/>
जब भी प्रायोगिक स्थितियों में अल्ट्राबैटरी और मानक वीआरएलए (आंशिक एसओसी शासन में प्रयुक्त) की तुलना की जाती है, तब अल्ट्राबैटरी को मानक अवशोषित ग्लास मैट वीआरएलए बैटरी की क्षमता टर्नओवर का प्राय: 13 गुना प्राप्त करने के लिए दिखाया गया है। <ref name=Hund_2008/>


===जीवनकाल निवेश प्रति किलोवाट घंटा                                                                                                                                              ===
===प्रति किलोवाट घंटा आजीवन निवेश                                                                                                                                               ===


बैटरी का जीवनकाल इस बात पर निर्भर करता है कि इसका उपयोग कैसे किया जाता है, और इसे चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के कितने चक्र चलाए जाते हैं। ऐसी स्थिति में जहां बैटरियों को प्रति दिन चार 40% चक्रों के माध्यम से रखा जाता है और जहां थ्रूपुट जीवन-सीमित कारक होता है | वंहा अल्ट्राबैटरी पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तुलना में प्राय: तीन से चार गुना अधिक समय तक चल सकती है। <ref name=DOE_Summer_2012/>
बैटरी का जीवनकाल इस बात पर निर्भर करता है कि इसका उपयोग कैसे किया जाता है, और इसे चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के कितने चक्र चलाए जाते हैं। ऐसी स्थिति में जहां बैटरियों को प्रति दिन चार 40% चक्रों के माध्यम से रखा जाता है और जहां थ्रूपुट जीवन-सीमित कारक होता है | वंहा अल्ट्राबैटरी पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तुलना में प्राय: तीन से चार गुना अधिक समय तक चल सकती है। <ref name=DOE_Summer_2012/>
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अल्ट्राबैटरी की उच्च डीसी-डीसी दक्षता प्राप्त करने योग्य है क्योंकि (पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तरह) यह 80% एसओसी के नीचे बहुत कुशलता से संचालित होती है। प्रयोगों से संकेत मिलता है कि वीआरएलए बैटरियों के लिए "शून्य एसओसी से 84% एसओसी तक औसत समग्र बैटरी चार्जिंग दक्षता 91% है"। जबकि पारंपरिक वीआरएलए बैटरियां बार-बार रिफ्रेश किए बिना किसी भी महत्वपूर्ण अवधि के लिए इस रेंज में कार्य करना बर्दाश्त नहीं कर सकती हैं, अल्ट्राबैटरी महत्वपूर्ण निम्नीकरण के बिना चार्ज की बहुत कम स्थिति में कार्य करना बर्दाश्त कर सकती है। इसलिए यह बहुत अधिक दक्षता प्राप्त कर सकता है क्योंकि यह लेड एसिड बैटरियों के लिए सबसे कुशल क्षेत्र में लंबे समय तक कार्य कर सकता है।  
अल्ट्राबैटरी की उच्च डीसी-डीसी दक्षता प्राप्त करने योग्य है क्योंकि (पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तरह) यह 80% एसओसी के नीचे बहुत कुशलता से संचालित होती है। प्रयोगों से संकेत मिलता है कि वीआरएलए बैटरियों के लिए "शून्य एसओसी से 84% एसओसी तक औसत समग्र बैटरी चार्जिंग दक्षता 91% है"। जबकि पारंपरिक वीआरएलए बैटरियां बार-बार रिफ्रेश किए बिना किसी भी महत्वपूर्ण अवधि के लिए इस रेंज में कार्य करना बर्दाश्त नहीं कर सकती हैं, अल्ट्राबैटरी महत्वपूर्ण निम्नीकरण के बिना चार्ज की बहुत कम स्थिति में कार्य करना बर्दाश्त कर सकती है। इसलिए यह बहुत अधिक दक्षता प्राप्त कर सकता है क्योंकि यह लेड एसिड बैटरियों के लिए सबसे कुशल क्षेत्र में लंबे समय तक कार्य कर सकता है।  


===ताज़ा चक्र                                      ===
===रिफ्रेश चक्र                                      ===


संचालन के समय , पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों को ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर जमा हुए सल्फेट क्रिस्टल को भंग करने और बैटरी की क्षमता को फिर से भरने के लिए ताज़ा (ओवरचार्ज) किया जाना चाहिए। बैटरी को ताज़ा करने से स्ट्रिंग में बैटरी सेल (जहां अनेक बैटरियों का साथ उपयोग किया जाता है) को निरन्तर ऑपरेटिंग वोल्टेज पर वापस लाने में भी सहायता मिलती है। चूँकि, ओवर चार्जिंग प्रक्रिया इस तथ्य से सम्मिश्र है कि न केवल ताज़ा चक्र के समय बैटरी सेवा से बाहर है, किंतु ओवरचार्ज प्रक्रिया (उचित समय सीमा के अंदर ) को पूर्ण करने के लिए आवश्यक उच्च धाराएं भी विभिन्न परजीवी हानि का कारण हैं। इनमें विभिन्न साइड प्रतिक्रियाओं (मुख्य रूप से हाइड्रोजन विकास, ऑक्सीजन विकास और ग्रिड संक्षारण) के कारण थर्मल हानि और हानि सम्मिलित हैं।  
संचालन के समय , पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों को ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर जमा हुए सल्फेट क्रिस्टल को भंग करने और बैटरी की क्षमता को फिर से भरने के लिए रिफ्रेश (ओवरचार्ज) किया जाना चाहिए। बैटरी को रिफ्रेश करने से स्ट्रिंग में बैटरी सेल (जहां अनेक बैटरियों का साथ उपयोग किया जाता है) को निरन्तर ऑपरेटिंग वोल्टेज पर वापस लाने में भी सहायता मिलती है। चूँकि, ओवर चार्जिंग प्रक्रिया इस तथ्य से सम्मिश्र है कि न केवल रिफ्रेश चक्र के समय बैटरी सेवा से बाहर है, किंतु ओवरचार्ज प्रक्रिया (उचित समय सीमा के अंदर ) को पूर्ण करने के लिए आवश्यक उच्च धाराएं भी विभिन्न परजीवी हानि का कारण हैं। इनमें विभिन्न साइड प्रतिक्रियाओं (मुख्य रूप से हाइड्रोजन विकास, ऑक्सीजन विकास और ग्रिड संक्षारण) के कारण थर्मल हानि और हानि सम्मिलित हैं।  


अल्ट्राबैटरी लंबे समय तक रिफ्रेश चार्ज के बिना कार्य कर सकती है। अक्षय ऊर्जा या ग्रिड समर्थन जैसे स्थिर साइक्लिंग अनुप्रयोगों के लिए, यह कार्यभार के आधार पर से चार महीने के मध्य हो सकता है; समान अनुप्रयोगों में मानक वीआरएलए बैटरियों को दैनिक चक्र चलाने पर हर दो सप्ताह में ताज़ा करने की आवश्यकता होती है - और साप्ताहिक ताज़ा चक्रों के साथ भी प्रदर्शन शीघ्रता से बिगड़ता है। <ref name=DOE_Summer_2012/>  
अल्ट्राबैटरी लंबे समय तक रिफ्रेश चार्ज के बिना कार्य कर सकती है। अक्षय ऊर्जा या ग्रिड समर्थन जैसे स्थिर साइक्लिंग अनुप्रयोगों के लिए, यह कार्यभार के आधार पर से चार महीने के मध्य हो सकता है; समान अनुप्रयोगों में मानक वीआरएलए बैटरियों को दैनिक चक्र चलाने पर हर दो सप्ताह में रिफ्रेश करने की आवश्यकता होती है - और साप्ताहिक रिफ्रेश चक्रों के साथ भी प्रदर्शन शीघ्रता से बिगड़ता है। <ref name=DOE_Summer_2012/>  


[[हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन]] में ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, अल्ट्राबैटरी को ताज़ा किए बिना आंशिक एसओसी शासन में कम या ज्यादा निरन्तर संचालित किया जा सकता है। फुरुकावा की रिपोर्ट: के अनुसार “अल्ट्राबैटरी पैक स्थापित करने के साथ [[होंडा इनसाइट]] हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन के फील्ड ड्राइविंग टेस्ट में, रिकवरी चार्जिंग के बिना 100,000 मील ( प्राय: 160,000 किमी) का लक्ष्य ड्राइव प्राप्त किया गया था। <ref>{{cite web| date=November 2008| first1=Yuichi| last1=Akasaka| first2=Hikaru| last2=Sakamoto| first3=Toshimichi| last3=Takada| first4=Daisuke| last4=Monma| first5=Akira| last5=Dobashi| first6=Tsutomu| last6=Yokoyama| first7=Yousuke| last7=Masuda| first8=Hidehito| last8=Nakajima| first9=Satoshi| last9=Shibata| first10=Jun| last10=Furukawa| first11=L. T.| last11=Lam| first12=N. P.| last12=Haigh| first13=O. V.| last13=Lim| first14=R.| last14=Louey| first15=C. G.| last15=Phyland| first16=D. G.| last16=Vella| first17=L. H.| last17=Vu
[[हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन]] में ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, अल्ट्राबैटरी को रिफ्रेश किए बिना आंशिक एसओसी शासन में कम या ज्यादा निरन्तर संचालित किया जा सकता है। फुरुकावा की रिपोर्ट: के अनुसार “अल्ट्राबैटरी पैक स्थापित करने के साथ [[होंडा इनसाइट]] हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन के फील्ड ड्राइविंग टेस्ट में, रिकवरी चार्जिंग के बिना 100,000 मील ( प्राय: 160,000 किमी) का लक्ष्य ड्राइव प्राप्त किया गया था। <ref>{{cite web| date=November 2008| first1=Yuichi| last1=Akasaka| first2=Hikaru| last2=Sakamoto| first3=Toshimichi| last3=Takada| first4=Daisuke| last4=Monma| first5=Akira| last5=Dobashi| first6=Tsutomu| last6=Yokoyama| first7=Yousuke| last7=Masuda| first8=Hidehito| last8=Nakajima| first9=Satoshi| last9=Shibata| first10=Jun| last10=Furukawa| first11=L. T.| last11=Lam| first12=N. P.| last12=Haigh| first13=O. V.| last13=Lim| first14=R.| last14=Louey| first15=C. G.| last15=Phyland| first16=D. G.| last16=Vella| first17=L. H.| last17=Vu
| title=Development of UltraBattery - 3rd report| url=http://www.furukawadenchi.co.jp/english/research/new/pdf/ultra_03.pdf| publisher=The Furukawa Battery Co., Ltd| access-date=5 August 2014| archive-url=https://web.archive.org/web/20140810200948/http://www.furukawadenchi.co.jp/english/research/new/pdf/ultra_03.pdf| archive-date=2014-08-10| url-status=dead}}</ref>  
| title=Development of UltraBattery - 3rd report| url=http://www.furukawadenchi.co.jp/english/research/new/pdf/ultra_03.pdf| publisher=The Furukawa Battery Co., Ltd| access-date=5 August 2014| archive-url=https://web.archive.org/web/20140810200948/http://www.furukawadenchi.co.jp/english/research/new/pdf/ultra_03.pdf| archive-date=2014-08-10| url-status=dead}}</ref>  


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परीक्षणों से यह भी पता चला कि अल्ट्राबैटरी ऊर्जा अनुप्रयोगों में पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों की तुलना में अधिक समय तक कार्य करती है, जैसा कि सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज द्वारा सिम्युलेटेड फोटोवोल्टिक हाइब्रिड चक्र-जीवन परीक्षण में दिखाया गया है। इस परीक्षण से यह निष्कर्ष निकला कि 40-दिवसीय घाटे के चार्ज पर भी (ऐसे चक्र जहां प्रत्येक दिन बैटरी से अधिक लिया जाता है, जितना वापस डाला जाता है)। इन अल्ट्राबैटरीज़ का प्रदर्शन पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों से कहीं उत्तम होता है, तब भी जब पारंपरिक वीआरएलए बैटरियां केवल 7 दिन की डेफिसिट चार्ज व्यवस्था पर कार्य कर रही हैं। डेफिसिट चार्ज व्यवस्था में टेपर चार्ज द्वारा कोई रिकवरी नहीं होती है, जिसे बैटरियों के रिफ्रेशिंग/इक्वलाइजेशन के रूप में भी जाना जाता है, इसलिए इस ऑपरेटिंग व्यवस्था में पारंपरिक वीआरएलए के लिए सल्फेशन विशिष्ट विफलता मोड होता है।
परीक्षणों से यह भी पता चला कि अल्ट्राबैटरी ऊर्जा अनुप्रयोगों में पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों की तुलना में अधिक समय तक कार्य करती है, जैसा कि सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज द्वारा सिम्युलेटेड फोटोवोल्टिक हाइब्रिड चक्र-जीवन परीक्षण में दिखाया गया है। इस परीक्षण से यह निष्कर्ष निकला कि 40-दिवसीय घाटे के चार्ज पर भी (ऐसे चक्र जहां प्रत्येक दिन बैटरी से अधिक लिया जाता है, जितना वापस डाला जाता है)। इन अल्ट्राबैटरीज़ का प्रदर्शन पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों से कहीं उत्तम होता है, तब भी जब पारंपरिक वीआरएलए बैटरियां केवल 7 दिन की डेफिसिट चार्ज व्यवस्था पर कार्य कर रही हैं। डेफिसिट चार्ज व्यवस्था में टेपर चार्ज द्वारा कोई रिकवरी नहीं होती है, जिसे बैटरियों के रिफ्रेशिंग/इक्वलाइजेशन के रूप में भी जाना जाता है, इसलिए इस ऑपरेटिंग व्यवस्था में पारंपरिक वीआरएलए के लिए सल्फेशन विशिष्ट विफलता मोड होता है।


60% गहराई के डिस्चार्ज के साथ 100 दिनों की साइकिलिंग के पश्चात् , हर 30 दिनों में ताज़ा चक्र प्राप्त करने वाली पारंपरिक वीआरएलए बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता के 70% तक गिर गई थी। दो अल्ट्राबैटरी इकाइयां (फुरुकावा द्वारा बनाई गई, ईस्ट पेन द्वारा) प्रत्येक 40-दिवसीय घाटे वाले चार्ज का अनुभव कर रही थी, फिर भी यह पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तुलना में अधिक उत्तम प्रदर्शन कर रही थी | जिससे यह अधिक निरन्तर रिफ्रेश प्राप्त कर रही थी (इसमें अधिकतम 7-दिन के घाटे वाले चार्ज का अनुभव होता) हैं। यह 430 दिनों की साइकिलिंग के पश्चात् , ईस्ट पेन अल्ट्राबैटरी और फुरुकावा अल्ट्राबैटरी अभी भी विफल नहीं हुई थीं। इसमें ईस्ट पेन बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता का 85% तह बनाए रहती थी और फुरुकावा बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता के 100% के बहुत समीप होती थी।
60% गहराई के डिस्चार्ज के साथ 100 दिनों की साइकिलिंग के पश्चात् , हर 30 दिनों में रिफ्रेश चक्र प्राप्त करने वाली पारंपरिक वीआरएलए बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता के 70% तक गिर गई थी। दो अल्ट्राबैटरी इकाइयां (फुरुकावा द्वारा बनाई गई, ईस्ट पेन द्वारा) प्रत्येक 40-दिवसीय घाटे वाले चार्ज का अनुभव कर रही थी, फिर भी यह पारंपरिक वीआरएलए बैटरी की तुलना में अधिक उत्तम प्रदर्शन कर रही थी | जिससे यह अधिक निरन्तर रिफ्रेश प्राप्त कर रही थी (इसमें अधिकतम 7-दिन के घाटे वाले चार्ज का अनुभव होता) हैं। यह 430 दिनों की साइकिलिंग के पश्चात् , ईस्ट पेन अल्ट्राबैटरी और फुरुकावा अल्ट्राबैटरी अभी भी विफल नहीं हुई थीं। इसमें ईस्ट पेन बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता का 85% तह बनाए रहती थी और फुरुकावा बैटरी अपनी प्रारंभिक क्षमता के 100% के बहुत समीप होती थी।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
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* [http://www.arena.gov.au/ Australian Renewable Energy Agency]
* [http://www.arena.gov.au/ Australian Renewable Energy Agency]
* [http://www.csiro.au/ CSIRO Australia]
* [http://www.csiro.au/ CSIRO Australia]
[[Category: ऊर्जा भंडारण]] [[Category: रिचार्जेबल बैटरीज़]]


 
[[Category:CS1 errors]]
 
[[Category: Machine Translated Page]]
[[Category:Created On 18/07/2023]]
[[Category:Created On 18/07/2023]]
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[[Category:Machine Translated Page]]
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[[Category:ऊर्जा भंडारण]]
[[Category:रिचार्जेबल बैटरीज़]]

Latest revision as of 16:08, 30 August 2023

अल्ट्राबैटरी का स्कीमैटिक आरेख

अल्ट्राबैटरी फुरुकावा बैटरी कंपनी लिमिटेड द्वारा व्यावसायीकरण की गई लेड एसिड बैटरी बैटरी विधि का ट्रेडमार्क है। अल्ट्राबैटरी में ऋणात्मक प्लेटों के लिए स्पंजी लेड सक्रिय सामग्री पर पतली कार्बन परतें होती हैं। मूल विचार जो सामान्य इलेक्ट्रोलाइट के साथ एकल सेल में लेड-एसिड बैटरी विधि के साथ अल्ट्राकैपेसिटर विधिको जोड़ता है, वह राष्ट्रमंडल वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान संगठन (सीएसआईआरओ) से आया था।

परिचय

संयुक्त स्तर अमेरिका की सैंडिया राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं, [1] एडवांस्ड लीड-एसिड बैटरी कंसोर्टियम (एएलएबीसी) हैं| [2] कॉमनवेल्थ साइंटिफिक एंड इंडस्ट्रियल रिसर्च ऑर्गनाइजेशन (सीएसआईआरओ) हैं | [3] [4] [5] और ईस्ट द्वारा वाणिज्यिक परीक्षण जैसे स्वतंत्र प्रयोगशालाओं द्वारा किए गए अनुसंधान पेन मैन्युफैक्चरिंग, फुरुकावा बैटरी और इकोल्ट ने संकेत दिया है कि पारंपरिक वाल्व रेगुलेटेड लेड एसिड (वीआरएलए) बैटरियों की तुलना में, अल्ट्राबैटरी विधिमें उच्च ऊर्जा दक्षता, लंबा जीवनकाल और आंशिक चार्ज स्थिति (एसओसी) स्थितियों के तहत उत्तम चार्ज स्वीकृति होती है।

दो प्रौद्योगिकियों को बैटरी सेल में संयोजित करने का अर्थ है कि अल्ट्राबैटरी पारंपरिक लेड एसिड प्रौद्योगिकियों की तुलना में बहुत कुशलता से कार्य करती है[6] मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण कि इसे आंशिक चार्ज अवस्था (पीएसओसी) में लंबे समय तक संचालित किया जा सकता है, जबकि पारंपरिक लेड एसिड बैटरियां सामान्यतः उच्च एसओसी उपयोग के लिए डिज़ाइन की जाती हैं (अर्थात जब बैटरी पूर्ण तरह से बंद हो जाती है) चार्ज किया गया)। [7] आंशिक एसओसी 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 एसओसी रेंज में संचालित होने पर पारंपरिक वीआरएलए बैटरी शीघ्र खराब हो जाती है।[7]

इतिहास

अल्ट्राबैटरी का मूल विचार सीएसआईआरओ से आया था।[8]

अल्ट्राबैटरी के विकास को ऑस्ट्रेलियाई सरकार द्वारा वित्त पोषित किया गया था। जापानी कंपनी फुरुकावा बैटरी कंपनी लिमिटेड ने भी अल्ट्राबैटरी प्रौद्योगिकी के विकास में योगदान दिया, और जापानी सरकार ने नई ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (एनईडीओ) के माध्यम से इसके विकास का कुछ भाग वित्त पोषित किया।

2007 में, ईस्ट पेन मैन्युफैक्चरिंग ने उद्देश्य और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों (विभिन्न क्षेत्रों में) और स्थिर ऊर्जा संग्रहण अनुप्रयोगों (वैश्विक स्तर पर, जापान और थाईलैंड के बाहर, जहां फुरुकावा बैटरी प्रमुख लाइसेंस धारक है) के लिए अल्ट्राबैटरी विधि के निर्माण और व्यावसायीकरण के लिए वैश्विक प्रमुख लाइसेंस प्राप्त किया गया था। [9]

संयुक्त स्तर अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने ग्रिड-स्केल स्थिर ऊर्जा संग्रहण अनुप्रयोगों में अनुसंधान के लिए अल्ट्राबैटरी को भी वित्त पोषित किया है। तथा 2007 में, सीएसआईआरओ ने इस मार्केट को संबोधित करने के लिए सहायक कंपनी, इकोल्ट का गठन किया था। अल्ट्राबैटरी के विकास को आगे बढ़ाने के लिए इकोल्ट को ऑस्ट्रेलियाई सरकार से भी समर्थन मिला। इसको मई 2010 में, अमेरिकी बैटरी निर्माता ईस्ट पेन मैन्युफैक्चरिंग ने सीएसआईआरओ से इकोल्ट में अधिग्रहण किया गया था। [10] [11] [12]

मार्च 2013 में, ऑस्ट्रेलियाई सरकार ने आवासीय और वाणिज्यिक नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों के लिए निवेश प्रभावी ऊर्जा संग्रहण के रूप में अल्ट्राबैटरी विधि को और विकसित करने के लिए ऑस्ट्रेलियाई नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी के उभरते नवीकरणीय कार्यक्रम के माध्यम से अतिरिक्त धनराशि की घोषणा की थी। [13][14][15]

संग्रहण सिद्धांत

अल्ट्राबैटरी का ऊर्जा संग्रहण सिद्धांत पारंपरिक लेड-एसिड बैटरी के समान है। यह ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर कार्बन परतें Pb2+ आयनों से Pb(0) में कम करने के लिए और Pb2+ आयनों के संग्रहण स्थलों के लिए प्रतिक्रिया स्थल के रूप में कार्य करती हैं।

कठोर सल्फेशन

सामान्य लेड-एसिड बैटरी संचालन के समय , डिस्चार्जिंग के समय ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर लेड सल्फेट क्रिस्टल बढ़ते हैं और चार्जिंग के समय फिर से घुल जाते हैं। इन क्रिस्टलों के निर्माण को सल्फेशन कहा जाता है। इसमें समय के साथ सल्फेशन स्थायी हो सकता है, क्योंकि कुछ क्रिस्टल बढ़ते हैं और घुलने का विरोध करते हैं। यह विशेष रूप से तब होता है जब बैटरी को डिस्चार्ज की बहुत उच्च दर पर कार्य करने के लिए मजबूर किया जाता है, जो इलेक्ट्रोड की सतह पर लेड सल्फेट क्रिस्टल के विकास को बढ़ावा देता है। डिस्चार्ज की मध्यम दर पर, लेड सल्फेट क्रिस्टल इलेक्ट्रोड प्लेट (जिसमें स्पंज जैसी स्थिरता होती है) के क्रॉस खंड में बढ़ते हैं क्योंकि प्रतिक्रिया की अनुमति देने के लिए इलेक्ट्रोलाइट (तनु सल्फ्यूरिक एसिड) को इलेक्ट्रोड के शरीर के माध्यम से फैलाया जाता है। और यह पूर्ण प्लेट में जगह बना लेते है | [16]

लेकिन डिस्चार्ज की बहुत शीघ्र दर पर, प्लेट के शरीर के अंदर पहले से ही उपस्तिथ एसिड का शीघ्रता से उपयोग हो जाता है और प्रतिक्रिया क्रियान्वित 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 पूर्ण प्लेट में बिखरे हुए गुच्छों के अतिरिक्त 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 समय उन्हें रासायनिक रूप से निकालना मुश्किल हो जाता है, विशेष रूप से जब इलेक्ट्रोलाइट में सल्फ्यूरिक एसिड की एकाग्रता अधिक होने की संभावना होती है (क्योंकि यह केवल सीमित होती है) तब प्लेट की सतह पर लेड सल्फेट बनाया गया है) और लेड सल्फेट तनु सल्फ्यूरिक एसिड की तुलना में सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड (वजन के अनुसार प्राय: 10% सांद्रता से ऊपर) में कम घुलनशील होते 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 यह कुछ ऋणात्मक प्लेट के अंदर चार्जिंग के कारण होती हैं। लेड सल्फेट की कम उपलब्धता (प्लेट बॉडी के अंदर)। अवांछनीय प्रभाव प्लेट के अंदर हाइड्रोजन का उत्पादन है, जो प्रतिक्रिया की दक्षता को और कम कर देता है। और "हार्ड" सल्फेशन सामान्यतः अपरिवर्तनीय होता है क्योंकि बैटरी में अधिक से अधिक ऊर्जा अंदर की ओर ले जाने के कारण पार्श्व प्रतिक्रियाएं प्रबल हो जाती हैं। [17]

हार्ड सल्फेशन की संभावना को कम करने के लिए, पारंपरिक वीआरएलए बैटरियों को विभिन्न चार्जिंग एल्गोरिदम द्वारा निर्धारित विशिष्ट दरों पर डिस्चार्ज किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त , उन्हें बार-बार रिफ्रेश किया जाना चाहिए और एसओसी के शीर्ष छोर (80% और 100% चार्ज के मध्य) की ओर संचालन के लिए सबसे उपयुक्त हैं। जबकि चार्ज की इस सीमित स्थिति में संचालन ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर स्थायी सल्फेशन को कम करता है, तथा पूर्ण एसओसी पर या उसके निकट विशेष रूप से बैटरी संचालन अत्यधिक अक्षम है। इसमें अक्षमता अधिक परिमाण में साइड प्रतिक्रियाओं (उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोलिसिस) की घटनाओं में वृद्धि के कारण होता है जो कि ऊर्जा को नष्ट कर देती है।

अल्ट्राबैटरी में एकीकृत अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सेल के अंदर कठोर सल्फेशन के गठन को सीमित करने का कार्य करती है। यह आंशिक एसओसी में बैटरी की लंबी अवधि तक संचालित होने की क्षमता का समर्थन करता है जहां बैटरी अधिक कुशलता से संचालित होती है। और पारंपरिक वीआरएलए को सल्फेशन से होने वाले हानि से बचाने के लिए उनकी चार्ज क्षमता के शीर्ष पर अकुशल क्षेत्र में कार्य करने के लिए कुछ विशेष रूप से बाध्य किया जाता है। उन कारणों पर शोध क्रियान्वित होता है कि क्यों अल्ट्राकैपेसिटर की उपस्थिति सल्फेशन को इतनी सफलतापूर्वक कम कर देती है। इसमें प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि वीआरएलए सेल के अंदर कार्बन की उपस्थिति में कुछ कुएंचिंग प्रभाव होता है लेकिन अल्ट्राबैटरी के अंदर समानांतर-जुड़े अल्ट्राकैपेसिटर के सुरक्षात्मक प्रभाव कहीं अधिक महत्वपूर्ण होते हैं। उदाहरण के लिए, हंड एट अल ने पाया कि विशिष्ट वीआरएलए बैटरी विफलता मोड (पानी की हानि, ऋणात्मक प्लेट सल्फेशन और ग्रिड संक्षारण) सभी अल्ट्राबैटरी में कम से कम हैं। हंड के नतीजों से यह भी पता चला है कि उच्च दर आंशिक चार्ज एप्लिकेशन में उपयोग की जाने वाली अल्ट्राबैटरी, पारंपरिक वीआरएलए सेल की तुलना में कम गैसिंग, न्यूनतम ऋणात्मक प्लेट हार्ड सल्फेशन, उत्तम पावर प्रदर्शन और न्यूनतम ऑपरेटिंग तापमान प्रदर्शित करती है।

प्रयुक्त सामग्री

स्पंज लेड और कार्बन परतें ऋणात्मक इलेक्ट्रोड बनाती हैं।

इलेक्ट्रोलाइट घोल सल्फ्यूरिक एसिड और पानी से बना होता है।

लेड सल्फेट सफेद क्रिस्टल या पाउडर होता है। इसमें सामान्य लेड एसिड बैटरी संचालन में डिस्चार्जिंग के समय ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर लघु लेड सल्फेट क्रिस्टल बढ़ते हैं और चार्जिंग के समय वापस इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं।

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

अनुप्रयोग

अल्ट्राबैटरी का उपयोग अनेक प्रकार के ऊर्जा संग्रहण अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है, जैसे

अल्ट्राबैटरी वस्तुतः 100 प्रतिशत पुनर्चक्रण योग्य है और इसे उपस्तिथ बैटरी विनिर्माण सुविधाओं के माध्यम से बनाया जा सकता है।[9]

हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में अल्ट्राबैटरी

जब हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग किया जाता है, तब अल्ट्राबैटरी का अल्ट्राकैपेसिटर उच्च-दर डिस्चार्जिंग और चार्जिंग के समय बफर के रूप में कार्य करता है, जो इसे वाहन त्वरण और ब्रेकिंग के समय शीघ्रता से चार्ज प्रदान करने और अवशोषित करने में सक्षम बनाता है। [19]

एडवांस्ड लीड एसिड बैटरी कंसोर्टियम द्वारा हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में अल्ट्राबैटरी के प्रदर्शन के परीक्षण ने बिना किसी महत्वपूर्ण निम्नीकरण के एकल बैटरी पैक पर 100,000 मील से अधिक की दूरी प्राप्त की जा सकती हैं। [2] तथा अल्ट्राबैटरी प्रोटोटाइप के प्रयोगशाला के परिणाम बताते हैं कि उनकी क्षमता, शक्ति, उपलब्ध ऊर्जा, कोल्ड क्रैंकिंग और सेल्फ-डिस्चार्ज न्यूनतम और अधिकतम पावर-असिस्ट हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए निर्धारित सभी प्रदर्शन लक्ष्यों को पूर्ण करते हैं, और इसके पश्चात्या उससे भी अधिक उपयोग करते हैं।

माइक्रोग्रिड में अल्ट्राबैटरी

अल्ट्राबैटरी का उपयोग अनुमानित बिजली उपलब्धता में सुधार के लिए माइक्रोग्रिड पर नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को सुचारू और स्थानांतरित करने (अर्थात तत्पश्चात उपयोग के लिए स्टोर करने) के लिए किया जा सकता है। अल्ट्राबैटरी का उपयोग स्टैंडअलोन माइक्रोग्रिड प्रणाली , नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली और हाइब्रिड माइक्रोग्रिड में भी किया जा सकता है। यह स्टैंडअलोन माइक्रोग्रिड प्रणाली जीवाश्म-ईंधन ऊर्जा उत्पादन की दक्षता में सुधार करने के लिए डीजल या अन्य जीवाश्म ईंधन को अल्ट्राबैटरी संग्रहण के साथ जोड़ते हैं। और प्रणाली में ऊर्जा संग्रहण को सम्मिलित करने से जेन-सेट (अर्थात जनरेटर की सरणी) का आकार कम हो जाता है क्योंकि बैटरियां लोड में चोटियों को संभाल सकती हैं। अल्ट्राबैटरी जेन-सेट b की ईंधन उपयोग को भी कम करती है |

नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियाँ स्थानीय बिजली प्रदान करने के लि