क्यों चीन लिथियम-आयन बैटरी उत्पादन पर हावी हो सकता है

क्या लिथियम-आयन आदर्श बैटरी है?

कई वर्षों तक, निकल-कैडमियम वायरलेस संचार से लेकर मोबाइल कंप्यूटिंग तक पोर्टेबल उपकरणों के लिए एकमात्र उपयुक्त बैटरी रही है।निकेल-मेटल-हाइड्राइड और लिथियम-आयन 1990 के दशक की शुरुआत में उभरे, ग्राहक की स्वीकृति हासिल करने के लिए आमने-सामने की लड़ाई लड़ी।आज, लिथियम-आयन सबसे तेजी से बढ़ने वाला और सबसे आशाजनक बैटरी रसायन है।

दुनिया तेजी से विद्युतीकृत होती जा रही है।न केवल विकासशील देश अपनी आबादी के लिए बिजली की उपलब्धता बढ़ा रहे हैं, बल्कि मौजूदा परिवहन बुनियादी ढांचे का विद्युतीकरण तीव्र गति से आगे बढ़ रहा है।2040 तक सड़कों पर चलने वाली आधी से अधिक कारों के बिजली से संचालित होने का अनुमान है।

बैटरियों का एक संक्षिप्त इतिहास

लंबे समय से बैटरी हमारे दैनिक जीवन का हिस्सा रही है।दुनिया की पहली सच्ची बैटरी का आविष्कार 1800 में इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टा ने किया था।आविष्कार ने एक उल्लेखनीय सफलता का प्रतिनिधित्व किया, लेकिन उस समय से केवल कुछ ही महत्वपूर्ण नवाचार हुए हैं।

पहली लेड-एसिड बैटरी थी, जिसका आविष्कार 1859 में हुआ था। यह पहली रिचार्जेबल बैटरी थी और आज भी आंतरिक दहन इंजन शुरू करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे आम बैटरी है।

पिछली दो शताब्दियों में कुछ नवीन बैटरी डिज़ाइन हुए हैं, लेकिन 1980 तक वास्तविक गेम-चेंजर का आविष्कार नहीं हुआ था।यही वह समय था जब ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय और स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय की सफलताओं ने लिथियम-आयन बैटरी के विकास का नेतृत्व किया।सोनी ने 1991 में पहली लिथियम-आयन बैटरी का व्यावसायीकरण किया।

लिथियम के बारे में क्या खास है?

लिथियम कई मायनों में एक विशेष धातु है।यह हल्का और मुलायम है - इतना नरम कि इसे रसोई के चाकू से काटा जा सकता है और घनत्व इतना कम है कि यह पानी पर तैरता है।यह सभी धातुओं के सबसे कम गलनांक और उच्च क्वथनांक के साथ तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर भी ठोस है।

अपने साथी क्षार धातु की तरह, सोडियम, लिथियम दिखावटी रूप में पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है।Li और H2O का कॉम्बो लीथियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन बनाता है, जो आमतौर पर लाल लौ में फट जाता है।

करने के कई पहलू हैं लिथियम आयन बैटरी सुरक्षित बैटरी संरचना, सुरक्षित कच्चे माल, सुरक्षात्मक कार्यों और सुरक्षा प्रमाणपत्र सहित इसकी डिजाइन प्रक्रियाओं में सुरक्षा।जब चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स न्यूज द्वारा साक्षात्कार लिया गया, तो डिप्टी चीफ इंजीनियर, श्री सु जिनरान ने कहा कि उत्पाद सुरक्षा उत्पाद डिजाइन में शुरू हुई, इसलिए सही इलेक्ट्रोड सामग्री, विभाजक और इलेक्ट्रोलाइट्स का चयन सुरक्षित बैटरी डिजाइन के लिए पहली प्राथमिकता है।बैटरी एनोड सामग्री के लिए, टर्नरी सामग्री, मैंगनीज लिथियम और लिथियम आयरन फॉस्फेट, जो बैटरी डिजाइन में व्यापक रूप से उपयोग किए गए हैं और संतोषजनक प्रदर्शन प्राप्त करते हैं, पारंपरिक लिथियम कोबाल्टेट और निकल लिथियम से अधिक सुरक्षित हैं।

लिथियम-आयन बैटरी लोकप्रिय हैं क्योंकि प्रतिस्पर्धी तकनीकों पर उनके कई महत्वपूर्ण लाभ हैं:

● वे आम तौर पर समान आकार की अन्य प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी की तुलना में बहुत हल्की होती हैं।लिथियम-आयन बैटरी के इलेक्ट्रोड हल्के लिथियम और कार्बन से बने होते हैं।लिथियम भी एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील तत्व है, जिसका अर्थ है कि इसके परमाणु बंधनों में बहुत सारी ऊर्जा संग्रहित की जा सकती है।यह लिथियम-आयन बैटरी के लिए बहुत उच्च ऊर्जा घनत्व में अनुवाद करता है।यहाँ ऊर्जा घनत्व पर एक दृष्टिकोण प्राप्त करने का एक तरीका है।एक विशिष्ट लिथियम-आयन बैटरी 1 किलोग्राम बैटरी में 150 वाट-घंटे बिजली स्टोर कर सकती है।एक एनआईएमएच (निकेल-मेटल हाइड्राइड) बैटरी पैक शायद 100 वाट-घंटे प्रति किलोग्राम स्टोर कर सकता है, हालांकि 60 से 70 वाट-घंटे अधिक विशिष्ट हो सकते हैं।एक लेड-एसिड बैटरी प्रति किलोग्राम केवल 25 वाट-घंटे स्टोर कर सकती है।लेड-एसिड तकनीक का उपयोग करते हुए, उतनी ही मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत करने में 6 किलोग्राम लगते हैं, जितनी 1-किलोग्राम लिथियम-आयन बैटरी संभाल सकती है।यह एक बड़ा अंतर है [स्रोत: सब कुछ2.com ]।

● वे अपना कार्यभार संभालते हैं।NiMH बैटरी के लिए प्रति माह 20 प्रतिशत नुकसान की तुलना में लिथियम-आयन बैटरी पैक प्रति माह केवल 5 प्रतिशत चार्ज खो देता है।

● उनका कोई मेमोरी प्रभाव नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि आपको उन्हें रिचार्ज करने से पहले पूरी तरह से डिस्चार्ज नहीं करना पड़ता है, जैसा कि कुछ अन्य बैटरी केमिस्ट्री में होता है।

● लिथियम-आयन बैटरी सैकड़ों चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों को संभाल सकती हैं।

● इसका मतलब यह नहीं है कि लिथियम-आयन बैटरी दोषरहित हैं।उनके कुछ नुकसान भी हैं:

● फैक्ट्री से निकलते ही ये डीग्रेड करने लगते हैं।चाहे आप उनका उपयोग करें या न करें, वे निर्माण की तारीख से केवल दो या तीन साल तक चलेंगे।

● वे उच्च तापमान के प्रति अत्यंत संवेदनशील होते हैं।गर्मी के कारण लीथियम-आयन बैटरी पैक सामान्य से कहीं अधिक तेजी से खराब होते हैं।

● यदि आप लिथियम-आयन बैटरी को पूरी तरह से डिस्चार्ज कर देते हैं, तो यह बर्बाद हो जाती है।

● लिथियम-आयन बैटरी पैक में बैटरी का प्रबंधन करने के लिए ऑन-बोर्ड कंप्यूटर होना चाहिए।यह उन्हें पहले से कहीं ज्यादा महंगा बनाता है।

● इस बात की बहुत कम संभावना है कि, यदि लिथियम-आयन बैटरी पैक विफल हो जाता है, तो यह आग में फट जाएगा।

नवाचार आधारित मानक सेटिंग

लिथियम-आयन बैटरी सुरक्षा तंत्र में जटिलता के कारण, विशेष रूप से बैटरी के पुन: उपयोग के बाद सुरक्षा पर प्रभाव, लिथियम-आयन बैटरी सुरक्षा को समझने और इसके मानकों को स्थापित करने की प्रक्रिया क्रमिक और प्रगतिशील होनी चाहिए।और बाह्य नियंत्रण तकनीकों के विकास और अनुप्रयोग पर भी विचार किया जाना चाहिए।सु ने सुझाव दिया कि सेटिंग के रूप में लिथियम आयन बैटरी सुरक्षा मानक एक उच्च तकनीकी काम है, बैटरी मानकीकरण निकायों के मानक सेटिंग पेशेवरों और बैटरी उद्योग के तकनीकी विशेषज्ञों, उपयोगकर्ताओं और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण क्षेत्रों दोनों को प्रयोगात्मक सत्यापन कार्यों सहित प्रक्रिया में भाग लेना चाहिए।

चीन इलेक्ट्रॉनिक्स मानकीकरण संस्थान के वरिष्ठ अभियंता श्री सुन चुआनहाओ ने कहा कि वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरी को ऊर्जा प्रकार और बिजली प्रकार में विभाजित किया जा सकता है।चूंकि इन दो उत्पादों की सामग्री और डिजाइन संरचनाओं में अंतर है, इसलिए समान सुरक्षा स्थितियों के तहत भी उनके परीक्षण के तरीके और आवश्यकताएं भिन्न हैं।तथाकथित पोर्टेबल बैटरी ऊर्जा प्रकार से संबंधित हैं, जिसमें मोबाइल फोन, लैपटॉप, डिजिटल कैमरे और वीडियो कैमरे में उपयोग की जाने वाली लिथियम-आयन बैटरी शामिल हैं, जबकि पावर प्रकार की बैटरी बिजली उपकरण, इलेक्ट्रिक बाइक और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए है।

अनुसंधान संगठन ब्लूमबर्गएनईएफ के अनुसार, मात्रा-भारित औसत लिथियम-आयन बैटरी पैक मूल्य (जिसमें सेल और पैक शामिल हैं) 2010-18 से 85% गिर गया, जो औसत $176/kWh तक पहुंच गया।ब्लूमबर्गएनईएफ आगे प्रोजेक्ट करता है कि कीमतें 2024 तक $94/kWh और 2030 तक $62/kWh तक गिर जाएंगी।

इस गिरते लागत वक्र का किसी भी कंपनी के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है जो अपनी सेवा में बैटरी का उपयोग करती है, या उन लोगों के लिए जिन्हें ऊर्जा (जैसे, बिजली उत्पादक) को स्टोर करने की आवश्यकता होती है।तिथि करने के लिए, अधिकांश लिथियम-आयन बैटरी की बिक्री उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में हुई है, लेकिन भविष्य की बिक्री इलेक्ट्रिक कारों द्वारा तेजी से संचालित होगी।

सड़कों पर अधिकांश कारें आज भी लेड-एसिड बैटरी और आंतरिक दहन इंजन का उपयोग करती हैं।लेकिन इलेक्ट्रिक वाहनों की बिक्री - लिथियम-आयन बैटरी द्वारा संचालित - पिछले पांच वर्षों में दस गुना से अधिक बढ़ गई है।इसके अलावा, अधिक से अधिक देश आंतरिक दहन पर आधारित कारों पर भविष्य में प्रतिबंध लगा रहे हैं, इस उम्मीद के साथ कि इलेक्ट्रिक वाहन अंततः निजी परिवहन पर हावी हो जाएंगे।

यह, निश्चित रूप से, भविष्य में बैटरी की अधिक मांग का मतलब है।इतना ही नहीं इलेक्ट्रिक वाहन निर्माता टेस्ला, पैनासोनिक के साथ साझेदारी में, नए लिथियम-आयन बैटरी कारखानों के निर्माण के लिए अरबों डॉलर का निवेश कर रही है।फिर भी, अमेरिकी लिथियम-आयन बैटरी निर्माता बाजार हिस्सेदारी में पिछड़ रहे हैं।

लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक संबंधित विकास बाजार भारी औद्योगिक अनुप्रयोगों जैसे लिफ्ट ट्रक, स्वीपर और स्क्रबर्स, एयरपोर्ट ग्राउंड सपोर्ट एप्लिकेशन और स्वचालित निर्देशित वाहन (एजीवी) में है।इन आला अनुप्रयोगों को ऐतिहासिक रूप से सीसा-एसिड बैटरी और आंतरिक दहन इंजन द्वारा परोसा गया है, लेकिन अर्थशास्त्र तेजी से लिथियम-आयन बैटरी के पक्ष में स्थानांतरित हो गया है।

ड्राइवर की सीट पर चीन

ब्लूमबर्गएनईएफ के एक विश्लेषण के अनुसार, 2019 की शुरुआत में वैश्विक लिथियम सेल निर्माण क्षमता के 316 गीगावाट-घंटे (जीडब्ल्यूएच) थे।चीन इस क्षमता का 73% का घर है, इसके बाद अमेरिका 12% वैश्विक क्षमता के साथ दूसरे स्थान पर है।

वैश्विक क्षमता के 2025 तक मजबूती से बढ़ने का अनुमान है जब ब्लूमबर्गएनईएफ ने वैश्विक क्षमता के 1,211 जीडब्ल्यूएच का अनुमान लगाया है।यूएस में क्षमता बढ़ने का अनुमान है, लेकिन वैश्विक क्षमता की तुलना में धीमी है।इस प्रकार, वैश्विक लिथियम सेल निर्माण में अमेरिका की हिस्सेदारी घटने का अनुमान है।

टेस्ला अपने स्वयं के बैटरी कारखानों का निर्माण करके इस समस्या का समाधान करने की कोशिश कर रहा है, लेकिन ऐसी कंपनियों के लिए जो इस प्रकार की बैटरी की एक विस्तृत श्रृंखला की आपूर्ति करती हैं, जैसे कि कैलिफ़ोर्निया स्थित वनचार्ज, स्थानीय आपूर्तिकर्ताओं को खोजना चुनौतीपूर्ण साबित हुआ है।मैंने हाल ही में वनचार्ज के सीईओ एलेक्स पिसारेव से बात की, जिन्होंने अपनी कंपनी के सामने आने वाली चुनौतियों पर प्रकाश डाला:

पिसारेव ने मुझसे कहा, "अमेरिकी निर्माताओं को यूएस-निर्मित लिथियम-आयन सेल का उपयोग करने में खुशी होगी," लेकिन आज यह यथार्थवादी नहीं है।इसलिए हमें उन्हें चीन से आयात करना जारी रखना होगा।

चीन वही रास्ता अपना रहा है जो उसने पहले सौर पैनलों के साथ किया था।जबकि अमेरिकी इंजीनियर रसेल ओहल द्वारा सौर कोशिकाओं का आविष्कार किया गया था, आज चीन वैश्विक सौर पैनल बाजार पर हावी है।अब चीन लिथियम आयन बैटरी के दुनिया के उत्पादन को नियंत्रित करने पर केंद्रित है।

क्या सबसे सस्ती हरित प्रौद्योगिकियां होना बेहतर है, भले ही इसका मतलब दूसरे देशों को निर्माण करना हो?कम सौर पैनल की कीमतों ने नए सौर पीवी विकास के विस्फोट को चलाने में मदद की है, और बदले में, कई अमेरिकी नौकरियों का समर्थन किया है।लेकिन इनमें से ज्यादातर पैनल चीन में बने हैं।ट्रम्प प्रशासन ने आयातित सौर पैनलों पर टैरिफ लगाकर इसे संबोधित करने का प्रयास किया है, लेकिन अधिकांश अमेरिकी सौर उद्योग द्वारा इन टैरिफों का कड़ा विरोध किया गया है।

चीन को सस्ते श्रम का एक बड़ा फायदा है, जिसने इसे कई विनिर्माण उद्योगों पर हावी होने दिया है।लेकिन चीन के पास भी अधिक लिथियम भंडार और अमेरिका की तुलना में बहुत अधिक लिथियम उत्पादन है। 2018 में, चीनी लिथियम उत्पादन 8,000 मीट्रिक टन था, जो सभी देशों में तीसरा और यूएस लिथियम उत्पादन का लगभग दस गुना था।2018 में चीनी लिथियम भंडार एक मिलियन मीट्रिक टन था, जो यूएस स्तर से लगभग 30 गुना अधिक था।

पथ आगे

रुझान संकेत देते हैं कि लिथियम-आयन बैटरी परिवहन और भारी उपकरण क्षेत्रों में लीड-एसिड बैटरी को तेजी से विस्थापित कर देगी।रिकॉर्ड कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन से जूझ रही दुनिया में यह एक महत्वपूर्ण विकास है।

लेकिन विनिर्माण लागत और कच्चे माल की उपलब्धता दोनों में इस तरह के लाभ के साथ, क्या अमेरिका विश्व बाजार में चीन के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है?यदि नहीं, तो लिथियम-आयन बैटरियों की बढ़ती संख्या उनके उपयोगी जीवन के अंत तक पहुंच रही है, क्या अमेरिका पुनर्नवीनीकरण लिथियम के लिए एक प्रतिस्पर्धी बाजार विकसित कर सकता है?

ये महत्वपूर्ण प्रश्न हैं जिन पर ध्यान देने की आवश्यकता है।

यह स्पष्ट नहीं है कि चीन इस तरह की चुनौतियों से कैसे निपटेगा, लेकिन लिथियम की अपनी अथक खोज और धातु से जुड़े रणनीतिक महत्व को देखते हुए, इसमें कोई संदेह नहीं है।कई मायनों में, चीन द्वारा हरित परिवहन को अपनाना एक अच्छी बात है, क्योंकि यह इस क्षेत्र में रुचि बढ़ाता है और प्रतिस्पर्धी देशों को लिथियम आपूर्ति और रिचार्जेबल बैटरी बाजार के अपने हिस्से के मामले में पकड़ने की कोशिश करने के लिए प्रेरित करता है।खतरा यह है कि वे पिछड़ते जा रहे हैं, जिससे चीन का एकाधिकार हो गया है जो जल्द ही मुख्यधारा का परिवहन क्षेत्र बन सकता है।

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