स्रोत: प्रेस सूचना ब्यूरो (पीआईबी), भारत सरकार — विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय · पीआईबी दिल्ली · मूल विज्ञप्ति pib.gov.in पर पढ़ें
वैज्ञानिकों द्वारा विकसित एक सफल धातु-मुक्त उत्प्रेरक अगली पीढ़ी की स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की लागत को काफी कम कर सकता है।
जिंक-एयर (Zn-एयर) बैटरी जैसे ऊर्जा भंडारण उपकरणों में, हवा से ऑक्सीजन ऑक्सीजन कटौती प्रतिक्रिया (ओआरआर) के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया में इलेक्ट्रोड के साथ प्रतिक्रिया करती है। बैटरी जिस दक्षता से संचालित होती है वह इस प्रतिक्रिया से निर्धारित होती है। Zn-एयर बैटरियां अगली पीढ़ी के ऊर्जा भंडारण के लिए एक आशाजनक विकल्प हैं क्योंकि वे हवा से सीधे ऑक्सीजन खींचते समय प्रचुर, सस्ती और अपेक्षाकृत सुरक्षित तत्व जिंक का उपयोग करती हैं, जिससे सक्रिय कैथोड सामग्री को संग्रहीत करने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। पारंपरिक लिथियम-आयन (ली-आयन) बैटरियों की तुलना में, Zn-एयर बैटरियां उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व, कम सामग्री लागत, बेहतर सुरक्षा और अधिक स्थिरता की क्षमता प्रदान करती हैं। हालाँकि, रिचार्जेबिलिटी, चक्र जीवन और ओआरआर कैनेटीक्स से संबंधित चुनौतियाँ बनी हुई हैं।
हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की तुलना में, Zn-एयर बैटरियां एक सरल, अधिक कॉम्पैक्ट ऊर्जा भंडारण समाधान प्रदान कर सकती हैं जिसके लिए उच्च दबाव वाले हाइड्रोजन भंडारण या व्यापक हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि, Zn-एयर बैटरी और हाइड्रोजन ईंधन सेल दोनों ही गंभीर रूप से कुशल ऑक्सीजन इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पर निर्भर हैं। वर्तमान में, कई स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियां, विशेष रूप से हाइड्रोजन ईंधन सेल, एक कुशल ओआरआर उत्प्रेरक के रूप में प्लैटिनम पर निर्भर हैं, जो दुनिया की सबसे दुर्लभ और सबसे महंगी धातुओं में से एक है। जबकि प्लैटिनम उत्कृष्ट उत्प्रेरक प्रदर्शन प्रदान करता है, इसकी उच्च लागत, कमी और सीमित उपलब्धता बड़े पैमाने पर तैनाती में प्रमुख बाधाएं बनी हुई हैं। इसलिए, Zn-एयर बैटरियों की लागत, स्थिरता और स्केलेबिलिटी लाभों को साकार करने और सस्ती स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियों को आगे बढ़ाने के लिए कुशल, प्लैटिनम-मुक्त ओआरआर उत्प्रेरक विकसित करना महत्वपूर्ण है।
एसएन बोस नेशनल सेंटर फॉर बेसिक साइंसेज (एसएनबीएनसीबीएस), कोलकाता और इंस्टीट्यूट ऑफ नैनो साइंस एंड टेक्नोलॉजी (आईएनएसटी), मोहाली, विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के साथ-साथ एसआरएम विश्वविद्यालय, अमरावती के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब प्रदर्शित किया है कि एक विशेष रूप से डिजाइन की गई धातु मुक्त कार्बनिक छिद्रपूर्ण सामग्री, 2,4,6-ट्रिस (4-एमिनोफिनाइल) -1,3,5-ट्राईज़ीन (टीटीटी) से तैयार की गई है। 4,8-डाइऑक्सो-4,8-डायहाइड्रोबेंजो[1,2-बी:4,5-बी']डाइथियोफीन-2,6-डाइकार्बाल्डिहाइड (डीएचटीडी) लिंकर्स, जिसे टीटीटी-डीएचटीडी नाम दिया गया है। दिलचस्प बात यह है कि, Zn-एयर बैटरियों में एयर-इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने पर TTT-DHTD किसी भी कीमती धातु का उपयोग किए बिना लगभग प्लैटिनम के समान ही प्रदर्शन कर सकता है। यह साइंस एडवांसेज जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
पूरी तरह से कार्बन, सल्फर, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन जैसे प्रचुर तत्वों से निर्मित, सामग्री एक अति-छिद्रपूर्ण, छत्ते जैसा नेटवर्क बनाती है जो ऑक्सीजन को कुशलता से बिजली में परिवर्तित करती है - जो ईंधन सेल में बिजली पैदा करने में एक महत्वपूर्ण कदम है। प्रयोगशाला परीक्षणों से पता चला कि नए उत्प्रेरक ने उल्लेखनीय रूप से स्थिर रहते हुए वाणिज्यिक प्लैटिनम उत्प्रेरक के प्रदर्शन का लगभग 96% हासिल किया। 120 घंटों के निरंतर संचालन के बाद भी, सामग्री ने उस गिरावट या संदूषण के बिना अपना प्रदर्शन बनाए रखा जो अक्सर पारंपरिक धातु-आधारित उत्प्रेरक को प्रभावित करता है।
एसएनबीएनसीबीएस के डॉ. प्रदीप पचफुले, आईएनएसटी के प्रोफेसर रामेंद्र सुंदर डे और एसआरएम विश्वविद्यालय, अमरावती के प्रोफेसर रंजीत थापा के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन का भी उपयोग किया कि सामग्री इतना अच्छा प्रदर्शन क्यों करती है। उन्होंने पाया कि इसकी सावधानीपूर्वक इंजीनियर की गई आणविक संरचना आदर्श स्थान बनाती है जहां ऑक्सीजन अणु आसानी से जुड़ सकते हैं और प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिससे बिजली जल्दी और कुशलता से उत्पन्न हो सकती है।
प्लैटिनम को सस्ती कार्बनिक सामग्रियों से बदलने से Zn-एयर कोशिकाओं की लागत नाटकीय रूप से कम हो सकती है, जिससे स्वच्छ परिवहन, पोर्टेबल बिजली प्रणाली और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण अधिक किफायती और सुलभ हो जाएगा। यह विकास टिकाऊ सामग्री अनुसंधान में भारत के बढ़ते नेतृत्व को भी उजागर करता है।
चित्र .1। कुशल ऑक्सीजन कटौती प्रतिक्रिया और उच्च प्रदर्शन Zn-एयर बैटरी के लिए धातु मुक्त सहसंयोजक कार्बनिक ढांचा इलेक्ट्रोकैटलिस्ट (छवि क्रेडिट: ChatGPT)।
उन्नत कम्प्यूटेशनल अध्ययनों के साथ अभिनव आणविक डिजाइन को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में सामग्री स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं में से एक में कीमती धातुओं के प्रदर्शन को प्रतिद्वंद्वी कर सकती है।
जैसे-जैसे दुनिया स्वच्छ और अधिक किफायती ऊर्जा समाधानों की खोज कर रही है, टीटीटी-डीएचटीडी जैसी सफलताएं हमें भविष्य के एक कदम करीब लाती हैं जहां कुशल, टिकाऊ और किफायती ईंधन सेल रोजमर्रा की जिंदगी का हिस्सा बन जाते हैं।
प्रकाशन लिंक:
www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.aee3092
यह प्रेस सूचना ब्यूरो (पीआईबी) द्वारा जारी एक आधिकारिक प्रेस विज्ञप्ति है, जिसे जारी किए गए रूप में पुन: प्रस्तुत किया गया है।
