तर व्यावहारिक प्रयोग अझै चुनौतीपूर्ण
काठमाडौं — विमानजस्ता उच्च ऊर्जा आवश्यक पर्ने प्रविधिका लागि बढी ऊर्जा घनत्व (energy density) भएका ब्याट्रीको माग तीव्र रूपमा बढ्दै गएको छ। एक अनुमानअनुसार, विमानका लागि प्रयोग हुने ब्याट्रीले करिब ८०० Wh/kg ऊर्जा वहन गर्नुपर्ने हुन्छ। हाल प्रचलित लिथियम–आयन ब्याट्री को सैद्धान्तिक क्षमता करिब ५०० Wh/kg वरिपरि रहे पनि नयाँ प्रविधि फ्लोराइड–आयन ब्याट्री ले २००० Wh/kg भन्दा बढी ऊर्जा दिन सक्ने सम्भावना देखिएको छ।
विज्ञहरूका अनुसार लिथियम अत्यन्त इलेक्ट्रोपोजिटिभ तत्व हो भने फ्लोरिन सबैभन्दा इलेक्ट्रोनेगेटिभ तत्व हो। यही कारण फ्लोराइड आयनहरू उच्च भोल्टेजमा पनि स्थिर रहन सक्छन्, जसले उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त गर्न मद्दत गर्छ। साथै यी दुवै तत्व हलुका र साना भएकाले साना आकारमै बढी ऊर्जा भण्डारण सम्भव हुन्छ।
अमेरिकास्थित स्टार्टअप फ्लियोन इनर्जीका वैज्ञानिक साइमन जोन्सका अनुसार, “यदि फ्लोराइड–आयन ब्याट्री व्यवहारमा सफल बनाउन सकियो भने यसको क्षमता निकै आकर्षक हुनेछ।”
मुख्य चुनौती: इलेक्ट्रोलाइट र रासायनिक स्थिरता
यद्यपि, यो प्रविधि अझै प्रयोगशाला तहमै सीमित छ। यसको सबैभन्दा ठूलो चुनौती उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइटको विकास हो। लिथियम नुनहरू सजिलै घुल्ने भए पनि फ्लोराइड नुनहरू प्रायः अघुलनशील हुन्छन्। साथै, फ्लोराइड आयन अत्यन्त प्रतिक्रियाशील हुने भएकाले स्थिर तरल माध्यम विकास गर्न कठिन छ।
तर फ्लोरिनको उपलब्धता भने ठूलो फाइदा हो। पृथ्वीको भूपर्पटीमा फ्लोरिन लिथियमभन्दा धेरै मात्रामा पाइन्छ। उदाहरणका लागि, २०२४ मा करिब ९.५ मिलियन टन फ्लुओर्स्पार उत्पादन हुँदा लिथियम उत्पादन केवल २,४०,००० टन मात्र थियो।
उच्च क्षमता तर स्थायित्व समस्या
फ्लोराइड–आयन ब्याट्रीले उच्च ऊर्जा दिने मुख्य कारण यसको रासायनिक प्रतिक्रिया (conversion reaction) हो। उदाहरणका लागि, आयरन फ्लोराइड क्याथोडले सैद्धान्तिक रूपमा १४०० mAh/g भन्दा बढी क्षमता दिन सक्छ। तर यस्तो ब्याट्रीमा चार्ज–डिस्चार्जका क्रममा संरचनात्मक परिवर्तन धेरै हुने भएकाले दीर्घकालीन स्थायित्व चुनौतीपूर्ण बनेको छ।
ठोस बनाम तरल ब्याट्री
हालसम्म विकसित धेरै फ्लोराइड–आयन ब्याट्री ठोस (solid-state) प्रकारका छन्, जसले ६०–१००°C भन्दा माथि तापक्रममा मात्र राम्रो काम गर्छन्। तर यस्तो उच्च तापक्रमले यसको प्रयोग सीमित बनाउँछ।
तरल इलेक्ट्रोलाइटमा भने फ्लोराइड आयनको उच्च प्रतिक्रियाशीलता समस्या बनेको छ, जसले सुरक्षा र क्षमतामा असर पार्छ।
नयाँ अनुसन्धान र प्रगति
जापानको क्योटो विश्वविद्यालय र टोयोटाको सहकार्यमा गरिएको अध्ययनले पेरोभ्स्काइट संरचनामा आधारित क्याथोड विकास गरेको छ, जसले फ्लोराइड आयनलाई स्थिर रूपमा राख्न मद्दत गर्छ। यसले ब्याट्रीको क्षमता दोब्बर बढाउने सम्भावना देखाएको छ।
त्यस्तै, नासाको जेट प्रोपल्सन ल्याबका वैज्ञानिकहरूले २०१८ मा पहिलो पटक कोठाको तापक्रममा काम गर्ने तरल इलेक्ट्रोलाइट विकास गरेका थिए। तर यसमा इलेक्ट्रोड घुल्ने समस्या देखिएको थियो।
प्राथमिक (नन–रिचार्जेबल) ब्याट्रीमा सम्भावना
रिचार्जेबल फ्लोराइड–आयन ब्याट्री विकास गर्न अझै समय लाग्ने देखिए पनि नन–रिचार्जेबल (primary) ब्याट्रीमा यसको प्रयोग छिट्टै सम्भव हुने विज्ञहरू बताउँछन्।
हाल प्रयोगमा रहेको लिथियम–CFx ब्याट्रीले करिब ७०० Wh/kg ऊर्जा दिन्छ, तर फ्लोराइड–आयन प्रविधि प्रयोग गरेर अझ बढी क्षमता हासिल गर्ने प्रयास भइरहेको छ।
