ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಎಂದರೇನು?

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ವಸ್ತು ಅಥವಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗೆ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ಕಿಲೋಗ್ರಾಂಗೆ ಜೂಲ್‌ಗಳಲ್ಲಿ (J/kg) ಅಥವಾ ವ್ಯಾಟ್{1}}ಗಂಟೆಗೆ ಪ್ರತಿ ಕಿಲೋಗ್ರಾಂಗೆ (Wh/kg) ಈ ಮೆಟ್ರಿಕ್ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ಎಷ್ಟು ಬಳಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಶಕ್ತಿಯ ಶೇಖರಣಾ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಹೋಲಿಸಲು ಮತ್ತು ವಸ್ತು ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಇದು ಅವಶ್ಯಕವಾಗಿದೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಭಿನ್ನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಪದಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಗೊಂದಲಕ್ಕೊಳಗಾಗುತ್ತವೆ. ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ (Wh/L), ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಮೇಲೆ ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ತೂಕದ ನಿರ್ಬಂಧಗಳು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ನೌಕೆಯಿಂದ ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳವರೆಗೆ ವಿನ್ಯಾಸ ನಿರ್ಧಾರಗಳನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡುವ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಹಿಂದಿರುವ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರವು ಸಂಗ್ರಹವಾದ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಹೊಂದಲು ಬೇಕಾದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಗಳಲ್ಲಿ, ಇದು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳು, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಗಳು, ವಿಭಜಕಗಳು ಮತ್ತು ಕವಚದ ಒಟ್ಟು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಿಂದ ಭಾಗಿಸಿದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಒಳಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇಂಧನಗಳಿಗೆ, ಇದು ಇಂಧನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ದಹನದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ ಶಾಖವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ.

Specific Energy

ಲಿಥಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಆಧುನಿಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಏಕೆ ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ ಲಿಥಿಯಂ{2}}ಅಯಾನ್ ಕೋಶಗಳು 250{5}}270 Wh/kg ನಡುವೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ, ಸ್ಮಾರ್ಟ್‌ಫೋನ್‌ಗಳು ಗಂಟೆಗಳ ಕಾಲ ಓಡಲು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳು ನೂರಾರು ಮೈಲುಗಳಷ್ಟು ಪ್ರಯಾಣಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಲೆಡ್-ಆಸಿಡ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಕೇವಲ 30-50 Wh/kg ಅನ್ನು ತಲುಪಿಸುತ್ತವೆ, ಅವುಗಳ ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚದ ಹೊರತಾಗಿಯೂ ಅವುಗಳನ್ನು ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಏಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ.

ಇತ್ತೀಚಿನ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳು ಈ ಗಡಿಗಳನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ತಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಘನ{1}}ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಲ್ಲಿರುವ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು 350 Wh/kg ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಭರವಸೆ ನೀಡುತ್ತವೆ, ಆದರೆ Amprius ನಂತಹ ಕಂಪನಿಗಳ ಸುಧಾರಿತ ಲಿಥಿಯಂ{3}}ಲೋಹದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ವಿಶೇಷ ವಿಮಾನಯಾನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ 400 Wh/kg ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿವೆ. ಈ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ತೂಕವನ್ನು ಸೇರಿಸದೆಯೇ ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಸಾಧನ ರನ್‌ಟೈಮ್ ಅಥವಾ ವಿಸ್ತೃತ ವಾಹನ ಶ್ರೇಣಿಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುವಾದಿಸುತ್ತವೆ.

ಬ್ಯಾಟರಿಗಳ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಹಲವಾರು ಅಂಶಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆ: ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಸ್ತುಗಳು, ಕೋಶ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ವಿನ್ಯಾಸ ದಕ್ಷತೆ. ನಿಕಲ್ -ಸಮೃದ್ಧ ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗಳು ಶಕ್ತಿಯ ಶೇಖರಣೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆನೋಡ್‌ಗಳು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಿನ್ಯಾಸದ ಆಯ್ಕೆಯು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಸೈಕಲ್ ಜೀವನ, ಸುರಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚದಂತಹ ಇತರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ನಡುವಿನ ವಿನಿಮಯವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ.

ಪಳೆಯುಳಿಕೆ ಇಂಧನಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿಗಳಿಗಿಂತ ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್ ಸರಿಸುಮಾರು 12,700 Wh/kg (46 MJ/kg) ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಡೀಸೆಲ್ 13,000 Wh/kg ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಯ ದಶಕಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಹೊರತಾಗಿಯೂ, ದ್ರವ ಇಂಧನಗಳು ವಾಯುಯಾನದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ದೀರ್ಘ-ಪ್ರಯಾಣ ಸಾರಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಏಕೆ ಪ್ರಬಲವಾಗಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಇದು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ತೂಕವು ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ.

ಹೈಡ್ರೋಜನ್ 33,300 Wh/kg-ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್‌ಗಿಂತ ಸುಮಾರು ಮೂರು ಪಟ್ಟು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ಪ್ರಕರಣವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅದರ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಒತ್ತಡದ ಸಂಕೋಚನ ಅಥವಾ ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಸಿಸ್ಟಮ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಸೇರಿಸುತ್ತದೆ. ನೈಸರ್ಗಿಕ ಅನಿಲವು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಆದರೆ ಭಾರೀ ಶೇಖರಣಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ.

ಪೌಷ್ಟಿಕಾಂಶದಲ್ಲಿ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಕ್ಯಾಲೋರಿಕ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ. ಕೊಬ್ಬುಗಳು ಸರಿಸುಮಾರು 38 kJ/g (9 Cal/g) ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತವೆ, 16{6}}17 kJ/g (4 Cal/g ಪ್ರತಿ) ಪ್ರೋಟೀನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಕಾರ್ಬೋಹೈಡ್ರೇಟ್‌ಗಳಿಗಿಂತ ಎರಡು ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚು. ಅಧಿಕ-ಕೊಬ್ಬಿನ ಆಹಾರಗಳು ಪ್ರತಿ ಗ್ರಾಂಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ಯಾಲೊರಿಗಳನ್ನು ಏಕೆ ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಇದು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ - ಮ್ಯಾಕ್ರೋನ್ಯೂಟ್ರಿಯಂಟ್‌ನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿದೆ.

ನೀರಿನ ಅಂಶವು ಆಹಾರದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನಾಟಕೀಯವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ನೀರು ಶಕ್ತಿಯ ಕೊಡುಗೆಯಿಲ್ಲದೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಸೇರಿಸುತ್ತದೆ. ತಾಜಾ ತರಕಾರಿಗಳು ಕೇವಲ 0.5-1 kJ/g ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು, ಆದರೆ ಒಣಗಿದ ಬೀಜಗಳು 25 kJ/g ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು, ಎರಡೂ ಸಸ್ಯ-ಆಧಾರಿತ ಆಹಾರಗಳಾಗಿದ್ದರೂ ಸಹ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನ ವಿನ್ಯಾಸವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ನಿರ್ಬಂಧಗಳ ಸುತ್ತ ಸುತ್ತುತ್ತದೆ. 250 Wh/kg ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ 75 kWh ಬ್ಯಾಟರಿ ಪ್ಯಾಕ್ 300 ಕೆಜಿ ತೂಗುತ್ತದೆ, ಇದು ವಾಹನದ ತೂಕದ ಸರಿಸುಮಾರು 15-20% ಅನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು 350 Wh/kg ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ಇದನ್ನು 214 ಕೆಜಿಗೆ ತಗ್ಗಿಸುತ್ತದೆ, ಪ್ರಯಾಣಿಕರ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಅಥವಾ ವಿಸ್ತೃತ ಶ್ರೇಣಿಗಾಗಿ 86 ಕೆಜಿಯನ್ನು ಮುಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ಈ ತೂಕ ಕಡಿತವು ವಾಹನ ವಿನ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ ಕ್ಯಾಸ್ಕೇಡ್ ಆಗುತ್ತದೆ. ಹಗುರವಾದ ವಾಹನಗಳಿಗೆ ವೇಗವರ್ಧನೆ ಮತ್ತು ಬೆಟ್ಟ ಹತ್ತುವಿಕೆಗೆ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಚಿಕ್ಕ ಮೋಟಾರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ದೃಢವಾದ ಅಮಾನತು ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು. ಆಟೋಮೋಟಿವ್ ಉದ್ಯಮವು 400-500 Wh/kg ಯ ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಗುರಿಯಾಗಿಸಿಕೊಂಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳನ್ನು ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್ ಕಾರುಗಳೊಂದಿಗೆ ತೂಕ-ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕವಾಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಶ್ರೇಣಿಗೆ 50-60 ಕೆಜಿ ಇಂಧನವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಸಾಗಿಸುವ ಅಗತ್ಯವಿದೆ.

ವಿಮಾನ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ನೌಕೆಗಳು ಇನ್ನೂ ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ. ಕಕ್ಷೆಗೆ ಎತ್ತುವ ಪ್ರತಿ ಕಿಲೋಗ್ರಾಮ್‌ಗೆ ಸಾವಿರಾರು ಡಾಲರ್‌ಗಳಷ್ಟು ಇಂಧನ ವೆಚ್ಚವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಉಪಗ್ರಹಗಳು ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ನೌಕೆಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳನ್ನು ಅತ್ಯಗತ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. NASAದ ಮಾರ್ಸ್ ರೋವರ್‌ಗಳು ಲಿಥಿಯಂ-ಅಯಾನ್ ಕೋಶಗಳನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ತಮ್ಮ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಯೋಜನೆ ಮತ್ತು ತೀವ್ರ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹತೆಗಾಗಿ ಬಳಸುತ್ತವೆ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಯುಯಾನ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಪ್ರಗತಿಯ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ ಲಿಥಿಯಂ{1}}ಐಯಾನ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಸಣ್ಣ ಡ್ರೋನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ{2}}ಶ್ರೇಣಿಯ ನಗರ ವಾಯು ಚಲನಶೀಲ ವಾಹನಗಳನ್ನು ಶಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ವಿಮಾನಗಳು ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯವಾಗಲು 500 Wh/kg ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಏರ್‌ಕ್ರಾಫ್ಟ್ ಅನ್ನು ಅನುಸರಿಸುವ ಕಂಪನಿಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ನಿಕಟವಾಗಿ ಮೇಲ್ವಿಚಾರಣೆ ಮಾಡುತ್ತವೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಸಣ್ಣ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಹೊಸ ವಿಮಾನ ವಿನ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಅನ್ಲಾಕ್ ಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಸ್ಮಾರ್ಟ್ಫೋನ್ ತಯಾರಕರು ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ವೇಗ ಮತ್ತು ಸುರಕ್ಷತೆಯಂತಹ ಇತರ ಅಂಶಗಳ ವಿರುದ್ಧ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸುತ್ತಾರೆ. ಆಧುನಿಕ ಫೋನ್‌ಗಳು ಸುಮಾರು 250-270 Wh/kg ಸೆಲ್‌ಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಇದು 150-200 ಗ್ರಾಂ ತೂಕದ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲಾ ದಿನದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ದೀರ್ಘ ಬ್ಯಾಟರಿ ಬಾಳಿಕೆ ಅಥವಾ ತೆಳುವಾದ, ಹಗುರವಾದ ವಿನ್ಯಾಸಗಳು-ಎರಡನ್ನೂ ಗ್ರಾಹಕರು ಮೌಲ್ಯೀಕರಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಲ್ಯಾಪ್‌ಟಾಪ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ನಿರ್ಬಂಧಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ ಆದರೆ ವಿಭಿನ್ನ ಆದ್ಯತೆಗಳೊಂದಿಗೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಲ್ಯಾಪ್‌ಟಾಪ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯು 300-400 ಗ್ರಾಂ ತೂಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು 50-100 Wh ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ, ಫೋನ್‌ಗಳಿಗೆ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಆದರೆ ವಿಭಿನ್ನ ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ದರಗಳು ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ಹೊಂದುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ವಿಭಿನ್ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಆಯಾಮಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು (W/kg) ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಎಷ್ಟು ಬೇಗನೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ತಲುಪಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಎಷ್ಟು ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಗಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಮೈಸ್ ಮಾಡಲಾದ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ತ್ಯಾಗ ಮಾಡುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಯಾಗಿ.

ಲಿಥಿಯಂ ಐರನ್ ಫಾಸ್ಫೇಟ್ (LFP) ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಈ ವಿನಿಮಯವನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಅವು ನಿಕಲ್ -ಉತ್ಕೃಷ್ಟ ಪರ್ಯಾಯಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು (120{2}}160 Wh/kg) ನೀಡುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಉತ್ತಮ ಸೈಕಲ್ ಜೀವನವನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ. ಪವರ್ ಟೂಲ್‌ಗಳು ಕಡಿಮೆ ರನ್‌ಟೈಮ್ ಅನ್ನು ಒದಗಿಸಿದರೂ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಮೋಟಾರ್ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗೆ ಸಾಕಷ್ಟು ಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ತಲುಪಿಸುವುದು ಒಟ್ಟು ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಆದ್ಯತೆಯನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ರಾಗೊನ್ ಕಥಾವಸ್ತುವು ಈ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಸಚಿತ್ರವಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ, ಒಂದು ಅಕ್ಷದ ಮೇಲೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದರ ಮೇಲೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಭಿನ್ನ ಬ್ಯಾಟರಿ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರದೇಶಗಳನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ, ಯಾವುದೇ ಒಂದು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಎರಡರಲ್ಲೂ ಉತ್ತಮವಾಗಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ತಮ್ಮ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳಿಗೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಬೇಕು-ದೀರ್ಘ ಅವಧಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ, ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಸ್ಫೋಟಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ ಅಥವಾ ಮಿಶ್ರ ಬಳಕೆಗಾಗಿ ರಾಜಿ ವಿನ್ಯಾಸಗಳನ್ನು.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಕೇವಲ ಒಂದು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೆಟ್ರಿಕ್ ಅನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಅಸಾಧಾರಣವಾದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಕಳಪೆ ಸೈಕಲ್ ಜೀವನ, ಸುರಕ್ಷತೆ ಕಾಳಜಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚ ಅಥವಾ ಸೀಮಿತ ತಾಪಮಾನದ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸಬಹುದು. ಲಿಥಿಯಂ-ಸಲ್ಫರ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ (650 Wh/kg) ಆದರೆ ಸಲ್ಫರ್ ವಿಸರ್ಜನೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಚಕ್ರದ ಜೀವನದೊಂದಿಗೆ ವಾಣಿಜ್ಯೀಕರಣವನ್ನು ತಡೆಯುವ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ.

ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ. ರಕ್ಷಣಾತ್ಮಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳು, ಕೂಲಿಂಗ್ ಸಿಸ್ಟಂಗಳು ಮತ್ತು ರಚನಾತ್ಮಕ ಅಂಶಗಳಿಂದ ಅಧಿಕ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಿಂದಾಗಿ ಸೆಲ್-ಮಟ್ಟದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ಯಾಕ್{2}}ಮಟ್ಟದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಮೀರುತ್ತದೆ. 270 Wh/kg ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುವ ಕೋಶವು ಪ್ಯಾಕ್ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 180-200 Wh/kg ಅನ್ನು ತಲುಪಿಸಬಹುದು-ಸಿಸ್ಟಮ್ ವಿನ್ಯಾಸಕರಿಗೆ ಇದು ನಿರ್ಣಾಯಕ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಾಗಿದೆ.

ತಾಪಮಾನವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಶೀತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳು ಚಳಿಗಾಲದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ ಏಕೆಂದರೆ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ತಮ್ಮ ಸಂಪೂರ್ಣ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನೀಡಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.

Specific Energy

ಸಂಶೋಧನೆಯು ಅನೇಕ ವಿಧಾನಗಳ ಮೂಲಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿಕಲ್ ಅಂಶವಿರುವ ಲಿಥಿಯಂ-ನಿಕಲ್-ಮ್ಯಾಂಗನೀಸ್-ಕೋಬಾಲ್ಟ್{4}}ಆಕ್ಸೈಡ್ (NMC) ನಂತಹ ಸುಧಾರಿತ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ಧನಾತ್ಮಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಗ್ರಹವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್{6}}ಆಧಾರಿತ ಆನೋಡ್‌ಗಳು ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಲಿಥಿಯಂ ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತವೆ, ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ. ಸಂಯೋಜಿತ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಜಯಿಸಲು ಸಂಶೋಧಕರು ಕೆಲಸ ಮಾಡುವಾಗ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರಗತಿಯು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಘನ-ಸ್ಟೇಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ಗಳು ಲಿಥಿಯಂ ಮೆಟಲ್ ಆನೋಡ್‌ಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ ಗಣನೀಯ ಲಾಭಗಳನ್ನು ಭರವಸೆ ನೀಡುತ್ತವೆ, ಇದು ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್‌ಸ್ಕೇಪ್, ಸಾಲಿಡ್ ಪವರ್ ಮತ್ತು ಸ್ಯಾಮ್‌ಸಂಗ್ ಸೇರಿದಂತೆ ಕಂಪನಿಗಳು 400-500 Wh/kg ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಗುರಿಯಾಗಿಸಿಕೊಂಡು ವಾಣಿಜ್ಯೀಕರಣವನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತವೆ. ಯಶಸ್ಸು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳು ಮತ್ತು ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ.

ಲಿಥಿಯಂ-ಗಾಳಿ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ ಆದಾಗ್ಯೂ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಸ್ಥಿರತೆ, ಇಂಗಾಲದ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಮತ್ತು ಸೀಮಿತ ಚಕ್ರ ಜೀವನ ಸೇರಿದಂತೆ ಹಲವಾರು ತಾಂತ್ರಿಕ ಅಡಚಣೆಗಳು ಅವುಗಳನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯಗಳಿಗೆ ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಲಿಥಿಯಂ{7}}ಗಾಳಿ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ವರ್ಷಗಳು ಅಥವಾ ದಶಕಗಳಷ್ಟು ದೂರದಲ್ಲಿವೆ.

ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲುಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಯಾವುವುಮತ್ತು ಅವರು ಆಧುನಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಗ್ರಹಣೆಯಲ್ಲಿ ಏಕೆ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿದ್ದಾರೆ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ರಮುಖ ಉತ್ತರವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. 1990 ರ ದಶಕದಲ್ಲಿ ಲಿಥಿಯಂ -ಐಯಾನ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಆರಂಭಿಕ ಸೋನಿ ಸೆಲ್‌ಗಳಲ್ಲಿ 120 Wh/kg ನಿಂದ ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತ ವಿನ್ಯಾಸಗಳಲ್ಲಿ 270 Wh/kg ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಿದೆ-ಮೂರು ದಶಕಗಳಲ್ಲಿ ದ್ವಿಗುಣಗೊಂಡಿದೆ.

ವಿವಿಧ ರೀತಿಯ ಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ತಮ್ಮ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಫೋನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಲಿಥಿಯಂ ಕೋಬಾಲ್ಟ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ (LCO) ಕೋಶಗಳು ಅತ್ಯಧಿಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಸೀಮಿತ ಸೈಕಲ್ ಜೀವನ ಮತ್ತು ಸುರಕ್ಷತೆಯ ಕಾಳಜಿಗಳೊಂದಿಗೆ. ಲಿಥಿಯಂ ಐರನ್ ಫಾಸ್ಫೇಟ್ (LFP) ಸುರಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ದೀರ್ಘಾಯುಷ್ಯಕ್ಕಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ವ್ಯಾಪಾರ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಹೊರತಾಗಿಯೂ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಬಸ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರ ಸಂಗ್ರಹಣೆಗೆ ಆದ್ಯತೆ ನೀಡುತ್ತದೆ.

ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಪುಶ್ ವಸ್ತು ಸಂಶೋಧನೆಗೆ ಚಾಲನೆ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಜೀವಕೋಶದ ತೂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹಗುರವಾದ, ಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿಯ-ದಟ್ಟವಾದ ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವುದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು-ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಂಗ್ರಹಕಾರರು, ವಿಭಜಕಗಳು, ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್-ಸಂಗ್ರಹಿಸಿದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡದೆಯೇ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಆಧುನಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳು ಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚು ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿವೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ EV ಬ್ಯಾಟರಿ ಪ್ಯಾಕ್ 50-100 kWh ಅನ್ನು 250-270 Wh/kg ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ತೂಕವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದಾದಂತೆ 200-400 ಮೈಲುಗಳ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಶಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು 350-400 Wh/kg ಕಡೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಶ್ರೇಣಿಯು ಪ್ರಮಾಣಾನುಗುಣವಾಗಿ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ತೂಕ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ವಾಹನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಸ್ಮಾರ್ಟ್‌ಫೋನ್‌ಗಳು, ಲ್ಯಾಪ್‌ಟಾಪ್‌ಗಳು, ಟ್ಯಾಬ್ಲೆಟ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಧರಿಸಬಹುದಾದ ವಸ್ತುಗಳು ಲಿಥಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ಅಥವಾ ಲಿಥಿಯಂ{2}}ಪಾಲಿಮರ್ ಕೋಶಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅವುಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಕಾಂಪ್ಯಾಕ್ಟ್, ಹಗುರವಾದ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಕಷ್ಟು ರನ್‌ಟೈಮ್ ಅನ್ನು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ. ಲಿಥಿಯಂ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಪ್ರಯೋಜನಗಳಿಲ್ಲದೆ, ಆಧುನಿಕ ಮೊಬೈಲ್ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಅಸಾಧ್ಯ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗೆ (Wh/kg) ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ (Wh/L). ವಿಮಾನ ಅಥವಾ ಬ್ಯಾಕ್‌ಪ್ಯಾಕ್‌ಗಳಂತಹ-ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಗೆ ಆದ್ಯತೆ ನೀಡುವ{2}}ತೂಕವು ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು. ಸ್ಥಳಾವಕಾಶವು ಸೀಮಿತವಾಗಿರುವ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು-ಸ್ಥಿರ ಆವರಣಗಳಲ್ಲಿ ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್‌ನಂತೆ-ಆಗಾಗ್ಗೆ ಬದಲಿಗೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಆದ್ಯತೆ ನೀಡುತ್ತವೆ.

ವಾಣಿಜ್ಯ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳಲ್ಲಿ, ನಿಕಲ್ -ಸಮೃದ್ಧ ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಸುಧಾರಿತ ಲಿಥಿಯಂ{0}}ಐಯಾನ್ ಕೋಶಗಳು ಪ್ರಸ್ತುತ 250-300 Wh/kg ನಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಧಿಕ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಘನ-ಸ್ಟೇಟ್ ಲಿಥಿಯಂ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ 400-500 Wh/kg ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿವೆ. ಲಿಥಿಯಂ-ಗಾಳಿಯ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ 11,140 Wh/kg ತಲುಪುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಬಳಕೆಯಿಂದ ದೂರ ಉಳಿದಿವೆ.

ವಾಯುಮಂಡಲದ ಆಮ್ಲಜನಕದೊಂದಿಗೆ ದಹನದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳಲ್ಲಿ ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ. ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಿಸದ ಕಾರಣ, ಅದರ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಹೆಚ್ಚು (12,700 Wh/kg) ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಇಂಧನ ಮತ್ತು ಆಕ್ಸಿಡೈಸರ್ ಎರಡನ್ನೂ ಸಾಗಿಸಬೇಕು, ಅವುಗಳ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸಬೇಕು. ಪಳೆಯುಳಿಕೆ ಇಂಧನ ಶಕ್ತಿ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿಸಲು ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಏಕೆ ಹೆಣಗಾಡುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಈ ಮೂಲಭೂತ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ.

ಅನಿವಾರ್ಯವಲ್ಲ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಕೇವಲ ಒಂದು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಆಯಾಮವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಕಳಪೆ ಸೈಕಲ್ ಜೀವನ, ಸುರಕ್ಷತೆಯ ಅಪಾಯಗಳು, ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚಗಳು ಅಥವಾ ಸೀಮಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು. ಉತ್ತಮ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಅಗತ್ಯತೆಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆ-ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಕಡಿಮೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ವಿನ್ಯಾಸಗಳು ಇತರ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿನ ಉತ್ತಮ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದಾಗಿ ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ ಉತ್ತಮವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯಲು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ಪರೀಕ್ಷಾ ವಿಧಾನಗಳ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಗಳಿಗಾಗಿ, ಸ್ಟ್ಯಾಂಡರ್ಡ್ ಪ್ರೋಟೋಕಾಲ್‌ಗಳು ಸೆಲ್ ಅನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡುವುದನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ, ನಂತರ ವಿತರಿಸಲಾದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಳೆಯುವಾಗ ಅದನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ದರದಲ್ಲಿ ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಜೀವಕೋಶದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಿಂದ ಭಾಗಿಸುವುದರಿಂದ Wh/kg ನಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ.

ಅನೇಕ ಸಂಸ್ಥೆಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮಾಪನಕ್ಕಾಗಿ ಮಾನದಂಡಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ. ಇಂಟರ್ನ್ಯಾಷನಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಟೆಕ್ನಿಕಲ್ ಕಮಿಷನ್ (IEC) ತಯಾರಕರಾದ್ಯಂತ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಖಾತ್ರಿಪಡಿಸುವ ಪರೀಕ್ಷಾ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಪ್ರಕಟಿಸುತ್ತದೆ. ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ದರ, ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷಾ ವಿಧಾನದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಬದಲಾಗಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಹೋಲಿಸಲು ಪರೀಕ್ಷಾ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಅಗತ್ಯವಿದೆ.

ಸೆಲ್-ಮಟ್ಟದ ಅಳತೆಗಳು ಪ್ಯಾಕ್{1}}ಮಟ್ಟದ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಂದ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಭಿನ್ನವಾಗಿವೆ. ಬ್ಯಾಟರಿ ಪ್ಯಾಕ್‌ಗಳು ನಿರ್ವಹಣಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್, ಕೂಲಿಂಗ್ ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸದೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ರಚನಾತ್ಮಕ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ. ಪ್ಯಾಕ್-ಮಟ್ಟದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸೆಲ್-ಲೆವೆಲ್ ಮೌಲ್ಯಗಳಲ್ಲಿ 65-75% ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವಾಗ ಸಿಸ್ಟಮ್ ವಿನ್ಯಾಸಕರು ಈ ಕಡಿತವನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬೇಕು.

Specific Energy

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಮೂಲಭೂತ ವಸ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಗತಿಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಊಹಿಸಬಹುದಾದ ಪಥವನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತವೆ. ಸಂಶೋಧಕರು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಸೂತ್ರೀಕರಣಗಳನ್ನು ಉತ್ತಮಗೊಳಿಸುವುದರಿಂದ, ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ವಸ್ತುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆಗೊಳಿಸುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದನಾ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುವುದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಲಾಭಗಳು ಮುಂದುವರಿಯುತ್ತವೆ. ವಿಕಸನೀಯ ಸುಧಾರಣೆಗಳ ಮೂಲಕ ಮುಂದಿನ ದಶಕದಲ್ಲಿ ಲಿಥಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು 350-400 Wh/kg ತಲುಪುತ್ತದೆ ಎಂದು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪ್ರಕ್ಷೇಪಗಳು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ.

ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಿ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಗೆ ಹೊಸ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ತಾಂತ್ರಿಕ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಿದರೆ ಘನ-ಸ್ಟೇಟ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು 400-500 Wh/kg ಗೆ ಜಿಗಿಯಬಹುದು. ಲಿಥಿಯಂ -ಸಲ್ಫರ್ ಮತ್ತು ಲಿಥಿಯಂ{7}}ಗಾಳಿ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಭರವಸೆ ನೀಡುತ್ತವೆ ಆದರೆ ಗಣನೀಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಅಡೆತಡೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ. ಸೋಡಿಯಂ-ಐಯಾನ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ, ಆರ್ಥಿಕತೆಗಿಂತ ತೂಕವು ಕಡಿಮೆ ಇರುವ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ಗುರಿಯಾಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಪ್ರಭಾವವು ಸ್ಪಷ್ಟವಾದ ಅನ್ವಯಗಳನ್ನು ಮೀರಿ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತದೆ. ಗ್ರಿಡ್-ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಗ್ರಹಣೆಯು ಬ್ಯಾಟರಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಸುಧಾರಿಸುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚು ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ. ಪೋರ್ಟಬಲ್ ವೈದ್ಯಕೀಯ ಸಾಧನಗಳು ಶುಲ್ಕಗಳ ನಡುವೆ ಸುದೀರ್ಘ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತವೆ. ರನ್ಟೈಮ್ ಅನ್ನು ತ್ಯಾಗ ಮಾಡದೆಯೇ ವಿದ್ಯುತ್ ಉಪಕರಣಗಳು ಹಗುರವಾಗುತ್ತವೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಸುಧಾರಣೆಯು ಹಲವಾರು ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೊಸ ಸಾಧ್ಯತೆಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾರಿಗೆಗಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಪಳೆಯುಳಿಕೆ ಇಂಧನಗಳ ವಿರುದ್ಧ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳ ತೂಕ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚದ ದಂಡವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಅಳವಡಿಕೆಗೆ ಚಾಲನೆ ನೀಡುತ್ತವೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ 50 Wh/kg ಹೆಚ್ಚಳವು ಸರಿಸುಮಾರು 15-20% ಹೆಚ್ಚು ವಾಹನ ಶ್ರೇಣಿ ಅಥವಾ ಸಮಾನವಾದ ತೂಕ ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಅನುವಾದಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಲನಶೀಲತೆಗೆ ಪರಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಆಟೋಮೋಟಿವ್ ಉದ್ಯಮವು 400 Wh/kg ಅನ್ನು ಮಿತಿಯಂತೆ ವೀಕ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಲ್ಲಾ ಮಾರುಕಟ್ಟೆ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಾಹನಗಳೊಂದಿಗೆ ತೂಕ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನಗಳನ್ನು ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.

ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಅದರ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಇಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು, ವಿನ್ಯಾಸಕರು ಮತ್ತು ಗ್ರಾಹಕರು ಶಕ್ತಿಯ ಶೇಖರಣಾ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಬಗ್ಗೆ ತಿಳುವಳಿಕೆಯುಳ್ಳ ನಿರ್ಧಾರಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೊಸ ಉತ್ಪನ್ನಕ್ಕಾಗಿ ಬ್ಯಾಟರಿ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಆಯ್ಕೆಮಾಡುವುದು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ವಾಹನ ಶ್ರೇಣಿಯ ಹಕ್ಕುಗಳನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡುವುದು ಅಥವಾ ಕೆಲವು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಮೀರಿ ಏಕೆ ಉಳಿಯುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯು ಅಗತ್ಯ ಸಂದರ್ಭವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಸಂಶೋಧನೆಯು ಈ ಮೆಟ್ರಿಕ್ ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ತಳ್ಳಿದಂತೆ, ಹಿಂದೆ ಅಸಾಧ್ಯವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತವೆ, ಆಧುನಿಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ ಸಂಗ್ರಹಣೆಯ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ.