सोडियम-सल्फर बैटरी: पाँच धातुओं की ऑक्साइड परत

विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी / ऊर्जा-भंडारण (मुख्य परीक्षा: सामान्य अध्ययन-III) | समाचार संदर्भ: 12 अक्टूबर 2026 | अध्ययन: जर्नल ऑफ पावर सोर्सेज, खंड 696, लेख 241465; अंक की तिथि 30 दिसंबर 2026 | प्रकाशित: 24 अक्टूबर 2026

खबरों में क्यों

बैटरी में ऊर्जा संग्रह करने वाला पदार्थ यदि इलेक्ट्रोलाइट (आयनों को ले जाने वाला माध्यम) में घुलकर दूसरे इलेक्ट्रोड (बैटरी के विद्युत-संपर्क वाले सक्रिय भाग) तक पहुँचने लगे, तो अधिक सैद्धांतिक क्षमता भी उपयोगी बैटरी की गारंटी नहीं होती। कमरे के तापमान वाली सोडियम-सल्फर बैटरी इसी समस्या से जूझती है। आईआईटी मद्रास के शोधकर्ताओं ने पाँच धातुओं वाला एक ऑक्साइड बीच की परत के रूप में लगाकर इस रिसाव को सीमित करने और अभिक्रियाओं को गति देने का तरीका प्रस्तुत किया है। प्रयोगशाला की कॉइन-सेल में शुरुआती प्रतिवर्ती विशिष्ट क्षमता 0.1 C दर पर 998 मिलीऐम्पियर-घंटा प्रति ग्राम रही। अलग चक्रण परीक्षण में 0.2 C पर 200 चक्रों के बाद क्षमता-प्रतिधारण 93.2 प्रतिशत बताया गया। ये अलग परिस्थितियों के आँकड़े हैं, इन्हें एक ही परीक्षण का आरंभ और अंत न समझें। अध्ययन के लेखक वाई. साई स्वरूप सरमा, तनवीर अंसारी, मनु जायसवाल, सुंदरा रामप्रभु और एस. एस. भट्टाचार्य हैं।

12 अक्टूबर की विज्ञान-समाचार रिपोर्ट ने इस शोध को सोडियम-सल्फर बैटरी की एक बाधा से निपटने वाले भारतीय प्रयास के रूप में सामने रखा। मूल योगदान कोई तैयार वाहन-बैटरी नहीं, बल्कि कार्यशील सामग्री और सेल के भीतर उसकी भूमिका की परख है। ऊर्जा संक्रमण में नई बैटरी-रसायनिकी का मूल्य केवल अधिक क्षमता से नहीं तय होगा। उपलब्ध कच्चा माल, निर्माण-लागत, सुरक्षा, लंबा जीवन और बड़े आकार में प्रदर्शन भी आवश्यक हैं। यह अध्ययन दिखाता है कि पदार्थ की संरचना बदलकर घुलनशील मध्यवर्ती उत्पादों की आवाजाही नियंत्रित करने का प्रयास कैसे किया जा सकता है। नीति-दृष्टि से इसे लिथियम का तत्काल विकल्प घोषित करने के बजाय ऊर्जा-भंडारण अनुसंधान के विविधीकरण का उदाहरण मानना अधिक उचित है।

पृष्ठभूमि: सोडियम-सल्फर में ‘शटल प्रभाव’

इस बैटरी में चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान सल्फर अलग-अलग सोडियम यौगिकों में बदलता है। बीच में बनने वाले कुछ सोडियम पॉलीसल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं। सांद्रता के अंतर के कारण वे सोडियम-धातु एनोड (ऋण इलेक्ट्रोड) की ओर फैल सकते हैं, वहाँ बदल सकते हैं और फिर कैथोड (धन इलेक्ट्रोड) की ओर लौट सकते हैं। इसी अनचाही आवाजाही को शटल प्रभाव कहते हैं। इससे सक्रिय पदार्थ का उपयोग घटता है, चार्ज की दक्षता प्रभावित होती है और बार-बार चक्रण पर क्षमता कम हो सकती है। दूसरी बाधाएँ भी हैं: सल्फर तथा अंतिम डिस्चार्ज उत्पाद की कम इलेक्ट्रॉनिक चालकता और अभिक्रिया के दौरान आयतन का बढ़ना। इसलिए केवल शटल प्रभाव घट जाने से सभी समस्याएँ खत्म नहीं होतीं।

कार्बन-आधारित ढाँचे इलेक्ट्रॉन पहुँचाने और पदार्थ को रखने में मदद करते हैं, पर मूल पेपर के परिचय के अनुसार उनका केवल भौतिक घेराव लंबे समय तक घुलनशील पॉलीसल्फाइड रोकने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता। इसीलिए शोधकर्ता ऐसी ध्रुवीय सतहें और उत्प्रेरक खोजते हैं जो इन यौगिकों को रासायनिक रूप से बाँधें तथा उनके रूपांतरण में सहायता दें। नई परत इसी दिशा में एक प्रयोग है, शटल प्रभाव की पहली पहचान या उसका एकमात्र संभव समाधान नहीं।

तरीका: पाँच धातुओं की एक ऑक्साइड परत

टीम ने कोबाल्ट, ताँबा, मैग्नीशियम, निकेल और जस्ता वाला रॉकसॉल्ट उच्च-एन्ट्रॉपी ऑक्साइड बनाया। इसका सूत्र (Co,Cu,Mg,Ni,Zn)O और संक्षिप्त नाम R-HEO है। यहाँ रॉकसॉल्ट क्रिस्टल संरचना का नाम है; इसका अर्थ यह नहीं कि साधारण खाने का नमक बैटरी में लगा दिया गया। उच्च-एन्ट्रॉपी ऑक्साइड में एक क्रिस्टल व्यवस्था के स्थानों पर कई प्रकार के धनायन (धन आवेश वाले आयन) मौजूद होते हैं। उनके आकार और रासायनिक गुणों के अंतर से स्थानीय विकृति तथा अलग-अलग सक्रिय स्थल बन सकते हैं। इसे हर मिश्रण के अच्छे प्रदर्शन की सार्वभौमिक गारंटी नहीं मानना चाहिए।

पेपर के उपलब्ध परिचय और निष्कर्ष-अंश के अनुसार सामग्री बनाने में रिवर्स सह-अवक्षेपण विधि (घोल से धातु-युक्त पदार्थों को साथ अवक्षेप के रूप में बनाना) अपनाई गई और बाद में 1000 डिग्री सेल्सियस पर कैल्सिनेशन (ऊँचे तापमान पर गरम करके ऑक्साइड बनाना) किया गया। औसत कण आकार 1.56 ± 0.68 माइक्रोमीटर बताया गया है। समाचार-रिपोर्ट के विवरण में ऑक्साइड को लचीले कार्बन कपड़े पर लगाकर कैथोड और सेपरेटर (दोनों इलेक्ट्रोडों को सीधे छूने से रोकने वाली परत) के बीच रखने की बात है। मूल परिचय में अम्ल और ऊष्मा से उपचारित कार्बन नैनोट्यूब-सल्फर मिश्रित कैथोड तथा कॉइन-सेल निर्माण का उल्लेख है। संश्लेषण का ऊँचा तापमान और बैटरी का कमरे के तापमान पर संचालन दो अलग बातें हैं।

मिला क्या: क्षमता के साथ रासायनिक संकेत

मूल सार में 998 मिलीऐम्पियर-घंटा प्रति ग्राम की शुरुआती प्रतिवर्ती विशिष्ट क्षमता 0.1 C पर दी गई है। 93.2 प्रतिशत प्रतिधारण का आँकड़ा 200 चक्र और 0.2 C से जुड़ा है। C दर चार्ज या डिस्चार्ज की गति को संदर्भ क्षमता से जोड़ने का तरीका है; कम दर पर अच्छा परिणाम अधिक तेज उपयोग में उसी प्रदर्शन का प्रमाण नहीं होता। प्रति ग्राम विशिष्ट क्षमता को पूरी बैटरी के पैक की ऊर्जा-घनता समझना भी गलत होगा। पैक में इलेक्ट्रोलाइट, सेपरेटर, धारा-संग्राहक, खोल और अन्य हिस्सों का भार जुड़ता है।

टीम ने एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और फूरियर-ट्रांसफॉर्म अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी से परत तथा पॉलीसल्फाइड की अंतःक्रिया जाँची। घनत्व-फलन सिद्धांत (इलेक्ट्रॉन-घनत्व के आधार पर पदार्थ के गुणों की गणना की विधि) की गणनाएँ भी इस्तेमाल हुईं। लेखकों के अनुसार सतह पर अधिशोषण और पॉलीथायोनेट कॉम्प्लेक्स (सल्फर-ऑक्सीजन वाले रासायनिक समूह) बनना घुलनशील उत्पादों को बाँधने तथा अभिक्रिया की गति बढ़ाने में योगदान देते हैं। अधिशोषण में पदार्थ सतह पर जुड़ता है; इसे पूरे पदार्थ के भीतर अवशोषण के समान न समझें। गणनाओं में अनुकूल अधिशोषण मिलना तंत्र की व्याख्या को सहारा देता है, लेकिन वह अपने आप किसी बड़े व्यावसायिक सेल की उम्र या लागत नहीं बताता।

सीमाएँ और सावधानियाँ

पहली सीमा पैमाने की है: परिणाम कॉइन-सेल के हैं, वाहन या ग्रिड के बड़े पैक के नहीं। दूसरी, 200 चक्र उपयोगी शुरुआती प्रमाण हैं, पर वर्षों के वास्तविक उपयोग का प्रमाण नहीं। तीसरी, क्षमता और प्रतिधारण अलग दरों पर मापे गए; दर, इलेक्ट्रोड भार तथा इलेक्ट्रोलाइट जैसी परिस्थितियों के बिना दूसरे अध्ययनों से सीधी रैंकिंग न करें। चौथी, यह अतिरिक्त परत है; इसकी निर्माण-समानता, भार और प्रसंस्करण-लागत भी बड़े सेल में महत्व रखेंगे। पाँचवीं, सोडियम और सल्फर की उपलब्धता से पूरी तकनीक स्वतः सस्ती या सुरक्षित सिद्ध नहीं होती। मिश्रित ऑक्साइड में कोबाल्ट और निकेल भी हैं, इसलिए सामग्री-चयन का आपूर्ति तथा पर्यावरण पक्ष अलग से परखना होगा।

छठी, तंत्र की व्याख्या प्रयोग और गणना के मेल से बनी है; इसे सभी पॉलीसल्फाइडों का हर स्थिति में पूर्ण निषेध न लिखें। सातवीं, अध्ययन के उपलब्ध परिणाम में व्यावसायिक उत्पादन-लागत, पैक-स्तरीय सुरक्षा या लंबे बाहरी प्रदर्शन की पुष्टि नहीं है। आठवीं, प्रकाशन की तारीख की परतें अलग हैं: समाचार अक्टूबर का है, जबकि पत्रिका का अंक दिसंबर का दिखता है। इस लेख में किसी अप्रमाणित ऑनलाइन-प्रथम दिनांक को अंतिम तथ्य नहीं बनाया गया है।

आगे की राह

अगली परख अधिक व्यावहारिक परिस्थितियों में होनी चाहिए: अधिक सक्रिय पदार्थ वाला इलेक्ट्रोड, सीमित इलेक्ट्रोलाइट, बड़े सेल और लंबे चक्रण में क्या लाभ बना रहता है? परत कितनी समान बनती है और उसकी मोटाई या जोड़ने की प्रक्रिया बदलने से क्या परिणाम बदलते हैं? तुलनात्मक परीक्षण में बिना परत और दूसरे उपलब्ध अवरोधकों के मुकाबले लाभ कितना है? निर्माण की ऊर्जा-खपत, सामग्री की लागत, पुनर्चक्रण और सुरक्षा की जाँच भी आवश्यक होगी। ये आगे पूछे जाने वाले मूल्यांकन-प्रश्न हैं, इस पेपर में पूरे हो चुके कार्यक्रमों की सूची नहीं।

तिथियों का क्रम

समाचार-रिपोर्ट 12 अक्टूबर 2026 की है। मूल पत्रिका-पृष्ठ खंड 696 के लिए 30 दिसंबर 2026 दिखाता है; क्रॉसरेफ का प्रिंट मेटाडेटा दिसंबर 2026 देता है। लेख संख्या 241465 और DOI 10.1016/j.jpowsour.2026.241465 है। ऑनलाइन-प्रथम प्रकाशन का स्वतंत्र स्पष्ट दिनांक उपलब्ध जाँच से तय नहीं हुआ, इसलिए किसी संकलक की सितंबर तिथि नहीं अपनाई गई। समाचार आने की तिथि, ऑनलाइन उपलब्धता और अंक की तिथि एक ही घटना नहीं हैं। वर्तमान हिंदी लेख की तिथि 24 अक्टूबर 2026 है।

पाठक के लिए संदर्भ-बिंदु

चार भेद याद रखें: कमरे के तापमान पर संचालन बनाम सामग्री बनाने का तापमान; विशिष्ट क्षमता बनाम पूरे पैक की ऊर्जा-घनता; सतह पर अधिशोषण बनाम भीतर अवशोषण; और प्रयोगशाला की चक्रण-स्थिरता बनाम व्यावसायिक उपयोग-जीवन। यह शोध सामग्री-विज्ञान, विद्युत-रसायन और ऊर्जा नीति का संगम है। सार्वजनिक अनुसंधान का मूल्य तत्काल बाजार-उत्पाद तक सीमित नहीं, पर मूल वैज्ञानिक उपलब्धि और बाजार के वादे को अलग रखना जरूरी है।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न

स्रोत

मूल अध्ययन: जर्नल ऑफ पावर सोर्सेज; क्रॉसरेफ मेटाडेटा; रिसर्च मैटर्स रिपोर्ट; आईआईटी मद्रास शोधकर्ता की प्रकाशन-सूची।

इस लेख को डाउनलोड करें: PDF

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

संक्षिप्त उत्तर: इस बैटरी में चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान सल्फर अलग-अलग सोडियम यौगिकों में बदलता है। बीच में बनने वाले कुछ सोडियम पॉलीसल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं।

प्रश्न: सोडियम-सल्फर बैटरी में शटल प्रभाव क्या है?

इस बैटरी में चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान सल्फर अलग-अलग सोडियम यौगिकों में बदलता है। बीच में बनने वाले कुछ सोडियम पॉलीसल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं।

प्रश्न: R-HEO में कौन-सी धातुएँ शामिल हैं?

टीम ने कोबाल्ट, ताँबा, मैग्नीशियम, निकेल और जस्ता वाला रॉकसॉल्ट उच्च-एन्ट्रॉपी ऑक्साइड बनाया। इसका सूत्र (Co,Cu,Mg,Ni,Zn)O और संक्षिप्त नाम R-HEO है।

प्रश्न: कार्बन-आधारित ढाँचों के साथ नई परत की जरूरत क्यों है?

कार्बन-आधारित ढाँचे इलेक्ट्रॉन पहुँचाने और पदार्थ को रखने में मदद करते हैं, पर मूल पेपर के परिचय के अनुसार उनका केवल भौतिक घेराव लंबे समय तक घुलनशील पॉलीसल्फाइड रोकने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता। इसीलिए शोधकर्ता ऐसी ध्रुवीय सतहें और उत्प्रेरक खोजते हैं जो इन यौगिकों को रासायनिक रूप से बाँधें तथा उनके रूपांतरण में सहायता दें।

PCSMANTRA संपादकीय टीम

शोध और संपादन

हम UPSC, राज्य PCS, PCS-J और अन्य प्रतियोगी परीक्षाओं के लिए हिंदी और अंग्रेज़ी में सामयिक घटनाओं का विश्लेषण, परीक्षा-अपडेट और अध्ययन-सामग्री तैयार करते हैं। हर लेख आधिकारिक स्रोतों से सत्यापित कर प्रकाशित किया जाता है; स्रोत प्रत्येक लेख के अंत में दिए जाते हैं।

हमारी संपादकीय नीति पढ़ें