توانائی چگالی اور عالی شرح بیٹریاں: وہ کیوں اتنی مہم ہیں؟

انرژی گہرائی کے ذریعے عالی ریٹ بیٹریوں کی سمجھ

جب ہم توانائی کی کثافت کی بات کرتے ہیں، تو دراصل ہم یہ دیکھ رہے ہوتے ہیں کہ کتنی توانائی کو کسی دی گئی جگہ یا وزن میں سمویا جا سکتا ہے۔ یہ بیٹری کی کارکردگی کا جائزہ لینے میں بہت اہمیت رکھتا ہے کیونکہ یہ ہمیں یہ بتاتا ہے کہ بیٹری درحقیقت کتنی اچھی ہے۔ زیادہ تر لوگ اسے ویٹ گھنٹوں فی لیٹر (Wh/L) یا فی کلوگرام (Wh/kg) کے حساب سے ناپتے ہیں، اس بات پر منحصر کہ انہیں سائز یا وزن کی پابندیوں سے زیادہ دلچسپی ہے۔ یہاں زیادہ تعداد عام طور پر بہتر کارکردگی کی نشاندہی کرتی ہے، جس کی تصدیق تحقیق کاروں نے وقتاً فوقتاً ٹیسٹنگ کے ذریعے کی ہے۔ مثال کے طور پر نئے لیتھیم بیٹری پروٹو ٹائپس لے لو جو تقریباً 700 Wh/kg کے نشان کو چھو رہے ہیں - اس قسم کی قدریں کچھ بہت دلچسپ ترقی کے مواقع کھولتی ہیں، خاص طور پر ان شعبوں میں جہاں وزن کی بچت سب کچھ طے کرتی ہے، جیسے کہ طیارہ سازی کے ڈیزائن میں۔ البتہ، ان پروٹو ٹائپس کو لیب سے نکال کر حقیقی مصنوعات میں تبدیل کرنا ایک الگ چیلنج ہی ہے۔

انرجی کثافت صرف اس بات سے کہیں زیادہ اہمیت رکھتی ہے کہ بیٹریاں کتنی کارآمد ہیں۔ یہ دراصل ہر چیز پر اثر انداز کرتی ہے، خواہ وہ بیٹری میں موجود طاقت کی مقدار ہو، اس کا وزن وحجم ہو، یا پھر مختلف حالات میں اس کی کارکردگی ہو۔ مثال کے طور پر لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4) بیٹریوں کا ذکر کر لیتے ہیں، یہ دیگر اقسام کے مقابلے میں ہلکی اور کم جگہ لینے والی ہوتی ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ یہ برقی گاڑیوں میں بہتر کام کرتی ہیں، جہاں ہر انچ کی قیمت ہوتی ہے اور بھاری بیٹریاں سامان کی جگہ کو کم کر دیتی ہیں۔ کاروں کی بات کریں تو زیادہ انرجی کثافت کا مطلب ہے کہ ڈرائیور کو بار بار چارج کرنے کی ضرورت نہیں پڑتی، نہ کہ گاڑی کو بڑا یا بھاری بنانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ روزمرہ کے سفر کرنے والے افراد کے لیے بھی مناسب ہے، ساتھ ہی ساتھ کمپنیوں کے لیے بھی جو ڈیلیوری ٹرکس کے بیڑے چلاتی ہیں۔ اسی اصول کا اطلاق ان مقامات پر بھی ہوتا ہے جہاں بڑی مقدار میں توانائی ذخیرہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے شمسی توانائی کے منصوبوں میں۔ بہتر انرجی کثافت کی وجہ سے ان اداروں میں زیادہ بجلی ذخیرہ کی جا سکتی ہے، بغیر ہر جگہ وِسْتْع بیٹری کے گودام تعمیر کیے۔ یہی وجہ ہے کہ تحقیق کار بیٹری ٹیکنالوجی میں مسلسل حدود کو آگے بڑھانے کی کوشش کر رہے ہیں۔ ہم واقعی بہتر ذخیرہ گاہ کے حل کی طرف بڑھ رہے ہیں، جو بجلی کے استعمال میں اضافے کو سہارا دے گا، جبکہ اخراجات کو کم اور کارکردگی کو بہتر رکھے گا۔

بیٹریوں میں انرژی چگالی کی کلیدی فوائد

جب بیٹریاں اپنے خلیات میں زیادہ توانائی رکھتی ہیں، تو وہ بہتر کام کرتی ہیں اور زیادہ دیر تک چلتی ہیں، جس سے روزمرہ کی بنیاد پر اشیاء کی کارکردگی میں بڑا فرق پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر، آج کے لیتھیم آئن بیٹریاں پرانی ٹیکنالوجی کے مقابلے میں کم جگہ میں کہیں زیادہ توانائی رکھنے میں کامیاب ہوتی ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ فون زیادہ دیر تک چارج رہتے ہیں، لیپ ٹاپ کو بار بار چارج کرنے کی ضرورت نہیں ہوتی، اور برقی گاڑیاں ہر چارجنگ کے درمیان زیادہ فاصلہ طے کر سکتی ہیں۔ اعداد بھی اسی کہانی کو بیان کرتے ہیں، لیتھیم آئن بیٹریاں تقریباً 330 واٹ گھنٹہ فی کلوگرام کی کارکردگی دکھاتی ہیں، جبکہ پرانی سیسے کی ایسڈ بیٹریاں شاید ہی 75 واٹ گھنٹہ فی کلوگرام سے آگے جا پاتی ہیں۔ تو اس کا عملی طور پر کیا مطلب ہے؟ واضح طور پر زیادہ چلنے کا وقت، لیکن اس کے ساتھ ساتھ ایسی صورتیں بھی کم ہو جاتی ہیں جہاں کوئی چیز سب سے خراب وقت پر ختم ہو جائے، چاہے بات اسپتالوں میں طبی آلات کی ہو یا ڈرون کے ذریعے شہر کے ایک سے دوسرے کونے تک پیکیجز کی ترسیل کی۔

بجلی کی گاڑیوں کو دوبارہ چارج کرنے سے پہلے وہ کتنی دور تک جا سکتی ہیں اس کا انحصار توانائی کی کثافت پر بہت زیادہ ہوتا ہے، اور حالیہ برسوں میں اس معاملے میں کافی بہتری آئی ہے۔ بہتر بیٹریوں کی وجہ سے بجلی کی گاڑیاں اب ایک پوری چارج پر بہت زیادہ فاصلہ طے کر رہی ہیں۔ اس وقت کے مطابق سڑک کے امتحانات دیکھیں تو بہت سی نئی گاڑیاں 400 میل سے زیادہ فاصلہ طے کر رہی ہیں، جو کہ لیتھیم آئن کی ترتیب کی وجہ سے ہے جس پر کارخانہ داروں نے کام کیا ہے۔ اس کا مطلب عام ڈرائیورز کے لیے یہ ہے کہ وہ چارجنگ اسٹیشنز پر بار بار رکے بغیر زیادہ دور تک گاڑی چلا سکتے ہیں، جس کی وجہ سے روزمرہ کی سفر اور شہر کے چکر لگانے کے لیے بجلی کی گاڑی کا استعمال زیادہ سہولت سے ہو سکے گا۔

نتیجہ خیزی کی بنیاد پر جائزہ لیتے ہوئے، زیادہ توانائی کثافت والی بیٹریاں حقیقی معیشت کے فوائد فراہم کرتی ہیں۔ جب ان بیٹریوں کی وجہ سے الیکٹرک گاڑیاں ہلکی ہو جاتی ہیں، تو وہ کم بجلی استعمال کرتی ہیں اور پیداوار کے دوران دھاتوں پر کم اخراجات آتے ہیں۔ صنعتی رپورٹس سے ظاہر ہوتا ہے کہ ہلکی بیٹریوں کے باعث گاڑیوں کو بھاری پرزے اور پیچیدہ تبريد کے نظام کی کم ضرورت ہوتی ہے، جس سے گاڑی کے پورے عمرانی چکر میں اخراجات کم ہوتے ہیں۔ توانائی ذخیرہ کرنے کے اطلاقات میں بھی، یہ بیٹریاں فی پونڈ یا فٹ کیوبک میں زیادہ کارکردگی فراہم کرتی ہیں، لہذا کمپنیوں کو اتنی بجلی ذخیرہ کرنے کے لیے زیادہ جگہ یا مہنگی تعمیراتی بنیاد کی ضرورت نہیں ہوتی۔ یہی وجہ ہے کہ بہت سی پیشگی سوچ رکھنے والی کمپنیاں اس وقت زیادہ توانائی کثافت والی ٹیکنالوجی پر بڑی رقم لگا رہی ہیں، کیونکہ نقل و حمل اور گرڈ ذخیرہ کرنے کی مارکیٹ میں مختصر مدت کے اخراجات اور طویل مدتی قدر کے منظر نامے دونوں کے لحاظ سے یہ صرف مالیاتی اعتبار سے معقول ہے۔

توانائی چمک کی تشبیہ: لیتھیم آئون بٹریاں مقابلے میں لیڈ-اسیڈ بٹریاں

لیتھیم آئن اور لیڈ ایسڈ بیٹریوں کے درمیان توانائی کی کثافت کے اعداد و شمار کا جائزہ لینے سے ان میں کافی بڑا فرق نظر آتا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کی اوسط توانائی کی کثافت عام طور پر تقریباً 200 سے 260 واٹ فی کلو گرام تک ہوتی ہے، جبکہ لیڈ ایسڈ بیٹریاں صرف تقریباً 50 سے 70 واٹ/کلو گرام تک مینج کرتی ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ لیتھیم آئن بیٹریاں اسی جگہ یا وزن میں کہیں زیادہ طاقت سمیٹ سکتی ہیں۔ صنعت کے ماہرین سالوں سے اس بات کی نشاندہی کر رہے ہیں، خصوصاً اب جبکہ سڑکوں پر بجلی کی گاڑیوں کی تعداد میں اضافہ ہو رہا ہے اور لوگ دن بھر موبائل گیجٹس پر انحصار کر رہے ہیں۔ حقیقی دنیا میں بھی اس کا اثر نظر آ رہا ہے، کیونکہ بہت سے سے مینوفیکچررز لیتھیم بیٹریوں پر منتقل ہو رہے ہیں کیونکہ انہیں مصنوعات میں اضافی وزن ڈالے بغیر اس اضافی ذخیرہ اہنیت کی ضرورت ہوتی ہے۔

لیتھیم آئن بیٹریاں زیادہ دیر تک چلنے کی رجحان رکھتی ہیں اور عمومی طور پر روایتی لیڈ ایسڈ ماڈلوں کے مقابلے میں زیادہ قابلِ برداشت ہوتی ہیں۔ زیادہ تر لیتھیم بیٹریوں کو تبدیل کرنے سے پہلے سیکڑوں چارج اور ڈسچارج چکروں کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جس کا مطلب یہ ہے کہ وہ صرف کچھ مہینوں کے بجائے کئی سالوں تک چلتی رہتی ہیں۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ وقتاً فوقتاً یہ بیٹریاں کم کچرہ پیدا کرتی ہیں کیونکہ وہ چھوٹی جگہوں میں زیادہ طاقت سمیٹ لیتی ہیں اور بہت سے چکروں کے ذریعے اپنی کارکردگی برقرار رکھتی ہیں۔ جن گھر مالکان کو سورجی توانائی کے نظاموں پر غور کر رہے ہیں یا ماحولیاتی اثر کے بارے میں فکر مند ہیں، اس سے ان کے لیے بڑا فرق پڑتا ہے۔ کم بار بار تبدیلی کی ضرورت کم بیٹریوں کو کچرے کے ڈھیر میں جانے سے روکتی ہے، ساتھ ہی انسٹالیشن کی لاگت پر زیادہ فائدہ مند سرمایہ کاری ہوتی ہے۔

عالی توانائی کثافت بیٹریوں کے استعمالات

بیٹری پیکس اعلیٰ توانائی کی کثافت کے ساتھ اب اس بات کا مرکز ہیں کہ الیکٹرک گاڑیاں مناسب طریقے سے کام کریں۔ یہ بیٹریاں کار ساز کمپنیوں کو گاڑیاں تعمیر کرنے کی اجازت دیتی ہیں جو چارجنگ کے درمیان زیادہ فاصلہ طے کر سکتی ہیں جبکہ کل وزن کو کم رکھتی ہیں۔ مثال کے طور پر ٹیسلا کو لیں، انہوں نے اپنی لیتھیم آئن ٹیکنالوجی کے ساتھ حدود کو آگے بڑھایا ہے تاکہ ان کے ماڈلز اب آسانی سے 300 میل فی چارج سے زیادہ کا سفر طے کر سکیں۔ طویل ڈرائیونگ کی حد سے واضح طور پر بہتر کارکردگی مراد ہوتی ہے، لیکن اس کی اہمیت گیس سے چلنے والی گاڑیوں سے الیکٹرک گاڑیوں کی طرف منتقلی پر غور کرنے والے لوگوں کو راضی کرنے کے لحاظ سے بھی بہت زیادہ ہوتی ہے۔ درحقیقت، زیادہ تر ڈرائیور اب بھی دور دراز کے مقام پر بجلی ختم ہونے کے خدشات سے پریشان رہتے ہیں۔

جب توانائی کے دوبارہ تیار ہونے والے ذرائع کی بات آتی ہے، تو زیادہ توانائی گھنٹے والی بیٹریاں جیسے لیتھیم آئن بیٹریاں بہت اہمیت کی حامل ہوتی ہیں۔ یہ بیٹریاں شمسی توانائی کے نظام کو بہتر انداز میں کام کرنے میں مدد دیتی ہیں کیونکہ یہ دن کے وقت جمع کی گئی توانائی کو محفوظ رکھ سکتی ہیں اور پھر رات کو یا ان بادل والے دنوں میں جب سورج نہیں نکلتا، اس توانائی کو استعمال کے لیے فراہم کر سکتی ہیں۔ مثال کے طور پر ٹیسلا پاور وال (Tesla Powerwall) لیں۔ یہ آلہ شمسی پینلز کے ساتھ ساتھ کام کرتا ہے اور یہ یقینی بناتا ہے کہ گھروں کو ہر وقت محفوظ شدہ بجلی تک رسائی حاصل رہے۔ اس طرح کے نظام شمسی توانائی کو روزمرہ استعمال کے لحاظ سے بہت عملی بنا دیتے ہیں۔ یہ شمسی توانائی کی پیداوار میں آنے والی ناہمواریوں کو ہموار کر دیتے ہیں، جس کا مطلب یہ ہے کہ لوگ بھی خالص توانائی پر انحصار کر سکتے ہیں، چاہے حالات کتنے بھی غیر موزوں کیوں نہ ہوں۔ اور یہ بات بھی حقیقت ہے کہ اس قسم کی قابل اعتماد توانائی کے ذریعے ہر جگہ گھر کے مالکان کے لیے ماحول دوست زندگی گزارنا بہت آسان ہو جاتا ہے۔

عوامی الیکٹرانکس کے لیے زیادہ توانائی گھنٹے والی بیٹریاں ایک بڑی تبدیلی لے کر آئی ہیں۔ سوچیں: ہمارے فونز اور لیپ ٹاپس اتنے مفید نہیں ہوتے اگر ان چھوٹی جگہوں میں ان بیٹریوں کو نہ رکھا جاتا۔ اسمارٹ فونز کی مثال لیں، ان میں سے زیادہ تر اب لیتھیم آئن ٹیکنالوجی پر چلتے ہیں، جس کی وجہ سے لوگ دن بھر استعمال کر سکتے ہیں اور دوبارہ چارج کرنے کی ضرورت نہیں ہوتی، اس کے باوجود بھی وہ پتلی ڈیزائن کو برقرار رکھتے ہیں جو ہر کوئی چاہتا ہے۔ لی فی پی او 4 کیمسٹری جیسی چیزوں کے ذریعے بیٹریوں کو محفوظ اور زیادہ دیر تک چارج رکھنے میں بھی کافی پیش رفت ہوئی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ صارفین کو بہتر تجربہ ملتا ہے جو چاہتے ہیں کہ ان کے گیجٹس غیر مناسب وقت پر ختم نہ ہوں۔ آج کل ہمیں یہ طاقتور چھوٹے سیلز ہر جگہ نظر آتے ہیں، نہ صرف ہماری جیبوں میں بلکہ بڑے منصوبوں مثلاً سورجی توانائی ذخیرہ کرنے والے نظاموں میں بھی مدد کر رہے ہیں۔ بہت مشکل ہے کہ جدید زندگی کا تصور کیا جائے ان کے بغیر۔

مستقبل کی تجدیدیں اور بیٹری توانائی کثافت میں رجحانات

نینو ٹیکنالوجی اور نوآورانہ مواد کے شعبے بیٹری کی توانائی کی کثافت کی حدود کو آگے بڑھانے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ جب تحقیق کار نینو میٹریلز کے ساتھ کام کرتے ہیں، تو وہ بیٹری کے اجزاء کی کئی اہم خصوصیات میں اضافہ کرنے میں کامیاب ہو جاتے ہیں، مثلاً زیادہ سطح کے رقبے، بہتر ری ایکٹیویٹی، اور الیکٹروڈز اور الیکٹرو لائٹس جیسی چیزوں کی بہتر موصلیت۔ مثال کے طور پر سلیکون نینو وائیرز لیں۔ کمپنیاں جیسے ایمپریس نے درحقیقت بیٹری الیکٹروڈز کی تیاری کی ہے جس میں ان نازک تاروں کو شامل کیا گیا ہے، جو توانائی کے ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کو بہت حد تک بڑھا دیتا ہے بغیر استحکام کے نقصان کے۔ مستقبل میں، ہمیں بیٹریوں کی کارکردگی میں بہتری اور زیادہ مدت استعمال نظر آ سکتی ہے صرف اس لیے کہ اب سائنس دانوں کو بہت چھوٹے پیمانے پر مواد پر زیادہ کنٹرول حاصل ہے۔ اس قسم کی درستگی اگلی نسل کے طاقت کے ذخیرہ کرنے کے حل کے لیے دلچسپ امکانات کو کھول دیتی ہے۔

ٹھوس حالت کی بیٹریوں کے بارے میں بڑھتے ہوئے شواہد موجود ہیں کہ وہ ہماری ڈیوائسز میں جتنی توانائی ہم ڈال سکتے ہیں اس کو بدل سکتی ہیں، نہ صرف موجودہ تحقیقی کوششوں کی وجہ سے بلکہ مارکیٹ میں ناگزیر تبدیلی کی وجہ سے بھی۔ یہ بیٹریاں روایتی طور پر مائع الیکٹرو لائٹس کی جگہ ٹھوس متبادل استعمال کرتی ہیں، جس کا مطلب یہ ہے کہ یہ مجموعی طور پر محفوظ تر، لمبے عرصے تک چارج رکھنے والی اور فی یونٹ حجم میں زیادہ طاقت ذخیرہ کرنے والی ہوتی ہیں۔ سائنس دانوں نے حالیہ میں الومینیم آکسائیڈ اور زرکونیم ڈائی آکسائیڈ جیسے نینو سکیل مواد کو دیکھا ہے تاکہ ان بیٹریوں میں آئنز کی حرکت کو بہتر کیا جا سکے اور ان کی ذخیرہ اہلیت میں اضافہ کیا جا سکے۔ اگرچہ کسی کو بھی یہ معلوم نہیں کہ ہمیں وسیع پیمانے پر قبول کرنے کا وقت کب آئے گا، لیکن زیادہ تر ماہرین کا یہی خیال ہے کہ اگلے دس سالوں کے اندر، ٹھوس حالت کی ٹیکنالوجی توانائی کی کثافت کے لحاظ سے ممکنہ حدود کو دوبارہ ترتیب دے دے گی۔ یہ ترقی بالآخر مختلف ایپلی کیشنز میں بجلی کے ذخیرہ کرنے کے بہتر اور قابل بھروسہ طریقوں کی طرف لے جائے گی۔

اگر ہم مستقبل میں بیٹری ٹیکنالوجی کو قابلِ برداشت بنانا چاہتے ہیں تو زیادہ توانائی گھنٹے بیٹریوں کو زیادہ دیر تک چلانا بہت اہم ہے۔ اب تیار کنندہ ح وہ پیداواری طریقوں پر کام کر رہے ہیں جو سخت ماحولیاتی معیارات کو پورا کریں اور بیٹریوں کو طویل مدت تک کام کرنے کے قابل بنائیں۔ ایک طریقہ جو مقبولیت حاصل کر رہا ہے وہ نینو سٹرکچر والے لیتھیم دھاتی اینوڈز بنانا ہے۔ یہ سٹرکچر میکانی دباؤ کو مواد پر برابر تقسیم کر دیتے ہیں اور آئنز کے مناسب تبادلے کے لیے زیادہ سطحی رقبہ پیدا کرتے ہیں۔ یہ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ وہ ناپسندیدہ ڈینڈرائٹس کی تشکیل نہ ہو جو بیٹری کی عمر کو کم کر دیتے ہیں۔ فوائد صرف بیٹریوں کی پیداوار کے دوران زیادہ سبز رنگ لانے تک محدود نہیں ہیں۔ کمپنیاں ان اقدامات میں حقیقی قدر دیکھتی ہیں کیونکہ یہ ایسے اسٹوریج سسٹم کی قیادت کرتے ہیں جو زیادہ چارج چکروں کو برداشت کر سکتے ہیں اور مختلف حالات کے تحت بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ بہت سارے محققین کا ماننا ہے کہ یہ الیکٹرک گاڑیوں سے لے کر تجدید پذیر توانائی گرڈ تک ہر چیز کے لیے گیم چینجر ثابت ہو سکتا ہے۔

مکرر پوچھے جانے والے سوالات (FAQ)

بیٹریوں میں توانائی چمک کیا ہے؟

توانائی چمک بیٹری کی ہر اکائی حجم یا وزن میں ذخیرہ شدہ توانائی کی مقدار کی رفرنس ہے، جو عام طور پر واٹ-گھنٹے فی لیٹر (Wh/L) یا واٹ-گھنٹے فی کلوگرام (Wh/kg) میں ظاہر کی جاتی ہے۔

بیٹریوں میں عالی توانائی چمک کیوں اہم ہے؟

عالی توانائی چگالی کریشنی ہے کیونکہ یہ بیٹریوں کو اوسط یا خفیف پیکیج میں زیادہ توانائی محفوظ کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس سے کارکردگی، عملیاتی قابلیت، اور استعمال میں بہتری آتی ہے، جیسے الیکٹرانک وہیکلز اور حملی الیکٹرونکس میں۔

توانائی چگالی الیکٹرانک وہیکلز کے رینج پر کیسے اثر انداز ہوتی ہے؟

EV بیٹریوں میں زیادہ توانائی چگالی کے سبب ایک چارج پر زیادہ فاصلے طے کرنے کی صلاحیت حاصل ہوتی ہے، جس سے بار بار چارج کرنے کی ضرورت کم ہوتی ہے اور EV کو روजمرہ کے استعمال کے لیے مفید بناتی ہے۔

توانائی چگالی کے عالی بیٹریوں کے کچھ مثالیں کیا ہیں؟

مثالیں شامل ہیں لیتھیم آئن (Li-ion) بیٹریوں، جو EVs اور الیکٹرونکس میں عام طور پر استعمال ہوتی ہیں، اور لیتھیم آئرن فوسفیٹ (LiFePO4) بیٹریوں، جو سلامتی اور سائیکل لايف کے فائدے کے لیے معروف ہیں۔

مستقبل میں بیٹری توانائی چگالی کو بڑھانے کے لیے کیا نئے اختراعات منتظر ہیں؟

مستقبل کے اختراعات میں solid-state بیٹریوں کی ترقی اور nanotechnologies کا استعمال شامل ہوسکتا ہے تاکہ ایلیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کارکردگی میں بہتری آسکے، جو موجودہ توانائی چگالی کے معیاروں کو پاڑنے کی صلاحیت حاصل کرسکتی ہے۔