चीन ने ऑल-सॉलिड-स्टेट ईवी बैटरियों का उत्पादन शुरू किया, लक्ष्य है रेंज दोगुनी करना

यह उत्पादन लाइन अभी क्यों अहम है

इलेक्ट्रिक वाहनों को बदलने की दौड़ में चीन ने निर्णायक कदम उठाया है। गुआंगझोउ ऑटोमोबाइल ग्रुप (GAC) ने बड़े आकार की, वाहन-उपयोग योग्य ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी सेल के लिए देश की पहली उत्पादन लाइन पूरी कर ली है। इस संयंत्र में परीक्षण के लिए 60 एम्पियर-घंटे (Ah) की सेलें छोटे बैच में पहले से बनाई जा रही हैं। यह उस सीमा को पार करता है, जहां तक अधिकांश प्रयोगशालाएं और पायलट परियोजनाएं नहीं पहुंच पाई थीं। यह क्षमता इसलिए मायने रखती है क्योंकि यह मुख्यधारा की इलेक्ट्रिक कारों की जरूरतों के अनुरूप है और तकनीक को प्रयोगशाला से निकालकर औद्योगिक स्तर पर ले आती है। यह विकास ऐसी बैटरियों के नए दौर का संकेत है, जिनसे अधिक ऊर्जा घनत्व, तेज चार्जिंग और बेहतर सुरक्षा की उम्मीद है।

GAC की उत्पादन लाइन 60 Ah से अधिक क्षमता वाली सेल पर केंद्रित है और इसकी क्षेत्रीय क्षमता 7.7 मिलीएम्पियर-घंटे प्रति वर्ग सेंटीमीटर (mAh/cm2) तक बताई गई है। पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट वाली कई उत्पादन लाइनों में यह आंकड़ा करीब 5 mAh/cm2 रहता है। अधिक क्षेत्रीय क्षमता से मोटे इलेक्ट्रोड बनाए जा सकते हैं, जो उतनी ही जगह में अधिक ऊर्जा जमा करते हैं। GAC का कहना है कि इनकी ऊर्जा घनत्व आज की लिथियम-आयन सेल की तुलना में लगभग दोगुनी है। इससे करीब 500 किलोमीटर चलने वाली ईवी एक बार पूरा चार्ज करने पर 1,000 किलोमीटर से अधिक दूरी तय कर सकती है। कंपनी की योजना 2026 में इन बैटरियों को परीक्षण वाहनों में लगाने और सत्यापन तथा लागत के आधार पर 2027 से 2030 के बीच बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने की है।

CATL और BYD जैसी कंपनियों के जरिए चीन पहले ही पारंपरिक ईवी बैटरियों की वैश्विक आपूर्ति में अग्रणी है। इस उत्पादन लाइन के साथ GAC चीन को उस तकनीक में शुरुआती बढ़त दिलाने की कोशिश कर रहा है, जिस पर कई वाहन निर्माता एक दशक से काम कर रहे हैं। चीन ने एक सहयोगी मंच भी शुरू किया है, जिसमें बैटरी निर्माता और कार कंपनियां ऑल-सॉलिड-स्टेट डिजाइन के व्यावसायीकरण को तेज करने के लिए साथ आई हैं। अगर चीन इस तकनीक को प्रतिस्पर्धी लागत और भरोसेमंद प्रदर्शन के साथ बड़े पैमाने पर अपना सके, तो ईवी की अगली पीढ़ी एक चार्ज में ज्यादा दूर जा सकेगी, तेजी से चार्ज होगी और अधिक सुरक्षा के साथ ऐसा कर पाएगी।

ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी क्या है

ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों में पारंपरिक लिथियम-आयन सेल के तरल इलेक्ट्रोलाइट की जगह ठोस पदार्थ का इस्तेमाल होता है। इलेक्ट्रोलाइट वह माध्यम है जो चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के बीच आयनों को पहुंचाता है। तरल इलेक्ट्रोलाइट कुशल होते हैं, लेकिन ज्वलनशील हैं और ऊर्जा को अधिक सघन रूप में रखने की क्षमता सीमित करते हैं। ठोस इलेक्ट्रोलाइट पदार्थों को अधिक सघनता से जमाने में मदद करते हैं और बेहतर तापीय स्थिरता दे सकते हैं। ठोस इलेक्ट्रोलाइट से प्रति इकाई आयतन और वजन में अधिक ऊर्जा हासिल की जा सकती है। सेल क्षतिग्रस्त होने पर आग लगने का जोखिम भी घट सकता है।

ऊर्जा घनत्व और रेंज

ऊर्जा घनत्व यानी बैटरी अपने आकार या वजन के अनुपात में कितनी ऊर्जा जमा करती है। यही वह गुण है जिसका ड्राइविंग रेंज पर सबसे सीधा असर पड़ता है। GAC ने पारंपरिक सेल की तुलना में लगभग दोगुनी ऊर्जा घनत्व बताई है। अगर मौजूदा ईवी किसी निश्चित आकार के बैटरी पैक पर करीब 311 मील चलती है, तो इन्हीं ठोस-अवस्था वाली सेल से बना उतने ही आकार का पैक लगभग 621 मील तक चल सकता है। चीन में रेंज के आंकड़े अक्सर CLTC परीक्षण चक्र पर आधारित होते हैं, जो अमेरिका में इस्तेमाल होने वाले EPA चक्र से आम तौर पर अधिक उदार है। CLTC पर 1,000 किलोमीटर का दावा वास्तविक परिस्थितियों या EPA के तुलनीय इस्तेमाल में करीब 650 से 750 किलोमीटर (लगभग 400 से 465 मील) के बराबर हो सकता है, जो फिर भी बड़ी बढ़त है।

सुरक्षा और ताप सहनशीलता

तरल इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में ठोस इलेक्ट्रोलाइट में रिसाव और आग लगने की आशंका कम होती है और वे अधिक तापमान सह सकते हैं। GAC ने 300 से 400 डिग्री सेल्सियस के दायरे में स्थिरता बताई है, जबकि कई पारंपरिक लिथियम-आयन सेल करीब 200 डिग्री तक सह पाती हैं। अधिक ताप सहनशीलता से तेज चार्जिंग या भारी लोड के दौरान दुरुपयोग के प्रति प्रतिरोध और तापीय प्रबंधन बेहतर हो सकता है। इस तकनीक का उद्देश्य सुई जैसी लिथियम संरचनाओं, जिन्हें डेंड्राइट कहा जाता है, को बनने से रोकना भी है, क्योंकि वे सेल को नुकसान पहुंचा सकती हैं। सही सामग्री और विनिर्माण प्रक्रिया के साथ सॉलिड-स्टेट डिजाइन प्रदर्शन और सुरक्षा, दोनों के मार्जिन बढ़ा सकते हैं।

GAC की नई उत्पादन लाइन के भीतर

GAC की उत्पादन लाइन बड़े आकार की 60 Ah सेल पर केंद्रित है, जो पूर्ण आकार की ईवी के लिए सबसे प्रासंगिक श्रेणी है। कंपनी ने ड्राई एनोड प्रक्रिया को प्रमुखता दी है, जिसमें कई चरणों को एक सतत प्रक्रिया में जोड़ दिया गया है। पारंपरिक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड निर्माण में सक्रिय पदार्थों को घोल में मिलाया जाता है, धातु की पन्नी पर लेप चढ़ाया जाता है और फिर इलेक्ट्रोड को सही मोटाई तक रोल किया जाता है। इन चरणों के बीच सुखाने और विलायक को वापस हासिल करने की प्रक्रिया होती है। GAC का कहना है कि घोल तैयार करने, लेप चढ़ाने और रोल करने को एक ही चरण में जोड़ने से समय और ऊर्जा की खपत घटती है। विलायक सुखाने की प्रक्रिया हटाने से बड़े पैमाने पर उत्सर्जन और लागत भी कम हो सकती है।

उत्पादन लाइन की बताई गई 7.7 mAh/cm2 की क्षेत्रीय क्षमता इसलिए अहम है क्योंकि इससे पता चलता है कि इलेक्ट्रोड बिना खराब हुए अधिक मोटे बनाए जा सकते हैं। इलेक्ट्रोड जितने मोटे होते हैं, पदार्थ के भीतर आयनों की आवाजाही उतनी कठिन हो सकती है। निर्माताओं को मोटाई और चालकता, यांत्रिक मजबूती तथा एकरूपता के बीच संतुलन बनाना होता है। उच्च क्षेत्रीय क्षमता हासिल करना इस बात का अहम संकेत है कि उत्पादन प्रक्रिया चक्र-आयु के लक्ष्यों को पूरा करते हुए उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी बना सकती है।

क्षेत्रीय क्षमता क्यों मायने रखती है

क्षेत्रीय क्षमता बताती है कि इलेक्ट्रोड का एक निश्चित क्षेत्र कितना चार्ज जमा कर सकता है। यह तय करने में इसकी भूमिका होती है कि सेल को भौतिक रूप से बड़ा किए बिना उसमें कितनी ऊर्जा रखी जा सकती है। अधिक क्षमता होने पर लक्ष्य ऊर्जा हासिल करने के लिए बैटरी पैक में कम सेल लगाई जा सकती हैं। इससे पैक का डिजाइन आसान हो सकता है, तारों और कनेक्टरों की संख्या घट सकती है और प्रति किलोवाट-घंटा लागत कम हो सकती है। वाहन निर्माताओं के लिए कम पुर्जों का मतलब कम वजन और अधिक भरोसेमंद प्रदर्शन भी हो सकता है, क्योंकि खराबी की आशंका वाले बिंदु कम रह जाते हैं।

ड्राइवरों को ये बैटरियां कारों में कब दिखेंगी

GAC की योजना 2026 में इन सेल को परीक्षण वाहनों में लगाने की है, ताकि वास्तविक ड्राइविंग परिस्थितियों में प्रदर्शन, टिकाऊपन और सुरक्षा की जांच की जा सके। अगर नतीजे प्रयोगशाला की उम्मीदों के अनुरूप रहे, तो कंपनी 2027 से 2030 के बीच धीरे-धीरे बड़े पैमाने पर उत्पादन बढ़ाने की उम्मीद करती है। शुरुआत में ये बैटरियां महंगे मॉडल या सीमित संख्या में बनने वाली कारों में दिख सकती हैं। लागत घटने और आपूर्ति बढ़ने के साथ इनका इस्तेमाल व्यापक मॉडल श्रेणियों में हो सकता है। बैटरी क्षेत्र के दूसरे सुधार भी इसी तरह बाजार तक पहुंचे हैं।

1,000 किलोमीटर से अधिक रेंज के दावों पर ध्यान जाना तय है। ड्राइवरों को परीक्षण चक्रों के बीच के अंतर का ध्यान रखना चाहिए। असल में अहम बदलाव तकनीक से मिलने वाला व्यावहारिक लाभ है। ऊर्जा घनत्व दोगुनी होने से वाहन निर्माता एक ही आकार के पैक में ज्यादा रेंज चुन सकते हैं या छोटे, हल्के और सस्ते पैक से लगभग उतनी ही रेंज हासिल कर सकते हैं। दोनों ही विकल्प इलेक्ट्रिक ड्राइविंग की कुल लागत और सुविधा बेहतर कर सकते हैं।

सॉलिड-स्टेट तकनीक को औद्योगिक स्तर पर ले जाने की चीन की कोशिश

चीनी अधिकारियों ने ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियों के तेज विकास के लिए समर्थन के संकेत दिए हैं। तकनीकी रास्तों, सुरक्षा मानकों और विनिर्माण उपकरणों पर तालमेल बनाने के लिए सामग्री आपूर्तिकर्ताओं, बैटरी निर्माताओं और वाहन कंपनियों का एक राष्ट्रीय सहयोगी नवाचार मंच बनाया गया है। चीन के विश्लेषकों को सॉलिड-स्टेट सेल बनाने वाले उपकरणों का बाजार तेजी से बढ़ता दिख रहा है। अनुमान है कि व्यावसायीकरण योजना के मुताबिक आगे बढ़ा तो उपकरणों की बिक्री 2027 तक करीब 2.5 अरब युआन और 2030 तक 27 अरब युआन से अधिक हो सकती है। नीतिगत समर्थन, समन्वित शोध और घरेलू आपूर्ति आधार ने बैटरी क्षेत्र के पिछले दौरों में चीन को शुरुआती बढ़त दिलाई है। अब यही तत्व इस क्षेत्र में भी अपनाए जा रहे हैं।

दौड़ में और कौन है

यह उपलब्धि GAC की है, लेकिन चीन की कई कंपनियां समानांतर रूप से आगे बढ़ रही हैं। BYD करीब 400 वाट-घंटे प्रति किलोग्राम क्षमता वाली पहली पीढ़ी की सॉलिड-स्टेट बैटरी का वास्तविक परिस्थितियों में परीक्षण कर रही है। कंपनी का लक्ष्य 2027 तक पायलट उत्पादन शुरू करना और 2030 के आसपास बड़े पैमाने पर इसे वाहनों में शामिल करना है। SAIC और उसकी साझेदार Qingtao ने शंघाई में ऑल-सॉलिड-स्टेट संयंत्र की मुख्य उत्पादन लाइनें पूरी कर ली हैं। Gotion High Tech की पायलट लाइन चालू है और उच्च घनत्व वाली सॉलिड-स्टेट सेल के सड़क परीक्षण चल रहे हैं। NIO ने एक साझेदार के जरिए 150 किलोवाट-घंटे का सेमी-सॉलिड पैक इस्तेमाल में उतारा है। यह एक मध्यवर्ती कदम है, जो उच्च ऊर्जा वाली सेल को वाहन में जोड़ने का अनुभव बनाने में मदद करता है।

चीन से बाहर Toyota और Nissan 2020 के दशक के आखिर में उत्पादन का लक्ष्य रखते हुए लेमिनेटेड ऑल-सॉलिड-स्टेट सेल की प्रोटोटाइप लाइनें बना रही हैं। Samsung SDI और LG Energy Solution सॉलिड-स्टेट शोध एवं विकास और पायलट संयंत्रों में निवेश कर रही हैं। अमेरिका की Solid Power साझेदारों के लिए सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट का उत्पादन बढ़ा रही है। इन कार्यक्रमों की समयसीमा शुरुआती ऑटोमोटिव इस्तेमाल के लिए 2027 से 2030 के बीच केंद्रित है। विनिर्माण में उत्पादन-उपज बेहतर होने और लागत घटने के बाद ही बड़ी मात्रा में उत्पादन संभव होगा।

ऐसी चुनौतियां जिनका समाधान अभी बाकी है

पायलट लाइन से हर साल लाखों सेल बनाने तक पहुंचना मुश्किल है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट को हजारों चार्ज चक्रों के दौरान इलेक्ट्रोड के संपर्क में स्थिर रहते हुए आयनों का उच्च चालकत्व देना होगा। ठोस इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच संपर्क लगातार बना रहना चाहिए और काम के दौरान प्रतिरोधी परतें नहीं बननी चाहिए। कुछ ठोस इलेक्ट्रोलाइट, खासकर सल्फाइड आधारित इलेक्ट्रोलाइट, के उत्पादन में नमी पर कड़ा नियंत्रण जरूरी है। उत्पादन-उपज, यानी लाइन से निकलने वाली सही सेल का अनुपात, लागत घटाने के लिए उद्योग के स्तर तक पहुंचना चाहिए।

आपूर्ति शृंखलाओं की भी परीक्षा होगी। ठोस इलेक्ट्रोलाइट पाउडर और लिथियम धातु या सिलिकॉन-समृद्ध एनोड की बड़ी मात्रा चाहिए होगी। मिश्रण से लेकर प्रेसिंग और लेमिनेशन तक उत्पादन उपकरणों को तेज गति पर भी बेहद सटीक मानकों के भीतर काम करना होगा। नई सामग्री के पुनर्चक्रण के तरीके भी विकसित करने होंगे। इन निवेशों की लागत काफी है, इसलिए वाहन निर्माता शुरुआत में इनका इस्तेमाल ऐसे मॉडलों में सीमित रख सकते हैं, जहां अधिक रेंज या कम वजन से बैटरी की ज्यादा लागत की भरपाई हो सके।

GAC के नेतृत्व ने वाहनों में इन सेल से मिलने वाले प्रदर्शन के स्पष्ट लक्ष्य तय किए हैं। GAC के उन्नत प्लेटफॉर्म प्रौद्योगिकी संस्थान में नई ऊर्जा पावर अनुसंधान एवं विकास के प्रमुख Qi Hongzhong ने कंपनी के लक्ष्यों से मिलने वाले लाभों का वर्णन किया।

Qi Hongzhong ने कहा कि नई सॉलिड-स्टेट सेल की ऊर्जा घनत्व मौजूदा लिथियम-आयन बैटरियों से लगभग दोगुनी है और आज जो वाहन 500 किलोमीटर से कुछ अधिक चलते हैं, वे इन सेल के साथ 1,000 किलोमीटर से ज्यादा दूरी तय कर सकते हैं।

यह बयान इस तकनीक की संभावना को दर्शाता है। अब चुनौती उत्पादन वाहनों में, अलग-अलग जलवायु और वर्षों के इस्तेमाल के दौरान इन आंकड़ों को साबित करने की है, वह भी ऐसी लागत पर जिसे खरीदारों के बड़े वर्ग वहन कर सकें।

1,000 किलोमीटर चलने वाली ईवी ड्राइवरों और बिजली ग्रिड के लिए क्या बदलेगी

व्यावहारिक रूप से 1,000 किलोमीटर चलने वाली ईवी लोगों के यात्रा की योजना बनाने के तरीके को बदल सकती है। कई ड्राइवरों को महीने में कुछ ही बार चार्ज करना पड़ेगा। दूरदराज के ग्रामीण इलाकों में लंबे सफर की योजना बनाना, जो पहले मुश्किल होता था, अब एक ही चरण में आसान हो जाएगा। इस रेंज से वाहन निर्माता सुविधा घटाए बिना बैटरी पैक छोटा भी कर सकते हैं। छोटा पैक सस्ता और हल्का होता है और उसमें कम कच्चा माल लगता है। इससे सॉलिड-स्टेट सेल के लाभ मुख्यधारा की कीमत वाली कारों तक तेजी से पहुंच सकते हैं।

चार्जिंग नेटवर्क फिर भी अहम रहेंगे। अधिक ऊर्जा घनत्व वाली सेल को भी सड़क यात्राओं को सुविधाजनक बनाए रखने के लिए तेज चार्जिंग चाहिए। चीन का बुनियादी ढांचा पहले से तेज चार्जिंग केंद्रों की ओर बढ़ रहा है और अगली पीढ़ी के वाहनों के लिए मेगावाट-श्रेणी के नए सिस्टम सेवा में आ रहे हैं। ऐसे सॉलिड-स्टेट डिजाइन जो सीमित तापीय प्रबंधन के साथ अधिक चार्ज दर स्वीकार कर सकें, चार्जिंग के लिए रुकने का समय घटा सकते हैं और बैटरी पैक पर दबाव कम कर सकते हैं। सेल स्तर पर बेहतर दक्षता और स्थिरता से नेटवर्क में किए गए ये सुधार और उपयोगी होंगे।

निष्कर्ष

• GAC ने 60 Ah से अधिक क्षमता वाली बड़ी, वाहन-उपयोग योग्य ऑल-सॉलिड-स्टेट ईवी सेल के लिए चीन की पहली उत्पादन लाइन पूरी कर ली है और छोटे बैच में उत्पादन कर रही है।
• उत्पादन लाइन की क्षेत्रीय क्षमता 7.7 mAh/cm2 तक बताई गई है और इसका लक्ष्य आज की लिथियम-आयन सेल की लगभग दोगुनी ऊर्जा घनत्व हासिल करना है।
• वाहनों में लगाकर परीक्षण 2026 में करने की योजना है। 2027 से 2030 के बीच धीरे-धीरे बड़े पैमाने पर उत्पादन बढ़ाने का लक्ष्य है।
• CLTC पर 1,000 किलोमीटर की रेंज के दावे अधिक वास्तविक परिस्थितियों में करीब 400 से 465 मील के बराबर हैं।
• ड्राई एनोड विनिर्माण प्रक्रिया कई चरणों को जोड़ती है, जिससे समय और ऊर्जा की खपत घटती है और लागत कम हो सकती है।
• व्यावसायीकरण को तेज करने के लिए चीन ने राष्ट्रीय सहयोगी मंच बनाया है। सॉलिड-स्टेट उत्पादन लाइनों के उपकरणों की बिक्री 2030 तक तेजी से बढ़ने का अनुमान है।
• चीन में BYD, SAIC, Gotion और NIO के कार्यक्रम आगे बढ़ रहे हैं, जबकि विदेशों में Toyota, Nissan, Samsung SDI, LG Energy Solution और Solid Power इस दिशा में काम कर रही हैं।
• बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बेहतर उत्पादन-उपज, स्थिर इंटरफेस, ठोस इलेक्ट्रोलाइट और एनोड की आपूर्ति शृंखला तथा विविध परिस्थितियों में साबित टिकाऊपन जरूरी हैं।