भारतीय वैज्ञानिकों ने सूर्य की रोशनी से चलने वाला स्व-चार्जिंग ऊर्जा भंडारण उपकरण विकसित किया है।

भारतीय वैज्ञानिकों ने सूर्य की रोशनी से चलने वाला एक अभिनव ऊर्जा भंडारण उपकरण विकसित किया है जो एक ही इकाई में सौर ऊर्जा को पकड़ और संग्रहीत कर सकता है, जो पोर्टेबल, पहनने योग्य और ऑफ-ग्रिड अनुप्रयोगों के लिए स्वच्छ, आत्मनिर्भर ऊर्जा समाधानों की दिशा में एक बड़ा कदम है।

फोटो-कैपेसिटर के नाम से जाना जाने वाला यह उपकरण, विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के अधीन एक स्वायत्त संस्थान, बेंगलुरु स्थित नैनो और सॉफ्ट मैटर साइंसेज सेंटर (सीईएनएस) के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित किया गया है। पारंपरिक सौर प्रणालियों के विपरीत, जिनमें ऊर्जा संचयन और भंडारण के लिए अलग-अलग इकाइयों की आवश्यकता होती है, यह नई तकनीक दोनों कार्यों को एकीकृत करती है, जिससे सिस्टम की जटिलता, लागत और ऊर्जा हानि में काफी कमी आती है।

पारंपरिक सौर ऊर्जा प्रणालियाँ ऊर्जा ग्रहण करने के लिए सौर पैनलों और उसे संग्रहित करने के लिए बैटरी या सुपरकैपेसिटर पर निर्भर करती हैं, साथ ही वोल्टेज और करंट को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त विद्युत प्रबंधन इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करती हैं। इससे अक्सर उपकरण का आकार बढ़ जाता है और दक्षता कम हो जाती है, विशेष रूप से लघु और स्वायत्त प्रणालियों के लिए। नव विकसित फोटो-रिचार्जेबल सुपरकैपेसिटर सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करके और उसे एक ही संरचना के भीतर संग्रहित करके इन सीमाओं को दूर करता है।

डॉ. कविता पांडे के मार्गदर्शन में विकसित इस नवाचार में बाइंडर-मुक्त निकल-कोबाल्ट ऑक्साइड (NiCo₂O₄) नैनोवायरों का उपयोग किया गया है, जिन्हें एक सरल इन-सीटू हाइड्रोथर्मल प्रक्रिया के माध्यम से सीधे निकल फोम पर उगाया जाता है। ये नैनोवायर एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण और सुचालक त्रि-आयामी नेटवर्क बनाते हैं जो सूर्य के प्रकाश को कुशलतापूर्वक अवशोषित करते हुए विद्युत आवेश को संग्रहित करता है, जिससे यह सामग्री एक साथ सौर ऊर्जा संग्राहक और सुपरकैपेसिटर इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य कर सकती है।

परीक्षण के दौरान, NiCo₂O₄ इलेक्ट्रोड ने प्रकाश की उपस्थिति में धारिता में 54 प्रतिशत की वृद्धि प्रदर्शित की, जो 15 mA cm⁻² की धारा घनत्व पर 570 से बढ़कर 880 mF cm⁻² हो गई। इलेक्ट्रोड ने उत्कृष्ट स्थायित्व भी प्रदर्शित किया, 10,000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद भी अपनी मूल क्षमता का 85 प्रतिशत बरकरार रखा।

वास्तविक परिस्थितियों में इसके प्रदर्शन का आकलन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सक्रिय कार्बन को ऋणात्मक इलेक्ट्रोड और NiCo₂O₄ नैनोवायर को धनात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करके एक असममित फोटो-सुपरकैपेसिटर विकसित किया। इस उपकरण ने 1.2 वोल्ट का स्थिर आउटपुट वोल्टेज प्रदान किया और 1,000 फोटो-चार्जिंग चक्रों के बाद भी 88 प्रतिशत धारिता बरकरार रखी। इसने कम रोशनी से लेकर तेज धूप तक, विभिन्न प्रकाश स्थितियों में भी कुशलतापूर्वक प्रदर्शन किया।

अध्ययन से पता चलता है कि सूर्य के प्रकाश को इकट्ठा करने और ऊर्जा भंडारण को एक ही उपकरण में एकीकृत करने से स्व-चार्जिंग पावर सिस्टम को सक्षम बनाया जा सकता है जो बिजली ग्रिड तक पहुंच के बिना दूरदराज के क्षेत्रों में भी काम करने में सक्षम है, जिससे जीवाश्म ईंधन और पारंपरिक बैटरी पर निर्भरता काफी कम हो जाती है।

प्रायोगिक कार्य के साथ-साथ किए गए सैद्धांतिक विश्लेषण से पता चला कि कोबाल्ट ऑक्साइड संरचना में निकेल के प्रतिस्थापन से पदार्थ का बैंड गैप लगभग 1.67 eV तक कम हो जाता है और अर्ध-धात्विक व्यवहार उत्पन्न होता है। यह दुर्लभ दोहरा गुण तीव्र आवेश परिवहन और उच्च विद्युत चालकता को सक्षम बनाता है, जिससे यह प्रकाश-सहायता प्राप्त ऊर्जा भंडारण के लिए विशेष रूप से प्रभावी हो जाता है।

रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री के जर्नल सस्टेनेबल एनर्जी एंड फ्यूल्स में प्रकाशित यह शोध प्रायोगिक और सैद्धांतिक सामग्री विज्ञान के बीच तालमेल को उजागर करता है और स्मार्ट, फोटो-रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण उपकरणों की एक नई श्रेणी का परिचय देता है।

आगे के विकास के साथ, इस तरह की एकीकृत प्रणालियाँ भारत के स्वच्छ ऊर्जा लक्ष्यों को आगे बढ़ाने और वैश्विक स्तर पर टिकाऊ ऊर्जा समाधानों का समर्थन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती हैं।