वैज्ञानिकों ने एक धातु-रहित छिद्रयुक्त पदार्थ विकसित किया है जो प्लैटिनम के समान उत्प्रेरक प्रदर्शन प्रदान कर सकता है, जिससे जिंक-एयर बैटरी जैसी अगली पीढ़ी की स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की लागत संभावित रूप से कम हो सकती है।

जिंक-एयर (Zn-air) बैटरियां ऑक्सीजन अपचयन अभिक्रिया (ORR) के माध्यम से विद्युत उत्पन्न करती हैं, जिसमें हवा से ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड पर अभिक्रिया करती है। इस अभिक्रिया की दक्षता बैटरी के प्रदर्शन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

जिंक-एयर बैटरी को अगली पीढ़ी के ऊर्जा भंडारण के लिए एक आशाजनक विकल्प माना जाता है क्योंकि ये जिंक का उपयोग करती हैं, जो एक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध, अपेक्षाकृत सस्ता और सुरक्षित पदार्थ है, जबकि सक्रिय कैथोड सामग्री को संग्रहीत करने के बजाय सीधे हवा से ऑक्सीजन प्राप्त करती हैं।

परंपरागत लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में, Zn-एयर सिस्टम में उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व, कम सामग्री लागत, बेहतर सुरक्षा और अधिक टिकाऊपन प्रदान करने की क्षमता है। हालांकि, रिचार्जेबिलिटी, चक्र जीवन और ORR गतिकी से संबंधित चुनौतियां अभी भी बनी हुई हैं।

हाइड्रोजन ईंधन सेल के लिए कुशल ऑक्सीजन इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री भी अत्यंत महत्वपूर्ण है। कई स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियां वर्तमान में प्लैटिनम को ऑक्सीजन रिडक्शन रेट (ORR) उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करती हैं, क्योंकि इसकी उत्प्रेरक क्षमता उच्च होती है। हालांकि, प्लैटिनम की उच्च लागत, दुर्लभता और सीमित उपलब्धता बड़े पैमाने पर इसके उपयोग में महत्वपूर्ण बाधाएं बनी हुई हैं।

कोलकाता स्थित एसएन बोस राष्ट्रीय बुनियादी विज्ञान केंद्र (SNBNCBS), मोहाली स्थित नैनो विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (INST) - ये दोनों संस्थान विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) के अंतर्गत आते हैं - और अमरावती स्थित एसआरएम विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक धातु-रहित कार्बनिक छिद्रयुक्त पदार्थ विकसित किया है जो एक विकल्प प्रदान कर सकता है।

TTT-DHTD नामक इस पदार्थ को 2,4,6-ट्रिस(4-एमिनोफेनिल)-1,3,5-ट्रायज़ीन (TTT) और 4,8-डाइऑक्सो-4,8-डाइहाइड्रोबेंज़ो[1,2-b:4,5-b']डाइथियोफीन-2,6-डाइकार्बाल्डिहाइड (DHTD) लिंकर्स का उपयोग करके तैयार किया गया था। ये निष्कर्ष साइंस एडवांसेज नामक पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।

शोधकर्ताओं के अनुसार, जब जिंक-एयर बैटरी में एयर-इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है, तो टीटीटी-डीएचटीडी कीमती धातुओं का उपयोग किए बिना प्लैटिनम के लगभग समान प्रदर्शन करता है।

कार्बन, सल्फर, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन जैसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले तत्वों से पूरी तरह से बना यह पदार्थ एक अति-छिद्रपूर्ण, मधुकोश जैसी संरचना बनाता है जो ऑक्सीजन को बिजली में परिवर्तित करने में सहायक होता है।

प्रयोगशाला परीक्षणों से पता चला कि उत्प्रेरक ने व्यावसायिक प्लैटिनम उत्प्रेरकों के प्रदर्शन का लगभग 96 प्रतिशत हासिल किया, साथ ही उच्च स्थिरता भी प्रदर्शित की। इसने 120 घंटे के निरंतर संचालन के बाद भी अपना प्रदर्शन बरकरार रखा, बिना किसी गिरावट या संदूषण के, जो कि पारंपरिक धातु-आधारित उत्प्रेरकों को प्रभावित कर सकता है।

इस शोध का नेतृत्व एसएनबीएनसीबीएस के डॉ. प्रदीप पचफुले, आईएसटी के प्रोफेसर रामेंद्र सुंदर डे और एसआरएम विश्वविद्यालय, अमरावती के प्रोफेसर रंजीत थापा ने किया।

शोधकर्ताओं ने पदार्थ के उत्प्रेरक प्रदर्शन की जांच के लिए उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन का भी उपयोग किया। अध्ययनों से पता चला कि इसकी इंजीनियर आणविक संरचना ऑक्सीजन अणुओं के जुड़ने और प्रतिक्रिया करने के लिए अनुकूल स्थान बनाती है, जिससे कुशल विद्युत उत्पादन में सहायता मिलती है।

निष्कर्ष बताते हैं कि प्लैटिनम को सस्ते कार्बनिक पदार्थों से बदलने से Zn-एयर सेल की लागत कम हो सकती है और स्वच्छ परिवहन, पोर्टेबल पावर सिस्टम और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण में इसके व्यापक उपयोग को बढ़ावा मिल सकता है।

यह अध्ययन दर्शाता है कि कैसे आणविक डिजाइन और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले पदार्थों को प्रमुख विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं में कीमती धातुओं के प्रदर्शन के करीब पहुंचने में सक्षम बना सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने कहा कि यह विकास अधिक किफायती, टिकाऊ और सतत ऊर्जा भंडारण और ईंधन-सेल प्रौद्योगिकियों के निर्माण के प्रयासों में योगदान दे सकता है।