ઇલેક્ટ્રિક વાહનોની નવી પેઢી: BMW અને કોરિયન કંપનીઓ વચ્ચેની 'હાઈ-વોલ્ટેજ' ક્રાંતિ

ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (EV) ના યુગમાં બેટરી એ માત્ર એક સ્પેરપાર્ટ નથી, પરંતુ તે વાહનનું હૃદય છે. જેમ જેમ વિશ્વ અશ્મિભૂત ઇંધણથી દૂર જઈ રહ્યું છે, તેમ તેમ વાહન ઉત્પાદકો વધુ કાર્યક્ષમ, શક્તિશાળી અને લાંબો સમય ચાલતી બેટરીઓની શોધમાં છે. તાજેતરમાં જર્મન લક્ઝરી કાર નિર્માતા BMW ગ્રુપે તેની છઠ્ઠી પેઢીની હાઈ-વોલ્ટેજ બેટરીઓ માટે દક્ષિણ કોરિયાની બે દિગ્ગજ કંપનીઓ, Samsung SDI અને LG Energy Solution સાથે મોટા કરાર કર્યા છે. આ કરાર માત્ર વ્યાપારિક સોદો નથી, પરંતુ તે ભવિષ્યની વાહન ટેકનોલોજીમાં આવનારા મોટા પરિવર્તનનો સંકેત આપે છે. આ નવી ટેકનોલોજી કેવી રીતે કામ કરે છે અને તે સામાન્ય ગ્રાહકો માટે શું અર્થ ધરાવે છે તે સમજવું રસપ્રદ છે.

કોરિયા હેરાલ્ડના અહેવાલ મુજબ, Samsung SDI યુરોપમાં BMW ના પ્લાન્ટ્સ માટે બેટરી સેલ સપ્લાય કરશે, જ્યારે LG Energy Solution અમેરિકામાં આવેલા પ્લાન્ટ્સની જવાબદારી સંભાળશે. આ બંને કંપનીઓ ૨૦૨૦ ના દાયકાના અંત ભાગમાં આ અત્યાધુનિક સેલની ડિલિવરી શરૂ કરશે તેવી અપેક્ષા છે. BMW ની આ વ્યૂહરચનાને 'લોકલ ફોર લોકલ' (local for local) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જેનો અર્થ છે કે જે પ્રદેશમાં વાહનનું ઉત્પાદન થાય છે, તેની આસપાસના વિસ્તારમાં જ તેની બેટરી અને અન્ય મુખ્ય ઘટકોનું ઉત્પાદન કરવું જોઈએ. આનાથી સપ્લાય ચેઈન વધુ મજબૂત બને છે અને પરિવહનનો ખર્ચ પણ ઘટે છે.

બેટરીની અંદરનું વિજ્ઞાન: ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ

કોઈપણ બેટરીની કાર્યપદ્ધતિ સમજવા માટે આપણે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ (electrochemical cell) ના પાયાના સિદ્ધાંતોને સમજવા પડે. વિકિપીડિયાના ડેટા મુજબ, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ એ એવું ઉપકરણ છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી વિદ્યુત ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે અથવા વિદ્યુત ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પ્રેરે છે. આ સેલ મુખ્યત્વે બે પ્રકારના હોય છે: ગેલ્વેનિક સેલ (galvanic cell) અને ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલ (electrolytic cell). ગેલ્વેનિક સેલ રાસાયણિક ઉર્જાને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલમાં બહારથી વીજળી આપીને રાસાયણિક ફેરફારો કરવામાં આવે છે.

દરેક સેલમાં બે અર્ધ-સેલ (half-cells) હોય છે, જેમાં ઓક્સિડેશન (oxidation) અને રિડક્શન (reduction) ની પ્રતિક્રિયાઓ અલગ-અલગ થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં એનોડ (anode) અને કેથોડ (cathode) નામના બે ઇલેક્ટ્રોડ હોય છે. જ્યારે આપણે બેટરીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, ત્યારે એનોડ પરથી ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થાય છે અને બાહ્ય સર્કિટ દ્વારા કેથોડ તરફ વહે છે, જેનાથી વીજ પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન આયનોના પ્રવાહને સંતુલિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (electrolyte) અને સોલ્ટ બ્રિજ (salt bridge) જેવી વ્યવસ્થાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

હાઈ-વોલ્ટેજ બેટરી અને લિથિયમ-આયન ટેકનોલોજી

વર્તમાન સમયમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં સૌથી વધુ લિથિયમ-આયન (lithium-ion) બેટરીઓનો ઉપયોગ થાય છે. આ બેટરીઓ 'સેકન્ડરી સેલ' (secondary cell) ના પ્રકારમાં આવે છે, જેનો અર્થ છે કે તે રિચાર્જેબલ છે. જ્યારે બેટરી ડિસ્ચાર્જ થાય છે ત્યારે તે ગેલ્વેનિક સેલ તરીકે કામ કરે છે અને જ્યારે તેને ચાર્જ કરવામાં આવે છે ત્યારે તે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલ તરીકે વર્તે છે. સામાન્ય રીતે, પાણી આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ધરાવતા સેલની ક્ષમતા ૨.૫ વોલ્ટ સુધી મર્યાદિત હોય છે, કારણ કે વધુ વોલ્ટેજ પર પાણીનું વિઘટન થવા લાગે છે. જોકે, લિથિયમ સેલમાં અન્ય દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરીને ૩ વોલ્ટ કે તેથી વધુ વોલ્ટેજ મેળવી શકાય છે.

BMW ની છઠ્ઠી પેઢીની બેટરીઓ 'હાઈ-વોલ્ટેજ' (high-voltage) શ્રેણીમાં આવે છે. આનો અર્થ એ છે કે આ બેટરીઓ વધુ ઉર્જા ઘનતા (energy density) ધરાવે છે, જે વાહનને એક જ ચાર્જમાં વધુ અંતર કાપવાની ક્ષમતા આપે છે. આ બેટરી સેલ્સને મોડ્યુલોમાં ગોઠવવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ તેને આખા બેટરી પેકમાં એસેમ્બલ કરવામાં આવે છે. BMW એ આ માટે જર્મની, હંગેરી, ચીન, અમેરિકા અને મેક્સિકોમાં પાંચ નવા હાઈ-વોલ્ટેજ બેટરી એસેમ્બલી પ્લાન્ટ્સ સ્થાપ્યા છે. આ પ્લાન્ટ્સમાં સેલ્સ પહોંચાડવામાં આવશે અને ત્યાંથી તૈયાર બેટરી પેક વાહનોમાં ફીટ કરવામાં આવશે.

Samsung SDI: વેક્યુમ ટ્યુબથી સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી સુધીની સફર

Samsung SDI નો ઇતિહાસ ઘણો રસપ્રદ છે. ૧૯૭૦ માં Samsung-NEC તરીકે સ્થપાયેલી આ કંપની શરૂઆતમાં વેક્યુમ ટ્યુબ બનાવતી હતી. સમય જતાં તેણે કેથોડ રે ટ્યુબ (CRT) અને LCD ના ક્ષેત્રમાં પ્રગતિ કરી. ૧૯૯૮ માં કંપનીએ નળાકાર (cylindrical) લિથિયમ-આયન બેટરી વિકસાવી, જે આજે EV ઉદ્યોગનો પાયો છે. ૨૦૨૨ ના ડેટા મુજબ, Samsung SDI વિશ્વમાં ૫% માર્કેટ શેર સાથે છઠ્ઠા ક્રમે છે. કંપની માત્ર પરંપરાગત બેટરીઓ જ નહીં, પરંતુ ભવિષ્યની ટેકનોલોજી ગણાતી સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી (solid-state battery) પર પણ કામ કરી રહી છે.

સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીમાં પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટને બદલે ઘન પદાર્થનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે તેને વધુ સુરક્ષિત અને વધુ ઉર્જા સંગ્રહવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. Samsung SDI એ ૨૦૨૩ માં દક્ષિણ કોરિયાના સુવોન શહેરમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી માટે પાયલોટ લાઇન (pilot line) શરૂ કરી છે. આ ટેકનોલોજી જ્યારે વ્યાપારી ધોરણે ઉપલબ્ધ થશે, ત્યારે તે ઇલેક્ટ્રિક વાહનોની દુનિયામાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે. જોકે, કંપનીને હંગેરી જેવા દેશોમાં પર્યાવરણીય પડકારોનો પણ સામનો કરવો પડ્યો છે, જ્યાં પ્લાન્ટમાં હાનિકારક પદાર્થોના સ્તર અંગે વિવાદો સર્જાયા હતા.

ઉત્પાદન અને વૈશ્વિક નેટવર્ક

BMW ની વ્યૂહરચના મુજબ, બેટરીનું ઉત્પાદન વાહનના ઉત્પાદન સ્થળની નજીક હોવું અનિવાર્ય છે. Samsung SDI હંગેરી, ચીન અને મલેશિયામાં પ્લાન્ટ ધરાવે છે અને હવે તે અમેરિકામાં પણ વિસ્તરણ કરી રહી છે. બીજી તરફ, LG Energy Solution પણ વૈશ્વિક સ્તરે મોટું નેટવર્ક ધરાવે છે. આ કંપનીઓ વચ્ચેની સ્પર્ધાને કારણે બેટરીની કિંમતોમાં ઘટાડો અને કાર્યક્ષમતામાં વધારો જોવા મળી રહ્યો છે. BMW એ યુરોપમાં સપ્લાય માટે ચીનની CATL અને EVE Energy સાથે પણ ભાગીદારી કરી છે, જે દર્શાવે છે કે કંપની કોઈ એક સપ્લાયર પર નિર્ભર રહેવા માંગતી નથી.

સામાન્ય લોકો અને ભારત માટે આનો અર્થ શું છે?

જોકે આ કરારો હાલમાં યુરોપ અને અમેરિકા પર કેન્દ્રિત છે, પરંતુ તેની અસર વૈશ્વિક સ્તરે પડશે. જ્યારે BMW જેવી મોટી કંપનીઓ નવી ટેકનોલોજી અપનાવે છે, ત્યારે તેની કિંમતો ધીમે ધીમે નીચે આવે છે અને તે અન્ય સામાન્ય કારોમાં પણ જોવા મળે છે. ભારત જેવા દેશોમાં, જ્યાં EV માર્કેટ ઝડપથી વધી રહ્યું છે, ત્યાં આવી હાઈ-વોલ્ટેજ બેટરીઓ રેન્જની ચિંતા (range anxiety) દૂર કરવામાં મદદરૂપ થઈ શકે છે. વધુમાં, 'લોકલ ફોર લોકલ' જેવી વ્યૂહરચના ભારતના 'મેક ઇન ઇન્ડિયા' અભિયાન સાથે સુસંગત છે, જે ભવિષ્યમાં ભારતમાં પણ બેટરી સેલના ઉત્પાદનને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.

હાઈ-વોલ્ટેજ બેટરી ટેકનોલોજીમાં હજુ પણ ઘણા પડકારો છે, જેમ કે કાચા માલની ઉપલબ્ધતા અને રિસાયક્લિંગ. લિથિયમ અને કોબાલ્ટ જેવા ખનિજોનું ખાણકામ પર્યાવરણ માટે પડકારજનક છે. તેથી જ વૈજ્ઞાનિકો હવે એવી બેટરીઓ પર પણ સંશોધન કરી રહ્યા છે જેમાં ઓછા દુર્લભ ખનિજોનો ઉપયોગ થાય. છઠ્ઠી પેઢીની આ બેટરીઓ માત્ર પાવર જ નહીં, પરંતુ ટકાઉપણું (sustainability) અને સુરક્ષાના માપદંડોમાં પણ સુધારો લાવશે તેવી અપેક્ષા છે.