इलेक्ट्रिक वाहनों और ऑटोमोटिव उद्योग के लिए उन्नत कंपोजिट की व्यापक व्याख्या
मिश्रित सामग्री से तात्पर्य दो या दो से अधिक विभिन्न सामग्रियों से बनी सामग्रियों से है। आमतौर पर, धातु, चीनी मिट्टी या बहुलक सामग्री का उपयोग मुख्य मैट्रिक्स सामग्री के रूप में किया जा सकता है। पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में, अधिकांश मिश्रित सामग्रियों को उच्च विशिष्ट शक्ति, कम वजन और अपेक्षाकृत उच्च संक्षारण प्रतिरोध पर ध्यान देने के साथ डिज़ाइन किया गया है। उच्च शक्ति, उच्च थकान शक्ति, बेहतर भौतिक गुण, हल्का वजन और बेहतर सतह फिनिश मिश्रित सामग्रियों के मुख्य लाभ हैं।
ऑटोमोटिव उद्योग में, मिश्रित सामग्री सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातुओं की तुलना में हल्की होती है। कार्बन फाइबर-आधारित कंपोजिट कारों, एयरोस्पेस, सैन्य रक्षा और खेल उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले उच्चतम प्रदर्शन वाले पॉलिमर कंपोजिट हैं। पारंपरिक कारों में, धातु केंद्रीय संरचना का निर्माण करती है, जबकि कुछ आंतरिक हिस्से मिश्रित सामग्री से बने होते हैं। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर कंपोजिट को वाहन के वजन को कम करने के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री माना गया है, हालांकि यह पारंपरिक धातुओं से भिन्न हो सकता है और महंगा है।
एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में, मिश्रित सामग्रियों में यांत्रिक गुणों, सूक्ष्म संरचना और सतह आकारिकी में अधिक वृद्धि देखी जा सकती है। आम तौर पर, ऑटोमोटिव उद्योग में मिश्रित सामग्रियों के अनुप्रयोग को विशेष सामग्रियों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इलेक्ट्रिक वाहनों में, स्टील और कच्चा लोहा वजन के हिसाब से लगभग आधी सामग्री के लिए जिम्मेदार होते हैं; एल्युमीनियम मिश्र धातुएँ कुल का लगभग 9%, प्लास्टिक 11% और रबर 3% बनाती हैं। आजकल, उद्योग नवीकरणीय संसाधनों के उपयोग पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं और वैश्विक प्रभाव के साथ पुनर्चक्रण योग्य, पर्यावरण के अनुकूल और कम खतरनाक सामग्रियों का उपयोग कर रहे हैं।
उत्सर्जन और ईंधन की खपत को कम करना ऑटोमोटिव उद्योग के सामने प्रमुख चुनौतियां हैं। कार्बन आधारित जीवाश्म ईंधन पर निर्भर ऊर्जा उत्पादन के कारण, पर्यावरण में बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसें उत्सर्जित होती हैं। वैश्विक बिजली खपत में निरंतर वृद्धि के साथ, पिछले कुछ दशकों में ऊर्जा की मांग में भी वृद्धि हुई है। ईंधन की उच्च लागत और पर्यावरणीय गिरावट को देखते हुए, उपभोक्ता इलेक्ट्रिक वाहन चुनने के लिए प्रेरित होते हैं। दुनिया भर के कई देशों में इलेक्ट्रिक वाहनों के उपयोग की मांग और प्रेरणा बढ़ी है। इलेक्ट्रिक वाहन डीजल, गैसोलीन और अन्य जीवाश्म ईंधन वाहनों के विकल्प हैं क्योंकि वे लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करते हैं, जो मिश्रित चार्जिंग की सुविधा प्रदान करते हैं और वजन में हल्के होते हैं, क्योंकि वाहन ईंधन दक्षता में सुधार के लिए अधिकांश घटक मिश्रित सामग्री से बने होते हैं। इसके अतिरिक्त, उन्हें जीवाश्म ईंधन से चलने वाले पारंपरिक वाहनों के लिए आवश्यक अधिकांश घटकों की आवश्यकता नहीं हो सकती है। कुछ राइड-हेलिंग कंपनियां अपने आंतरिक दहन इंजन बेड़े को इलेक्ट्रिक वाहनों से बदलने पर ध्यान केंद्रित कर रही हैं।
ऊर्जा दक्षता के मुद्दों को संबोधित करने के लिए, शोधकर्ता ऑटोमोटिव भागों को बदलने के लिए हल्के पदार्थों का उपयोग करने का सुझाव देते हैं, जो ईंधन अर्थव्यवस्था को बढ़ाते हुए वाहन के वजन को कम कर सकते हैं। वाहन के वजन में प्रत्येक 10 किलोग्राम की कमी से कार्बन उत्सर्जन में 1 ग्राम प्रति किलोमीटर की कमी आएगी, जिससे ईंधन की खपत कम होगी। हल्का समाधान धीरे-धीरे एक महत्वपूर्ण तरीका बनता जा रहा है क्योंकि यह ईंधन की मांग और उत्सर्जन को कम करने में प्रभावी साबित हुआ है।
ऑटोमोटिव लाइटवेटिंग वाहन के आकार को बनाए रखने और उपभोक्ता की जरूरतों को सुनिश्चित करते हुए वैकल्पिक सामग्रियों और पुन: डिज़ाइन घटकों के माध्यम से वाहन के द्रव्यमान को कम करने पर केंद्रित है। आंतरिक दहन इंजन वाहनों के डिजाइन में, शोधकर्ताओं ने पारंपरिक वाहनों की तुलना में हल्के पदार्थों के फायदों का अध्ययन करने के लिए विभिन्न प्रौद्योगिकियों को नियोजित किया है। इलेक्ट्रिक वाहनों और हल्के डिज़ाइन के एकीकरण का परिणाम वाहन के पर्यावरणीय प्रभाव में कमी है। इसके अलावा, इलेक्ट्रिक वाहनों में हल्के पदार्थों का उपयोग अपेक्षित है, क्योंकि यह द्रव्यमान को कम करके प्रदर्शन में सुधार कर सकता है, जैसे ड्राइविंग रेंज और बैटरी आकार नियंत्रण (जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है)।
इलेक्ट्रिक वाहन संरचनात्मक घटक संरचना
मिश्रित सामग्री को हल्के घटकों के निर्माण के लिए संभावित उम्मीदवार सामग्री माना जाता है, और कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक (सीएफआरपी) जैसी हल्की सामग्री के उत्पादन के लागत प्रभावी तरीकों को विकसित करने के साथ-साथ वाहन के वजन को कम करने के प्रयास किए गए हैं। पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में, सीएफआरपी में उच्च शक्ति, कम वजन, अच्छा कंपन प्रतिरोध, उच्च कठोरता और उच्च थकान और संक्षारण प्रतिरोध होता है।
हाल के वर्षों में, हालांकि ऑटोमोटिव मिश्रित सामग्री प्रौद्योगिकी पर व्यापक ध्यान और अनुसंधान आया है, ऑटोमोटिव उद्योग में रोजगार अभी भी एयरोस्पेस उद्योग से पीछे है। इसलिए, इलेक्ट्रिक वाहनों की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए और अधिक विकास और उन्नति की आवश्यकता है। निम्नलिखित चार्ट विभिन्न वाहन प्रकारों का वर्गीकरण दिखाता है। इलेक्ट्रिक वाहन और ऑटोमोटिव उद्योगों के मौजूदा आंकड़ों को मिलाकर, 2020 में अंतरराष्ट्रीय यात्री इलेक्ट्रिक वाहन बाजार का अनुमानित मूल्य लगभग 120.81 बिलियन डॉलर था, जिसमें 2021 से 2028 तक लगभग 32.5% की अपेक्षित चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर होगी।
विभिन्न वाहन श्रेणियाँ
2020 में, वैश्विक कार बिक्री लगभग 3 मिलियन यूनिट थी, जो 2019 से लगभग 40% की वृद्धि दर्शाती है। उसी वर्ष, चीन में इलेक्ट्रिक वाहनों की वैश्विक बिक्री में लगभग 30% हिस्सेदारी थी। 2021 से, संयुक्त राज्य अमेरिका ने बैटरी-इलेक्ट्रिक वाहनों (बीईवी) के 15 से अधिक विभिन्न मॉडलों की पेशकश की है। प्लग-इन हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों (पीएचईवी) की तुलना में, बीईवी में उनकी रेंज के मुद्दों के कारण उच्च वृद्धि देखने की उम्मीद है।
बैटरी-इलेक्ट्रिक वाहन क्षेत्र में, टेस्ला मॉडल एस का उन्नत संस्करण सबसे आम था, आपूर्तिकर्ता ने 2020 में बैटरी-इलेक्ट्रिक वाहन डोमेन में 70% से अधिक बिक्री हासिल की। पीएचईवी उद्योग में उच्चतम चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर पूर्वानुमानित अवधि के भीतर 32% से अधिक हो सकता है। इन प्रगतियों का श्रेय औद्योगिक और विकासशील अर्थव्यवस्थाओं की सरकारों द्वारा इलेक्ट्रिक वाहनों के उपयोग को बढ़ावा देने के लिए दी गई सिफारिशों को दिया जा सकता है।