পটভূমি:
চায়নিজ আকাদেমি অফ সায়েন্সেস-এর কুইংডাও ইনস্টিটিউট অফ বায়োএনার্জি অ্যান্ড বায়োপ্রসেস টেকনোলজির গবেষকরা সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ সাফল্য অর্জন করেছেন, যা সম্ভবত বর্ধিত ব্যাটারি লাইফ সহ ছোট ইলেকট্রনিক ডিভাইসের স্বপ্নকে বাস্তবায়িত করতে পারে। এই অগ্রগতি ৩১শে জুলাই আন্তর্জাতিক একাডেমিক জার্নাল নেচার এনার্জিতে প্রকাশিত হয়েছে।
মোবাইল ফোন, কম্পিউটার এবং অন্যান্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসে ব্যবহৃত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি মূলত তরল ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে শক্তি সঞ্চয় এবং নির্গত করে। বিজ্ঞানীরা এখন একটি নতুন ধরনের ব্যাটারি নিয়ে গবেষণা করছেন—সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারি। এগুলি তরলের পরিবর্তে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে, যা তাদের উল্লেখযোগ্যভাবে নিরাপদ করে তোলে।
যদিও সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারি আদর্শ বলে মনে হয়, তবে এর বিকাশে কিছু চ্যালেঞ্জ রয়েছে। প্রধানত, ব্যাটারির ক্যাথোডের মধ্যে থাকা বিভিন্ন উপাদানের রাসায়নিক এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে নিখুঁত সামঞ্জস্য কঠিন হয়ে পরে, যার ফলে একাধিক ইন্টারফেস সমস্যা দেখা দেয় যা শক্তি ঘনত্ব এবং জীবনকালকে প্রভাবিত করে। এটি সমাধান করার জন্য, গবেষণা দল একটি নতুন উপাদান তৈরি করেছে: একটি সমজাতীয় ক্যাথোড উপাদান (লিথিয়াম টাইটানিয়াম জার্মেনিয়াম ফসফোসেলেনাইড)।
ঐতিহ্যবাহী উপকরণগুলির তুলনায়, এই যৌগটি উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, উচ্চ শক্তি ঘনত্ব এবং বর্ধিত পরিষেবা জীবন সহ সুবিধা প্রদান করে:
উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা:এই নতুন উপাদানটি উচ্চ আয়নিক এবং ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা প্রদর্শন করে, যা ঐতিহ্যবাহী ব্যাটারি উপাদানগুলির (স্তরযুক্ত অক্সাইড ক্যাথোড) চেয়ে ১০০০ গুণেরও বেশি। এটি কন্ডাকটিভ অ্যাডিটিভের উপর নির্ভর না করে মসৃণ চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া সক্ষম করে, যা সামগ্রিক ব্যাটারির কার্যকারিতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।
উচ্চ ডিসচার্জ ক্ষমতা:নতুন উপাদানটি প্রতি গ্রামে ২৫০ mAh এর উচ্চ ডিসচার্জ ক্ষমতা দেখায়, যা বর্তমানে ব্যবহৃত উচ্চ-নিকেল ক্যাথোড উপাদানগুলির চেয়ে বেশি। সমতুল্য ওজন বা আয়তনে, এই উপাদানযুক্ত ব্যাটারিগুলি বৃহত্তর বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয় করতে পারে। এটি কেবল ঘন ঘন রিচার্জ ছাড়াই দীর্ঘ সময় ধরে কাজ করতে সক্ষম করে, যা সহনশীলতা বাড়ায় না, বরং ব্যাটারির আকারও হ্রাস করে, যা আরও কমপ্যাক্ট ডিভাইসগুলির নকশাকে সহজ করে তোলে।
কম ভলিউম পরিবর্তন:চার্জিং এবং ডিসচার্জিং চক্রের সময়, নতুন উপাদানটি মাত্র ১.২% ভলিউম পরিবর্তন দেখায়, যা প্রচলিত স্তরযুক্ত অক্সাইড ক্যাথোড উপাদানগুলিতে পর্যবেক্ষিত ৫০% এর চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে কম। এই সামান্য ভলিউম পরিবর্তন কাঠামোগত স্থিতিশীলতা বজায় রাখতে সাহায্য করে, যার ফলে ব্যাটারির কার্যকরী জীবনকাল বৃদ্ধি পায়।
উচ্চ শক্তি ঘনত্ব:এই নতুন উপাদান ব্যবহার করে সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারিগুলি ৩৯০ Wh/kg শক্তি ঘনত্ব অর্জন করে, যা পূর্বে রিপোর্ট করা দীর্ঘ-চক্রের সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারির তুলনায় ১.৩ গুণ বৃদ্ধি।
বর্ধিত পরিষেবা জীবন:এই উপাদান ব্যবহার করে সম্পূর্ণ কঠিন অবস্থার লিথিয়াম ব্যাটারিগুলি ১০,০০০ এর বেশি চক্র অর্জন করে। ৫,০০০ চার্জ চক্রের পরে, ব্যাটারি তার প্রাথমিক ক্ষমতার ৮০% ধরে রাখে, যা দীর্ঘ সময়ের জন্য পর্যাপ্ত শক্তি সরবরাহ করে।
এই গবেষণাটি উচ্চ-শক্তি-ঘনত্ব, দীর্ঘ-জীবন শক্তি সঞ্চয় ডিভাইস তৈরি করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত সহায়তা প্রদান করে, যা নতুন শক্তি যানবাহন, শক্তি সঞ্চয় গ্রিড এবং গভীর সমুদ্র/গভীর মহাকাশ সরঞ্জামের জন্য নিরাপদ এবং টেকসই শক্তির উৎস সরবরাহ করে। এটি নতুন শক্তি সঞ্চয় সিস্টেমের অগ্রগতির জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে।