লিথিয়াম-ভিত্তিক ব্যাটারিগুলি দুর্দান্ত, বিভিন্ন ইলেক্ট্রোড রসায়ন তাদের বিভিন্ন ব্যবহারের জন্য স্লট করার অনুমতি দেয়। তাদের সাথে সমস্যাটির সাথে তাদের পারফরম্যান্সের কোনও সম্পর্ক নেই। আমরা যে চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হলাম তা হল আমরা একটি করতে চাই অনেক ব্যাটারির; যদি তাদের সবাই লিথিয়াম ব্যবহার করে, আমরা নিঃসন্দেহে সরবরাহ সংকটের মুখোমুখি হতে যাচ্ছি।
এর একটি সম্ভাব্য সমাধান হল লিথিয়ামকে ভিন্ন আয়ন দিয়ে প্রতিস্থাপন করা। বিকল্প ব্যাটারিগুলি আমরা বর্তমানে যে সমস্ত বিভিন্ন জায়গায় ব্যবহার করি সেগুলি লিথিয়াম ভেরিয়েন্টের মতো ভাল নাও হতে পারে৷ সব জায়গায় লিথিয়াম আটকানোর প্রয়োজনের কিছু দূর করার জন্য তাদের শুধুমাত্র একটি কাজে যথেষ্ট ভাল হতে হবে।
সোডিয়াম-ভিত্তিক ব্যাটারির প্রতি কিছু আগ্রহের পেছনে এটাই যুক্তি। সোডিয়াম খুবই প্রচুর এবং সেইসঙ্গে সস্তা এবং ব্যাটারিতে ব্যবহার করার সময় এটি কিছুটা লিথিয়ামের মতো আচরণ করতে পারে। কিন্তু সোডিয়াম ব্যাটারি সবসময় বিস্ফোরকভাবে প্রতিক্রিয়া করার সোডিয়ামের প্রবণতার সাথে যুক্ত ঝুঁকি বহন করে। কিন্তু একটি সম্প্রতি উন্নত কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট পরামর্শ দেয় যে সোডিয়ামের সাথে যুক্ত অন্তত কিছু চ্যালেঞ্জ অতিক্রম করা যেতে পারে।
দুর্ঘটনাজনিত ইলেক্ট্রোলাইট
সোডিয়ামের উপর ভিত্তি করে অনেকগুলি ব্যাটারি প্রযুক্তি রয়েছে, যেমন সোডিয়াম-সালফার ব্যাটারি, যে লিথিয়াম ব্যাটারির সাথে সামান্য মিল আছে। কিন্তু সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি লিথিয়াম-আয়নের মতো কমবেশি একই নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে এবং এমনকি কার্বন-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোডের মতো একই উপাদানগুলির কিছু ব্যবহার করতে পারে। সোডিয়াম ভারী, তাই সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি সত্যিই একই শক্তি-প্রতি-ওজন স্তরে পৌঁছাতে পারে না যা লিথিয়াম করতে পারে। কিন্তু আবার, সোডিয়াম প্রচুর এবং সস্তা, তাই সোডিয়াম ব্যাটারিগুলি এমন ক্ষেত্রে বোঝা যেতে পারে যেখানে ওজন গুরুত্বপূর্ণ নয়, যেমন হোম- এবং গ্রিড-লেভেল স্টোরেজ।
এখানে বড় হ্যাং আপ সোডিয়াম নিজেই. অনেক লিথিয়াম-ভিত্তিক ব্যাটারি দুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে আয়ন পেতে একটি জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে। এবং সোডিয়াম জলের সাথে ভালভাবে পাওয়ার জন্য উল্লেখ্য নয়। প্রকৃতপক্ষে, এটি হাইড্রোজেন মুক্তির জন্য শক্তিশালীভাবে প্রতিক্রিয়া করে, যা পরে বিস্ফোরিত হয়। লিথিয়াম ব্যাটারিতে অ-জলীয় ইলেক্ট্রোলাইটগুলির সাথে আগুনের ঝুঁকিগুলি সমস্যাযুক্ত; পরিবেশের সাথে সোডিয়ামের প্রতিক্রিয়া যোগ করুন, এবং বিপদগুলি গুরুতর।
সুতরাং, ইলেক্ট্রোলাইট গবেষণার জন্য একটি যুক্তিসঙ্গত লক্ষ্য বলে মনে হচ্ছে। এটি কিছুটা আশ্চর্যজনক কারণ গবেষণা দলটি দুর্ঘটনাক্রমে ইলেক্ট্রোলাইট জুড়ে হোঁচট খেয়েছে বলে মনে হচ্ছে। গবেষকরা ইলেক্ট্রোলাইটের সংশ্লেষণের জন্য তাদের কাজ উল্লেখ করেন এবং যদি আপনি নিচে যে রেফারেন্স তাড়া, আপনি দেখতে পাবেন এটি একটি এমআরআই কনট্রাস্ট এজেন্টের কথা বলছে। কেউ কীভাবে এটি ব্যাটারিতে চেষ্টা করার ধারণা নিয়ে এসেছিল তা ঠিক পরিষ্কার নয়, তবে আমরা এখানে আছি।
ইলেক্ট্রোলাইট নিজেই যাকে ব্লক কপোলিমার বলা হয়। এগুলি হল অণু যা দুটি ভিন্ন শ্রেণীর সাবুনিটের মধ্যে তৈরি। পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়াটি এমনভাবে নিয়ন্ত্রিত হয় যে আপনি একটি সাবইউনিটের পুনরাবৃত্তি দিয়ে তৈরি পলিমারের প্রসারিত অংশের সাথে পর্যায়ক্রমে অন্যটি গঠিত প্রসারিত অংশের সাথে শেষ হয়। (এই প্রসারিতগুলিকে ব্লক বলা হয়, উপাদানটিকে এর নাম দেয়।)
এই ক্ষেত্রে, দুটি ব্লকের একটি কার্বন/সালফার যৌগের উপর ভিত্তি করে ছিল; এই পলিমার একা একটি নিয়ন্ত্রণ উপাদান হিসাবে পরিবেশিত. ব্লক কপোলিমারের জন্য, দ্বিতীয় ব্লকটি ছিল একটি হাইড্রোকার্বন যার বেশিরভাগ হাইড্রোজেন ফ্লোরিন পরমাণুর জন্য অদলবদল করা হয়েছিল। ফ্লোরিনের পিছনে ধারণাটি ছিল সম্পর্কিত ইলেক্ট্রোলাইটগুলির সাথে ঘটে যাওয়া পরিস্থিতি এড়ানো, যেখানে সোডিয়াম পলিমারের অক্সিজেনের সাথে মিথস্ক্রিয়া শেষ করে এবং তাই এর মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরিবর্তে এটি আটকে যায়।
ব্লক কপোলিমার শক্ত হলেও, এটি ব্যাটারি অপারেশনের সময় ঘটতে পারে এমন তাপমাত্রায় গ্লাস থেকে প্লাস্টিকের রূপান্তরিত হয়। উভয় অবস্থায়, এটি দুটি ভিন্ন ব্লকের উপর ভিত্তি করে স্বতন্ত্র ডোমেইন গঠনের প্রবণতা দেখায়, ফ্লোরিনযুক্ত উপাদান অভ্যন্তরীণ চ্যানেল তৈরি করে যা সোডিয়ামকে মিটমাট করতে পারে এবং অন্যান্য ব্লকগুলি কাঠামোগত অখণ্ডতা প্রদান করে।
এটা কিভাবে কাজ করে?
গবেষকরা পলিমারের মধ্যে এবং বাইরে সোডিয়াম সাইকেল চালাতে এবং কী ঘটছে তা দেখার জন্য প্রচুর কাগজ ব্যয় করেন। এটি উপাদানটির পৃষ্ঠে সোডিয়ামের একটি স্তর তৈরি করে – এটিকে ইলেক্ট্রোপ্লেটিং করার মতো। এটি লক্ষ্য করা গুরুত্বপূর্ণ যে সোডিয়াম পলিমারের উপর একটি মসৃণ পৃষ্ঠ তৈরি করেছে। কন্ট্রোল পলিমারে, বিপরীতে, ধারালো প্রান্ত সহ সোডিয়ামের ডেনড্রাইটগুলি তৈরি হয়। এটি তাৎপর্যপূর্ণ কারণ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য ডেনড্রাইট গঠন ব্যর্থতার একটি প্রধান বিন্দু।
মূল বিষয় হল এই প্রক্রিয়াটি বিপরীত রয়ে যায়; পলিমারে সোডিয়ামের প্রলেপ বিপরীত করা যেতে পারে এবং তারপর আবার প্রলেপ দেওয়া যেতে পারে। কর্মক্ষমতা 200 টিরও বেশি চক্রের সোডিয়ামের ভিতরে এবং বাইরের জন্য ভাল ছিল।
তাই, তারা এগিয়ে গিয়ে দুটি ভিন্ন ব্যাটারি তৈরি করেছে। উভয় ব্যাটারির জন্য, একটি ইলেক্ট্রোড ছিল কেবল সোডিয়াম ধাতু (একটি পদ্ধতি যা লিথিয়ামের জন্য তৈরি করা হচ্ছে, কারণ এটি ওজন প্রতি চার্জকে ব্যাপকভাবে বাড়িয়ে তুলবে)। অন্যান্য ইলেক্ট্রোড সোডিয়াম-ভ্যানেডিয়াম ফসফেট উপাদান বা সোডিয়াম আয়রন ফসফেটে সোডিয়াম সঞ্চয় করে। দুটি ব্যাটারিই কাজ করেছে। চার্জ/ডিসচার্জ কারেন্ট বাড়ানোর কারণে কর্মক্ষমতা কিছুটা কমেছে, কিন্তু এর ফলে পলিমারের স্থায়ী ক্ষতি হয়নি; বর্তমান ড্রপ পূর্বের কর্মক্ষমতা পুনরুদ্ধার.
তবে মূল জিনিসটি ছিল স্থিতিশীলতা। 900 টিরও বেশি চক্রের পরে, এটিতে এখনও ব্যাটারির প্রাথমিক ক্ষমতার 97 শতাংশের বেশি ছিল।
যার কোনটিই বলে না যে সোডিয়াম ব্যাটারিগুলি পরবর্তী বড় জিনিস হতে গ্যারান্টিযুক্ত। সোডিয়াম মেটাল ইলেক্ট্রোড যুক্ত যেকোন ব্যাটারিতে নিরাপত্তা বজায় রাখার জন্য বেশ কিছু উল্লেখযোগ্য প্রকৌশল খরচ যুক্ত হতে চলেছে—ইঞ্জিনিয়ারিং যা সোডিয়াম ব্যবহারের কিছু খরচ সঞ্চয় এবং মেটাল ইলেক্ট্রোড থাকার ওজন সঞ্চয় করতে পারে। কিন্তু গুরুত্বপূর্ণ জিনিসটি এখন পরিপক্ক প্রযুক্তি থাকা সম্পর্কে কম নয়, এত বেশি যে বিভিন্ন ধরণের ব্যাটারি রসায়ন বিকাশের অধীনে থাকা সময়ের মধ্যে বিদ্যমান ব্যাটারি উত্পাদনের স্কেল এমন পর্যায়ে পৌঁছে যায় যেখানে লিথিয়াম একটি সীমাবদ্ধ ফ্যাক্টর হয়ে ওঠে।
প্রকৃতির উপকরণ2022. DOI: 10.1038/s41563-022-01296-0 (DOI সম্পর্কে)।
