অরিচ লসন | গেটি ইমেজ

নতুন প্রযুক্তির সাথে একটি ক্লাসিক বিড়ম্বনা রয়েছে, যে গ্রহণকারীরা প্রত্যেকে যে তিনটি জিনিস চায় তার মধ্যে দুটিতে নিজেদের সীমাবদ্ধ রাখতে বাধ্য হয়: দ্রুত, সস্তা এবং ভাল। যখন প্রযুক্তি ব্যাটারি হয়, তখন গ্রহণ করা আরও বেশি চ্যালেঞ্জিং। সস্তা এবং দ্রুত (চার্জিং) এখনও গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু “ভাল” মানে বিভিন্ন জিনিস হতে পারে, যেমন হালকা ওজন, কম ভলিউম বা দীর্ঘ আয়ু, আপনার প্রয়োজনের উপর নির্ভর করে। এখনও, একই ধরণের ট্রেডঅফ জড়িত। আপনি যদি সত্যিই দ্রুত চার্জিং চান তবে আপনাকে সম্ভবত কিছু ক্ষমতা ছেড়ে দিতে হবে।

এই ট্রেডঅফগুলি প্রযুক্তি এবং উত্পাদন ক্ষমতার পরিপ্রেক্ষিতে বিশাল সীসা লিথিয়াম থাকা সত্ত্বেও বিকল্প ব্যাটারি রসায়ন নিয়ে গবেষণা চালিয়ে যাচ্ছে—এখনও আশা করা যায় যে অন্য কিছু রসায়ন দামে বড় হ্রাস বা কার্যক্ষমতার কিছু পরিমাপে একটি বড় উত্সাহ দিতে পারে।

আজ, একটি কাগজ প্রকাশ করা হচ্ছে যা এই ব্যবস্থাগুলির কয়েকটিতে একটি বড় বুস্টের সাথে মিলিত কম দামের অফার করে বলে মনে হচ্ছে। যে অ্যালুমিনিয়াম-সালফার ব্যাটারিগুলি এটি বর্ণনা করে তা কম দামের কাঁচামাল, প্রতিযোগিতামূলক আকার এবং লিথিয়াম-আয়নের তুলনায় ওজন প্রতি বেশি ক্ষমতা প্রদান করে—এক মিনিটেরও কম সময়ে সম্পূর্ণ চার্জিং কোষের বড় প্লাস সহ। এই মুহূর্তে এটির একটি সুস্পষ্ট সমস্যা হল যে এটি কাজ করার জন্য 90° C (জলের প্রায় ফুটন্ত বিন্দু) হতে হবে।

অ্যালুমিনিয়াম ক্যান?

লোকেরা কিছুক্ষণ ধরে অ্যালুমিনিয়ামের উপর ভিত্তি করে ব্যাটারি নিয়ে চিন্তা করছে, তাদের উচ্চ তাত্ত্বিক ক্ষমতা দ্বারা আঁকা হয়েছে। যদিও প্রতিটি অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু লিথিয়ামের চেয়ে কিছুটা ভারী, অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু এবং আয়নগুলি শারীরিকভাবে ছোট, কারণ নিউক্লিয়াসের উচ্চ ধনাত্মক চার্জ ইলেকট্রনকে কিছুটা টানে। প্লাস অ্যালুমিনিয়াম সহজেই প্রতি পরমাণুতে তিনটি ইলেকট্রন ছেড়ে দেবে, যার অর্থ আপনি জড়িত প্রতিটি আয়নের জন্য প্রচুর চার্জ স্থানান্তর করতে পারেন।

একটি বড় সমস্যা হয়েছে, রাসায়নিকভাবে, অ্যালুমিনিয়াম ধরনের চুষা. অনেক অ্যালুমিনিয়াম যৌগ জলে অত্যন্ত অদ্রবণীয়, এর অক্সাইডগুলি অত্যন্ত স্থিতিশীল, এবং আরও অনেক কিছুর জন্য এটি খুব সহজ যা কিছু চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের পরে একটি ব্যাটারিকে বিকল করার জন্য একটি ক্ষুদ্র পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া হওয়া উচিত। সুতরাং, যখন কাজ চলতে থাকে, উচ্চ তাত্ত্বিক ক্ষমতা প্রায়শই এমন কিছু দেখায় যা অনুশীলনে কখনই উপলব্ধি করা যায় না।

নতুন কাজের মূল চাবিকাঠি হল আমরা ইতিমধ্যেই একটি অ্যালুমিনিয়াম ধাতব ইলেক্ট্রোড তৈরির সাথে একটি বড় সমস্যা সমাধান করেছি- আমরা সম্পূর্ণ ভিন্ন ক্ষেত্রে এটি করেছি। বিশুদ্ধ ধাতব ইলেক্ট্রোডগুলি সরলতা এবং ভলিউমে বড় বুস্ট দেয়, যেহেতু এতে কোনও বাস্তব রসায়ন জড়িত নেই এবং ধাতব আয়নগুলিকে স্টাফ করার জন্য আপনার অতিরিক্ত উপকরণের প্রয়োজন নেই। কিন্তু ধাতু ব্যাটারি ইলেক্ট্রোডগুলিতে অসমভাবে জমা হতে থাকে, অবশেষে ডেনড্রাইট নামক কাঁটা তৈরি করে যেগুলি বৃদ্ধি পায় যতক্ষণ না তারা ব্যাটারির অন্যান্য উপাদানগুলিকে ক্ষতিগ্রস্ত করে বা সম্পূর্ণরূপে কোষকে ছোট করে। সুতরাং, কীভাবে সমানভাবে ধাতু জমা করা যায় তা নির্ধারণ করা একটি বড় বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে।

এখানে একটি মূল উপলব্ধি হল যে আমরা ইতিমধ্যেই জানি কিভাবে সমানভাবে অ্যালুমিনিয়াম জমা করতে হয়। আমরা এটা সব সময় করি যখন আমরা অন্য কোনো ধাতুর উপর অ্যালুমিনিয়াম ইলেক্ট্রোপ্লেট করতে চাই।

এটি প্রায়ই গলিত অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড লবণ ব্যবহার করে করা হয়। গলিত লবণের মধ্যে, অ্যালুমিনিয়াম এবং ক্লোরিন আয়নগুলি বিকল্প পরমাণুর দীর্ঘ চেইন তৈরি করে। যখন অ্যালুমিনিয়াম একটি পৃষ্ঠের উপর জমা হয়, তখন এটি এই চেইনের কেন্দ্র থেকে বেরিয়ে আসে এবং বাকি চেইনের ভৌত অংশ সমতল পৃষ্ঠে কাজ করা সহজ করে তোলে।

গলিত লবণের মধ্যে, অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলিও দ্রুত এক ইলেক্ট্রোড থেকে অন্য ইলেক্ট্রোডে যেতে পারে। বড় সমস্যা হল যে অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড শুধুমাত্র 192 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গলে যায়৷ কিন্তু সোডিয়াম ক্লোরাইড এবং পটাসিয়াম ক্লোরাইডের সামান্য মিশ্রণে এটিকে 90 ডিগ্রি সেলসিয়াসে নামিয়ে এনেছে – জলের স্ফুটনাঙ্কের নীচে এবং অতিরিক্ত উপকরণের একটি বড় পরিসরের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ৷

লবণ স্যান্ডউইচ

এর সাথে, গবেষকদের একটি ব্যাটারির দুই-তৃতীয়াংশ ছিল। একটি ইলেক্ট্রোড ছিল লিথিয়াম ধাতু, এবং ইলেক্ট্রোলাইট ছিল তরল অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড। এটি একটি দ্বিতীয় ইলেক্ট্রোড সনাক্ত করা ছেড়ে দেয়। এখানে, সালফার বা সেলেনিয়ামের মতো পর্যায় সারণিতে অক্সিজেনের নিচে উপাদান সহ রাসায়নিক যৌগ হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম সংরক্ষণের প্রচুর উদাহরণ ছিল। ইমেজিংয়ের উদ্দেশ্যে, দলটি সেলেনিয়ামের সাথে কাজ করেছে, একটি পরীক্ষামূলক ব্যাটারি সেল তৈরি করেছে এবং নিশ্চিত করেছে যে এটি প্রত্যাশা অনুযায়ী আচরণ করছে।

অ্যালুমিনিয়ামের ইমেজিং দেখায় যে, কিছু চার্জ এবং ডিসচার্জ চক্রের পরে, পৃষ্ঠটি কিছুটা অবরুদ্ধ ছিল, তবে এটি থেকে কোনও বড় বা বিন্দুযুক্ত এক্সটেনশন বের হয়নি যা ব্যাটারির ক্ষতি করতে পারে। সেলেনিয়াম ইলেক্ট্রোডের প্রতিক্রিয়াগুলি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে শেষ হওয়ার আগে গলিত লবণে শুরু হয়েছিল। সামগ্রিকভাবে, সেলটি কয়েক ডজন চক্রের স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা দেখিয়েছে এবং ওজন প্রতি উচ্চ ক্ষমতার সাজানোর যা অ্যালুমিনিয়াম প্রদান করা উচিত। সুতরাং, দলটি যে কোষগুলিতে তারা সত্যিই আগ্রহী ছিল তা তৈরি এবং পরীক্ষা করার দিকে এগিয়ে গেল: অ্যালুমিনিয়াম সালফার।

স্রাবের ধীর গতিতে, অ্যালুমিনিয়াম সালফার কোষগুলির ওজন প্রতি চার্জ ক্ষমতা ছিল যা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে তিনগুণ বেশি। চার্জ/ডিসচার্জের হার বেড়ে যাওয়ায় এই সংখ্যাটা কমে গেছে, কিন্তু পারফরম্যান্স চমৎকারই থেকেছে। যদি সেলটি দুই ঘন্টার মধ্যে ডিসচার্জ করা হয় এবং মাত্র ছয় মিনিটের মধ্যে চার্জ করা হয়, তবে এটির ওজন প্রতি চার্জ ক্ষমতা ছিল যা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে 25 শতাংশ বেশি এবং 500 চক্রের পরে সেই ক্ষমতার প্রায় 80 শতাংশ ধরে রাখে – আপনার যা থেকে d অধিকাংশ লিথিয়াম রসায়ন সঙ্গে দেখুন.

আপনি যদি চার্জ করার সময় এক মিনিটের মধ্যে কিছুটা কমিয়ে দেন, তাহলে ওজন প্রতি ক্ষমতা প্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সমান ছিল এবং সেই ক্ষমতার 80 শতাংশের বেশি 200 চক্রের পরেও উপলব্ধ ছিল। ব্যাটারি সেল এমনকি 20 সেকেন্ডের মধ্যে সম্পূর্ণ চার্জ সহ্য করতে পারে, যদিও প্রতি ওজনের ক্ষমতা লিথিয়াম-আয়ন থেকে আপনি যা পাবেন তার অর্ধেকেরও বেশি।