কার্বন নিঃসরণ কমানোর জরুরী প্রয়োজন বিদ্যুতায়ন পরিবহনের দিকে দ্রুত গতিতে চালনা করছে এবং গ্রিডে সৌর ও বায়ু শক্তির স্থাপনার প্রসারিত করছে। যদি এই প্রবণতাগুলি প্রত্যাশিত হিসাবে বৃদ্ধি পায়, তবে বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয় করার আরও ভাল পদ্ধতির প্রয়োজন তীব্র হবে।
জলবায়ু পরিবর্তনের হুমকি মোকাবেলায় আমরা পেতে পারি এমন সমস্ত কৌশল প্রয়োজন, বলেছেন ডাঃ এলসা অলিভেটি, ইস্টার এবং হ্যারল্ড ই. এডগারটনের পদার্থ বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল বিভাগের সহযোগী অধ্যাপক। স্পষ্টতই, গ্রিড-ভিত্তিক ভর স্টোরেজ প্রযুক্তির বিকাশ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু মোবাইল অ্যাপ্লিকেশনের জন্য - বিশেষ করে পরিবহন - অনেক গবেষণা আজকের মানিয়ে নেওয়ার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে৷লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিনিরাপদ, ছোট এবং তাদের আকার এবং ওজনের জন্য আরও শক্তি সঞ্চয় করতে সক্ষম।
প্রচলিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উন্নতি অব্যাহত রয়েছে, কিন্তু তাদের সীমাবদ্ধতাগুলি রয়ে গেছে, আংশিকভাবে তাদের গঠনের কারণে।লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি দুটি ইলেক্ট্রোড নিয়ে গঠিত, একটি ইতিবাচক এবং একটি নেতিবাচক, একটি জৈব (কার্বনযুক্ত) তরলে স্যান্ডউইচ করা হয়। যখন ব্যাটারি চার্জ করা হয় এবং ডিসচার্জ করা হয়, চার্জযুক্ত লিথিয়াম কণা (বা আয়ন) তরল ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে এক ইলেক্ট্রোড থেকে অন্য ইলেক্ট্রোডের কাছে চলে যায়।
এই নকশার একটি সমস্যা হল নির্দিষ্ট ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রায়, তরল ইলেক্ট্রোলাইট উদ্বায়ী হয়ে উঠতে পারে এবং আগুন ধরতে পারে। অলিভেট্টির গ্রুপের গবেষণা বিজ্ঞানী ডঃ কেভিন হুয়াং পিএইচডি'15 বলেছেন, ব্যাটারিগুলি সাধারণ ব্যবহারের অধীনে সাধারণত নিরাপদ, তবে ঝুঁকি থেকে যায়।
আরেকটি সমস্যা হল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি গাড়িতে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত নয়। বড়, ভারী ব্যাটারি প্যাকগুলি জায়গা নেয়, গাড়ির সামগ্রিক ওজন বাড়ায় এবং জ্বালানি দক্ষতা কমায়৷ কিন্তু আজকের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে তাদের শক্তির ঘনত্ব বজায় রেখে ছোট এবং হালকা করা কঠিন প্রমাণিত হচ্ছে - প্রতি গ্রাম ওজনে সঞ্চিত শক্তির পরিমাণ।
এই সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য, গবেষকরা একটি অল-সলিড, বা কঠিন-রাষ্ট্র, সংস্করণ তৈরি করতে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মূল বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করছেন। তারা মাঝখানে থাকা তরল ইলেক্ট্রোলাইটকে একটি পাতলা কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট দিয়ে প্রতিস্থাপন করছে যা বিস্তৃত ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রায় স্থিতিশীল। এই কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে, তারা একটি উচ্চ-ক্ষমতার ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং একটি উচ্চ-ক্ষমতার লিথিয়াম ধাতব নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করেছিল যা স্বাভাবিক ছিদ্রযুক্ত কার্বন স্তরের চেয়ে অনেক কম পুরু ছিল। এই পরিবর্তনগুলি তার শক্তি সঞ্চয় ক্ষমতা বজায় রাখার সময় একটি অনেক ছোট সামগ্রিক কোষের জন্য অনুমতি দেয়, যার ফলে উচ্চ শক্তির ঘনত্ব হয়।
এই বৈশিষ্ট্যগুলি - উন্নত নিরাপত্তা এবং বৃহত্তর শক্তি ঘনত্ব- সম্ভবত সলিড-স্টেট ব্যাটারির সম্ভাব্য দুটি সর্বাধিক জনপ্রিয় সুবিধা, তবুও এই সমস্ত জিনিসগুলিই দূরদর্শী এবং প্রত্যাশিত, এবং অগত্যা অর্জনযোগ্য নয়। তবুও, এই সম্ভাবনার জন্য অনেক গবেষক এই প্রতিশ্রুতি প্রদান করবে এমন উপকরণ এবং ডিজাইনগুলি খুঁজে বের করার জন্য ঝাঁকুনি দিচ্ছেন।
গবেষণাগারের বাইরে চিন্তা
গবেষকরা বেশ কয়েকটি কৌতূহলজনক পরিস্থিতি নিয়ে এসেছেন যা পরীক্ষাগারে প্রতিশ্রুতিশীল দেখায়। কিন্তু অলিভেটি এবং হুয়াং বিশ্বাস করেন যে জলবায়ু পরিবর্তনের চ্যালেঞ্জের জরুরিতার কারণে অতিরিক্ত ব্যবহারিক বিবেচনা গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে। অলিভেটি বলেছেন, সম্ভাব্য উপকরণ এবং প্রক্রিয়াগুলি মূল্যায়ন করার জন্য আমাদের গবেষকদের সর্বদা ল্যাবে মেট্রিক্স থাকে। উদাহরণগুলির মধ্যে শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষমতা এবং চার্জ/স্রাবের হার অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। কিন্তু লক্ষ্য বাস্তবায়ন হলে, আমরা মেট্রিক যোগ করার পরামর্শ দিই যা বিশেষভাবে দ্রুত স্কেলিং করার সম্ভাবনাকে সম্বোধন করে।
উপকরণ এবং প্রাপ্যতা
কঠিন অজৈব ইলেক্ট্রোলাইটের জগতে, দুটি প্রধান ধরণের উপাদান রয়েছে - অক্সিজেনযুক্ত অক্সাইড এবং সালফারযুক্ত সালফাইড। ট্যানটালাম টিন এবং নাইওবিয়াম খনির একটি উপজাত হিসাবে উত্পাদিত হয়। ঐতিহাসিক তথ্য দেখায় যে টিন এবং নাইওবিয়াম খনির সময় জার্মেনিয়ামের তুলনায় ট্যানটালামের উৎপাদন সম্ভাব্য সর্বাধিকের কাছাকাছি। ট্যান্টালামের প্রাপ্যতা তাই এলএলজেডও-ভিত্তিক কোষগুলির সম্ভাব্য স্কেলিং আপের জন্য একটি বড় উদ্বেগের বিষয়।
যাইহোক, মাটিতে একটি উপাদানের প্রাপ্যতা জেনে এটি নির্মাতাদের হাতে পেতে প্রয়োজনীয় পদক্ষেপগুলি সমাধান করে না। গবেষকরা তাই মূল উপাদানগুলির সরবরাহ শৃঙ্খল সম্পর্কে একটি ফলো-অন প্রশ্ন অনুসন্ধান করেছেন - খনির, প্রক্রিয়াকরণ, পরিশোধন, পরিবহন, ইত্যাদি। অনুমান করে যে প্রচুর সরবরাহ রয়েছে, এই উপকরণগুলি সরবরাহ করার জন্য সরবরাহের চেইনটি কি ক্রমবর্ধমান চাহিদা পূরণের জন্য যথেষ্ট দ্রুত প্রসারিত করা যেতে পারে? ব্যাটারির চাহিদা?
একটি নমুনা বিশ্লেষণে, তারা দেখেছিল যে 2030 সালের বৈদ্যুতিক যানবাহনের প্রক্ষিপ্ত বহরের জন্য ব্যাটারি সরবরাহ করতে জার্মেনিয়াম এবং ট্যানটালামের সরবরাহ চেইনকে বছরে কতটা বাড়তে হবে। উদাহরণ স্বরূপ, বৈদ্যুতিক যানবাহনের একটি বহর, প্রায়শই 2030 এর লক্ষ্য হিসাবে উল্লেখ করা হয়, মোট 100 গিগাওয়াট ঘন্টা শক্তি সরবরাহ করার জন্য পর্যাপ্ত ব্যাটারি তৈরি করতে হবে। এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য, শুধুমাত্র LGPS ব্যাটারি ব্যবহার করে, জার্মেনিয়াম সাপ্লাই চেইনকে বছরে 50% বৃদ্ধি করতে হবে - একটি প্রসারিত, কারণ অতীতে সর্বাধিক বৃদ্ধির হার ছিল প্রায় 7%। শুধুমাত্র LLZO কোষ ব্যবহার করে, ট্যানটালামের জন্য সাপ্লাই চেইন প্রায় 30% বৃদ্ধি করতে হবে - একটি বৃদ্ধির হার ঐতিহাসিক সর্বোচ্চ প্রায় 10% এর থেকেও বেশি।
এই উদাহরণগুলি বিভিন্ন কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের স্কেলিং-আপ সম্ভাব্যতা মূল্যায়ন করার সময় উপাদানের প্রাপ্যতা এবং সরবরাহ শৃঙ্খল বিবেচনা করার গুরুত্ব দেখায়, হুয়াং বলেছেন: এমনকি যদি একটি উপাদানের পরিমাণ একটি সমস্যা নাও হয়, যেমন জার্মেনিয়ামের ক্ষেত্রে, সমস্ত স্কেল করা ভবিষ্যত বৈদ্যুতিক গাড়ির উৎপাদনের সাথে সাপ্লাই চেইনের ধাপগুলিকে একটি বৃদ্ধির হারের প্রয়োজন হতে পারে যা কার্যত অভূতপূর্ব।
উপকরণ এবং প্রক্রিয়াকরণ
ব্যাটারি ডিজাইনের স্কেলেবিলিটি সম্ভাব্যতা মূল্যায়ন করার সময় বিবেচনা করার আরেকটি বিষয় হল উত্পাদন প্রক্রিয়ার অসুবিধা এবং খরচের উপর এর প্রভাব। একটি সলিড-স্টেট ব্যাটারি তৈরিতে অনিবার্যভাবে অনেকগুলি পদক্ষেপ জড়িত থাকে এবং যে কোনও পদক্ষেপের ব্যর্থতা প্রতিটি সফলভাবে উত্পাদিত কোষের ব্যয় বাড়িয়ে দেয়।
উত্পাদন অসুবিধার জন্য একটি প্রক্সি হিসাবে, Olivetti, Ceder এবং Huang তাদের ডাটাবেসে নির্বাচিত সলিড-স্টেট ব্যাটারি ডিজাইনের মোট খরচের উপর ব্যর্থতার হারের প্রভাব অন্বেষণ করেছে। একটি উদাহরণে, তারা অক্সাইড LLZO এর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। LLZO অত্যন্ত ভঙ্গুর এবং বড় শীটগুলি উচ্চ কার্যক্ষমতার সলিড স্টেট ব্যাটারিগুলিতে ব্যবহার করার জন্য যথেষ্ট পাতলা এবং উত্পাদন প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত উচ্চ তাপমাত্রায় ফাটল বা বিকৃত হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে।
এই ধরনের ব্যর্থতার খরচের প্রভাব নির্ধারণ করতে, তারা LLZO কোষগুলি একত্রিত করার সাথে জড়িত চারটি মূল প্রক্রিয়াকরণ পদক্ষেপগুলি অনুকরণ করেছে। প্রতিটি ধাপে, তারা একটি অনুমানকৃত ফলনের উপর ভিত্তি করে খরচ গণনা করেছে, অর্থাৎ ব্যর্থতা ছাড়াই সফলভাবে প্রক্রিয়াকৃত মোট কোষের অনুপাত। LLZO-এর জন্য, তারা অধ্যয়ন করা অন্যান্য ডিজাইনের তুলনায় ফলন অনেক কম ছিল; অধিকন্তু, ফলন কমে যাওয়ায়, কোষ শক্তির প্রতি কিলোওয়াট-ঘণ্টা (kWh) খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, যখন চূড়ান্ত ক্যাথোড গরম করার ধাপে আরও 5% কোষ যোগ করা হয়, তখন খরচ প্রায় $30/kWh বৃদ্ধি পায় - একটি নগণ্য পরিবর্তন বিবেচনা করে যে এই ধরনের কোষগুলির জন্য সাধারণত গৃহীত লক্ষ্য খরচ হল $100/kWh। স্পষ্টতই, ম্যানুফ্যাকচারিং অসুবিধাগুলি ডিজাইনের বড় আকারের গ্রহণের সম্ভাব্যতার উপর গভীর প্রভাব ফেলতে পারে।
পোস্টের সময়: সেপ্টেম্বর-০৯-২০২২