অধ্যয়ন ব্যাটারি তৈরি করার একটি উপায় আবিষ্কার করেছে যা আমরা প্রতিদিন ব্যবহার করি আরও স্থিতিস্থাপক, শক্তিশালী এবং নিরাপদ।
বছরটি 2018 এবং আমাদের দৈনন্দিন জীবন এখন বিভিন্ন গ্যাজেট দ্বারা চালিত হয় যা হয় বিদ্যুৎ বা ব্যাটারিতে। ব্যাটারি-চালিত গ্যাজেট এবং ডিভাইসের উপর আমাদের নির্ভরতা অসাধারণভাবে বাড়ছে। ক ব্যাটারি একটি ডিভাইস যা রাসায়নিক শক্তি সঞ্চয় করে যা বিদ্যুতে রূপান্তরিত হয়। ব্যাটারিগুলি হল মিনি রাসায়নিক চুল্লির মতো যা বিক্রিয়া করে ইলেকট্রন-পূর্ণ শক্তি উৎপন্ন করে যা বাহ্যিক যন্ত্রের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়। এর সেল ফোন বা ল্যাপটপ বা অন্যান্য এমনকি বৈদ্যুতিক যান, ব্যাটারি - সাধারণত লিথিয়াম-আয়ন - এই প্রযুক্তিগুলির প্রধান শক্তির উত্স। প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে আরও কমপ্যাক্ট, উচ্চ ক্ষমতা এবং নিরাপদ রিচার্জেবল ব্যাটারির ক্রমাগত চাহিদা রয়েছে।
ব্যাটারির একটি দীর্ঘ এবং গৌরবময় ইতিহাস রয়েছে। আমেরিকান বিজ্ঞানী বেঞ্জামিন ফ্র্যাঙ্কলিন প্রথম "ব্যাটারি" শব্দটি ব্যবহার করেছিলেন 1749 সালে সংযুক্ত ক্যাপাসিটারগুলির একটি সেট ব্যবহার করে বিদ্যুৎ নিয়ে পরীক্ষা করার সময়। ইতালীয় পদার্থবিদ আলেসান্দ্রো ভোল্টা 1800 সালে প্রথম ব্যাটারি আবিষ্কার করেন যখন তামা (Cu) এবং দস্তা (Zn) এর হেস্ট্যাক করা ডিস্কগুলি লবণাক্ত জলে ভেজানো কাপড় দ্বারা আলাদা করা হয়। সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারি, সবচেয়ে দীর্ঘস্থায়ী এবং প্রাচীনতম রিচার্জেবল ব্যাটারিগুলির মধ্যে একটি 1859 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং আজও যানবাহনের অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন সহ অনেক ডিভাইসে ব্যবহৃত হয়।
ব্যাটারিগুলি অনেক দূর এগিয়েছে এবং আজ তারা বৃহৎ মেগাওয়াট আকার থেকে বিভিন্ন আকারে আসে, তাই তাত্ত্বিকভাবে তারা সৌর খামার থেকে শক্তি সঞ্চয় করতে এবং মিনি শহরগুলিকে আলোকিত করতে সক্ষম বা তারা ইলেকট্রনিক ঘড়িতে ব্যবহৃত হওয়াগুলির মতো ছোট হতে পারে। , বিস্ময়কর তাই না। প্রাথমিক ব্যাটারি বলা হয়, যে বিক্রিয়াটি ইলেকট্রনের প্রবাহ তৈরি করে তা অপরিবর্তনীয় এবং শেষ পর্যন্ত যখন এর একটি বিক্রিয়াক গ্রাস করা হয় তখন ব্যাটারি সমতল হয়ে যায় বা মারা যায়। সবচেয়ে সাধারণ প্রাথমিক ব্যাটারি হল জিঙ্ক-কার্বন ব্যাটারি। এই প্রাথমিক ব্যাটারিগুলি একটি বড় সমস্যা ছিল এবং এই ধরনের ব্যাটারির নিষ্পত্তি করার একমাত্র উপায় ছিল একটি পদ্ধতি খুঁজে বের করা যাতে সেগুলিকে পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে - যার অর্থ তাদের রিচার্জযোগ্য করে তোলা। নতুন দিয়ে ব্যাটারি প্রতিস্থাপন স্পষ্টতই অব্যবহার্য ছিল এবং এইভাবে ব্যাটারিগুলি আরও বেড়েছে ক্ষমতাশালী এবং তাদের প্রতিস্থাপন এবং তাদের নিষ্পত্তি করার জন্য বেশ ব্যয়বহুল উল্লেখ না করা অসম্ভব হয়ে পড়েছিল।
নিকেল-ক্যাডমিয়াম ব্যাটারি (NiCd) হল প্রথম জনপ্রিয় রিচার্জেবল ব্যাটারি যা ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে একটি ক্ষার ব্যবহার করে। 1989 সালে নিকেল-মেটাল হাইড্রোজেন ব্যাটারি (NiMH) তৈরি করা হয়েছিল যার আয়ু NiCd ব্যাটারির চেয়ে বেশি। যাইহোক, তাদের কিছু ত্রুটি ছিল, প্রধানত যে তারা অতিরিক্ত চার্জ এবং অতিরিক্ত গরম করার জন্য খুব সংবেদনশীল ছিল বিশেষ করে যখন তাদের সর্বোচ্চ হারে চার্জ করা হয়। অতএব, কোন ক্ষতি এড়াতে তাদের ধীরে ধীরে এবং সাবধানে চার্জ করতে হয়েছিল এবং সহজ চার্জার দ্বারা চার্জ করার জন্য আরও বেশি সময় প্রয়োজন ছিল।
1980 সালে উদ্ভাবিত, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি (LIBs) হল ভোক্তাদের মধ্যে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত ব্যাটারি বৈদ্যুতিক আজকের ডিভাইস। লিথিয়াম হল সবচেয়ে হালকা উপাদানগুলির মধ্যে একটি এবং এটির একটি বৃহত্তম ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সম্ভাবনা রয়েছে, তাই এই সংমিশ্রণটি ব্যাটারি তৈরির জন্য আদর্শভাবে উপযুক্ত। LIB-তে, লিথিয়াম আয়ন লবণ দিয়ে তৈরি একটি ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে বিভিন্ন ইলেক্ট্রোডের মধ্যে চলে যায় জৈব দ্রাবক (বেশিরভাগ ঐতিহ্যবাহী LIB-তে)। তাত্ত্বিকভাবে, লিথিয়াম ধাতু হল সবচেয়ে বৈদ্যুতিকভাবে ইতিবাচক ধাতু যার ক্ষমতা খুব বেশি এবং এটি ব্যাটারির জন্য সেরা সম্ভাব্য পছন্দ। যখন LIB গুলি রিচার্জিং কম করে, তখন ইতিবাচক চার্জযুক্ত লিথিয়াম আয়ন লিথিয়াম ধাতুতে পরিণত হয়৷ সুতরাং, LIBগুলি তাদের দীর্ঘ জীবন এবং উচ্চ ক্ষমতার কারণে সমস্ত ধরণের বহনযোগ্য ডিভাইসে ব্যবহারের জন্য সবচেয়ে জনপ্রিয় রিচার্জেবল ব্যাটারি৷ যাইহোক, একটি বড় সমস্যা হল যে ইলেক্ট্রোলাইট সহজেই বাষ্পীভূত হতে পারে, যার ফলে ব্যাটারিতে শর্ট-সার্কিট হয় এবং এটি আগুনের ঝুঁকি হতে পারে। বাস্তবে, LIB গুলি সত্যিই অস্থির এবং অকার্যকর কারণ সময়ের সাথে সাথে লিথিয়ামের স্বভাব অ-ইনিফর্ম হয়ে যায়৷ LIB-এর চার্জ এবং ডিসচার্জের হারও কম থাকে এবং নিরাপত্তা সংক্রান্ত উদ্বেগগুলি তাদের অনেক উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ ক্ষমতার মেশিনগুলির জন্য অব্যবহারযোগ্য করে তোলে, যেমন বৈদ্যুতিক এবং হাইব্রিড বৈদ্যুতিক যানবাহন৷ LIB খুব বিরল অনুষ্ঠানে ভাল ক্ষমতা এবং ধরে রাখার হার প্রদর্শন করে বলে রিপোর্ট করা হয়েছে।
এইভাবে, ব্যাটারির জগতে সবকিছুই নিখুঁত নয় কারণ সাম্প্রতিক বছরগুলিতে প্রচুর ব্যাটারিকে অনিরাপদ হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছে কারণ তারা আগুন ধরে, অবিশ্বস্ত এবং কখনও কখনও অদক্ষ। বিশ্বব্যাপী বিজ্ঞানীরা এমন ব্যাটারি তৈরির সন্ধানে রয়েছেন যা ছোট, নিরাপদে রিচার্জেবল, হালকা, আরও স্থিতিস্থাপক এবং একই সাথে আরও শক্তিশালী হবে৷ অতএব, সম্ভাব্য বিকল্প হিসাবে ফোকাস সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটের দিকে স্থানান্তরিত হয়েছে৷ এটিকে লক্ষ্যমাত্রা হিসাবে রেখে বিজ্ঞানীরা চেষ্টা করেছেন, তবে স্থিতিশীলতা এবং মাপযোগ্যতা বেশিরভাগ গবেষণায় বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বড় সম্ভাবনা দেখিয়েছে কারণ তারা শুধুমাত্র স্থিতিশীল নয় বরং নমনীয় এবং সস্তাও। দুর্ভাগ্যবশত, এই ধরনের পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের প্রধান সমস্যা হল তাদের দুর্বল পরিবাহিতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য।
এসিএসে প্রকাশিত সাম্প্রতিক এক গবেষণায় ড ন্যানো পত্র, গবেষকরা দেখিয়েছে যে একটি ব্যাটারির নিরাপত্তা এবং এমনকি অন্যান্য অনেক বৈশিষ্ট্য এতে ন্যানোয়ার যোগ করে ব্যাটারিকে উন্নত করা যেতে পারে। চীনের ঝেজিয়াং ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজির কলেজ অফ ম্যাটেরিয়াল সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং-এর গবেষকদের এই দলটি তাদের পূর্ববর্তী গবেষণার ভিত্তিতে তৈরি করেছে যেখানে তারা ম্যাগনেসিয়াম বোরেট ন্যানোয়ার তৈরি করেছে যা ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং পরিবাহিতা প্রদর্শন করে। বর্তমান গবেষণায় তারা পরীক্ষা করেছে যে এটি ব্যাটারির ক্ষেত্রেও সত্য হবে কিনা nanowires একটি কঠিন অবস্থা পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট যোগ করা হয়. সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট 5, 10, 15 এবং 20 ওজনের ম্যাগনেসিয়াম বোরেট ন্যানোয়ারের সাথে মিশ্রিত হয়েছিল। এটি দেখা গেছে যে ন্যানোয়ারগুলি সলিড-স্টেট পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা বাড়িয়েছে যা ব্যাটারিগুলিকে আরও বলিষ্ঠ এবং স্থিতিস্থাপক করে তুলেছে যখন ন্যানোয়ার ছাড়া আগের তুলনায়। পরিবাহিতার এই বৃদ্ধিটি ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে যাওয়া এবং চলন্ত আয়নের সংখ্যা বৃদ্ধির কারণে এবং অনেক দ্রুত হারে হয়েছিল। পুরো সেট আপটি একটি ব্যাটারির মতো ছিল তবে যুক্ত ন্যানোয়ার সহ। এটি স্বাভাবিক ব্যাটারির তুলনায় কর্মক্ষমতার উচ্চ হার এবং বর্ধিত চক্র দেখিয়েছে। প্রদাহের একটি গুরুত্বপূর্ণ পরীক্ষাও করা হয়েছিল এবং দেখা গেছে যে ব্যাটারি জ্বলেনি। মোবাইল ফোন এবং ল্যাপটপের মতো আজকের বহুল ব্যবহৃত পোর্টেবল অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সর্বাধিক এবং সবচেয়ে কমপ্যাক্ট সঞ্চিত শক্তির সাথে আপগ্রেড করতে হবে। এটি স্পষ্টতই সহিংস স্রাবের ঝুঁকি বাড়ায় এবং ব্যাটারির ছোট বিন্যাসের কারণে এটি এই জাতীয় ডিভাইসগুলির জন্য পরিচালনাযোগ্য। কিন্তু যেহেতু ব্যাটারির বৃহত্তর অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইন এবং চেষ্টা করা হয়, নিরাপত্তা, স্থায়িত্ব এবং শক্তি সর্বোচ্চ গুরুত্ব দেয়।
***
{উদ্ধৃত উৎস(গুলি) তালিকায় নীচে দেওয়া DOI লিঙ্কে ক্লিক করে আপনি মূল গবেষণাপত্রটি পড়তে পারেন}
উত্স (গুলি)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা, চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং শিখা-প্রতিরোধী কর্মক্ষমতা সহ বহুমুখী সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট সক্ষম করেছে। ন্যানো চিঠি https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
