অ্যানোড ম্যাটেরিয়াল শ্রেণিবিভাগ এবং উৎপাদন প্রক্রিয়া

২০২৫-০৩-২৬

অ্যানোড উপকরণগুলিকে প্রধানত দুটি ভাগে ভাগ করা হয়: কার্বন পদার্থ এবং অ-কার্বন পদার্থ। কার্বন বলতে কার্বন-ভিত্তিক সিস্টেমগুলিকে বোঝায়, যার মধ্যে প্রধানত মেসোকার্বন মাইক্রোস্ফিয়ার, কৃত্রিম গ্রাফাইট, প্রাকৃতিক গ্রাফাইট এবং শক্ত কার্বন অন্তর্ভুক্ত। বর্তমানে, সর্বাধিক ব্যবহৃত কার্বন উপকরণ হল গ্রাফাইট অ্যানোড উপকরণ, যার মধ্যে কৃত্রিম গ্রাফাইট এবং প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের বৃহৎ শিল্প প্রয়োগ রয়েছে। কার্বন-মুক্ত উপকরণগুলির মধ্যে প্রধানত সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ, টিন-ভিত্তিক উপকরণ, লিথিয়াম টাইটানেট ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত। এর মধ্যে, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণগুলি বর্তমানে প্রধান অ্যানোড উপাদান নির্মাতাদের প্রধান গবেষণার বিষয় এবং ভবিষ্যতে বৃহৎ আকারে প্রয়োগের সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি এমন নতুন অ্যানোড উপকরণগুলির মধ্যে একটি।

প্রাকৃতিক গ্রাফাইট প্রক্রিয়া

প্রাকৃতিক গ্রাফাইট অ্যানোড ম্যাটেরিয়াল হল প্রাকৃতিক ফ্লেক গ্রাফাইট যা কাঁচা উপাদান হিসেবে ব্যবহার করা হয়, মিহি করে, শ্রেণীবিভাগ করে, গোলাকৃতিতে পরিণত করে, পরিশোধন করে, পৃষ্ঠের চিকিত্সা ও অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ক্যাথোড ম্যাটেরিয়াল থেকে প্রস্তুত করা হয়।

কৃত্রিম গ্রাফাইট অ্যানোড ম্যাটেরিয়াল তৈরির প্রক্রিয়া

কৃত্রিম গ্রাফাইট উৎপাদন প্রক্রিয়াকে চারটি ধাপে ভাগ করা যেতে পারে, দশটিরও বেশি ছোট প্রক্রিয়া, গ্রানুলেশন এবং গ্রাফিটাইজেশন হল মূল বিষয়। কৃত্রিম গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদানের উৎপাদন প্রক্রিয়াকে চারটি ধাপে ভাগ করা যেতে পারে: ১) প্রিট্রিটমেন্ট ২) গ্রানুলেশন ৩) গ্রাফিটাইজেশন ৪) বল মিলিং এবং স্ক্রিনিং। চারটি ধাপের মধ্যে, ক্রাশিং এবং স্ক্রিনিং তুলনামূলকভাবে সহজ, এবং গ্রানুলেশন এবং গ্রাফিটাইজেশন হল দুটি লিঙ্ক যা অ্যানোড শিল্পের প্রযুক্তিগত থ্রেশহোল্ড এবং উৎপাদন স্তরকে প্রতিফলিত করে।

উৎপাদন প্রক্রিয়া অনুযায়ী, প্রথমে একটি বা একাধিক কোক এবং পরিবাহী কণার, কার্বন ন্যানোটিউব, কার্বন ব্ল্যাক, অ্যাসিটিলিন ব্ল্যাককে প্রি-মিশ্রণ করা হয়, এবং এরপর মিশ্রিত উপাদান এবং কার্বনকে সিংটার এবং একবার পৃষ্ঠে প্রলেপ করা হয়, এবং প্রস্তুতকৃত কণাগুলি গ্রাফিটাইজড করা হয়। গ্রাফিটাইজড উপাদান এবং রেজিন উপাদানগুলির জন্য দ্বিতীয় প্রলেপ; তরল পদার্থ, সেন্ট্রিফিউজেশন, অবসাদ এবং অন্যান্য পদ্ধতির মাধ্যমে কঠিন কণাগুলিকে তরলের থেকে পৃথক করা হয়, এরপর কার্বনাইজেশন, ৫-২০ মাইক্রন কণাগুলির মাধ্যমে, একটি উচ্চ গতির কার্বন অ্যানোড ম্যাটেরিয়াল অর্জন করতে। এই পদ্ধতিতে, কণাগুলি মিশ্রিত এবং তৈরি করার মাধ্যমে, কণাগুলিকে দুটি বার প্রলেপ করা হয় যাতে উপাদানের অভ্যন্তরীণ শেলের জন্য পূর্ণ হয়, যাতে উপাদানের অভ্যন্তরীণ গঠন স্থিতিশীল হয়, ফলে কার্বন অ্যানোড ম্যাটেরিয়ালের উচ্চ গতিশীল কার্যকারিতা, উচ্চ চাপ সঙ্কোচন, উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতার সুবিধা থাকতে পারে।

(১) প্রক্রিয়াকরণ

গ্রাফাইট কাঁচামাল (নিডল কোক বা পেট্রোলিয়াম কোক) সিদ্ধ করার জন্য বন্ধনী সহ মিশ্রিত করা হয়। বিভিন্ন পণ্যের জন্য, গ্রাফাইট কাঁচামাল এবং দানা (গ্রাফিটাইজেশন) বিভিন্ন অনुपাতে অনুযায়ী, মিশ্রণের অনুপাত ১০০ :(৫~২০), উপাদান ভ্যাকুয়াম ফিডিং মেশিনের মাধ্যমে হপার প্রবেশ করে, এবং পরবর্তীতে হপার থেকে এয়ার ফ্লো মিলের মধ্যে প্রবাহিত হয়, ৫~১০ মিমি ব্যাসের কাঁচা এবং সহায়ক উপাদানগুলোকে ৫-১০ মাইক্রনে আবির্ভূত করতে গুঁড়ো হয়। এয়ার গ্রাইন্ডিংয়ের পর, সাইক্লোন ধূলি সংগ্রহকারী প্রয়োজনীয় কণার আকারের উপাদানগুলো সংগ্রহ করতে ব্যবহৃত হয়, ধূলি সংগ্রহের হার প্রায় ৮০%, টেইল গ্যাস ফিল্টার কোর ফিল্টার দ্বারা ফিল্টার করা হয় এবং নিঃসৃত হয়, ধূলি অপসারণের দক্ষতা ৯৯% এর বেশি। ফিল্টার উপাদানের কাঠামো হল ০.২ মাইক্রনের ছোট পোর্শ সহ ফিল্টার ক্লথ, যা ০.২ মাইক্রনের উপরে সমস্ত ধূলিকে আটকাতে পারে। ভেন্টিলেটর নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা নেতিবাচক চাপের অবস্থায় থাকে।

পার্থক্য: প্রিট্রিটমেন্ট মিলটি যান্ত্রিক মিল এবং জেট মিলে বিভক্ত, বর্তমানে প্রধান প্রবাহ জেট মিল। আঠালো ধরনের সংখ্যা বেশি, যেমন পেট্রোলিয়াম অ্যাসফল্ট, কয়লা অ্যাসফল্ট, ফেনোলিক রেজিন বা ইপোক্সি রেজিন।

（2）গ্রানুলেশন/দ্বিতীয় গ্রানুলেশন

কৃত্রিম গ্রাফাইট প্রক্রিয়াকরণের ক্ষেত্রে গ্রানুলেশন একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ। গ্রানুলেশনকে পাইরোলাইসিস প্রক্রিয়া এবং বল মিলিং প্রক্রিয়ায় ভাগ করা হয়।

পাইরোলাইসিস প্রক্রিয়া: মধ্যবর্তী উপাদান 1 কে প্রতিক্রিয়া রিঅ্যাক্টরে রাখা হয় এবং নির্দিষ্ট তাপমাত্রার কাঁচার ভেতর ইনগত গ্যাসের পরিবেশে এবং নির্দিষ্ট চাপের অধীনে বৈদ্যুতিকভাবে উত্তপ্ত করা হয়। এটি 200-300 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 1-3 ঘণ্টা নাড়ানো হয় এবং তারপর 400-500 ডিগ্রিতে উত্তপ্ত করে 10-20 মিমি আকারের উপাদান পাওয়া যায়। উপাদানটি ঠান্ডা করা হয় এবং নিষ্কাশন করা হয়, অর্থাৎ মধ্যবর্তী উপাদান 2। বল মিল এবং স্ক্রীন বিভাগের কাজ: ভ্যাকুয়াম ফিডিং, মধ্যবর্তী উপাদান 2 কে বল মিলে যান্ত্রিক বল গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য পরিবহন করা হয়, 10~20 মিমি উপাদানকে 6~10 মাইক্রন কণার আকারের উপাদানে গ্রাইন্ড করা হয় এবং স্ক্রীনিং করে মধ্যবর্তী উপাদান 3 পাওয়া যায়। স্ক্রিনে থাকা উপাদানটি বল গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য ভ্যাকুয়াম পাইপ দ্বারা আবার বল মিলে পরিবহন করা হয়।

গ্রাফাইট কণার আকার, বিলি এবং আণবিক গঠন অ্যানোড উপাদানের অনেক বৈশিষ্ট্যের উপর প্রভাব ফেলে। সাধারণভাবে, কণার আকার যত ছোট হবে, তার গতি কর্মক্ষমতা এবং চক্রের জীবন তত ভাল হবে, তবে প্রথম দক্ষতা এবং ঘনকন মান (যা আয়তন শক্তি ঘনত্ব এবং বিশেষ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে) খারাপ হয়, এবং বিপরীতও সত্য। যৌক্তিক কণার আকারের বিলি (বড় কণাকে ছোট কণার সাথে মিশিয়ে, পরবর্তী প্রক্রিয়া) নেতিবাচক ইলেকট্রোডের বিশেষ ক্ষমতা বাড়িয়ে তুলতে পারে। কণার আণবিক গঠনেও গতি এবং নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার ওপর ব্যাপক প্রভাব ফেলে।

দ্বিতীয় গ্রানুলেশন: ছোট কণাগুলির বড় বিশেষ পৃষ্ঠ এলাকা, লিথিয়াম আয়নের অভিব্যক্তির জন্য আরও চ্যানেল এবং ক্ষুদ্র রাস্তা রয়েছে, উন্নত গতি কর্মক্ষমতা, এবং বড় কণাগুলির উচ্চ ঘনকন মান এবং বিশাল ক্ষমতা রয়েছে। কিভাবে বড় এবং ছোট কণার সুবিধাগুলি সম্পর্কে বিবেচনা করা যায় এবং একসাথে উচ্চ ক্ষমতা এবং উচ্চ গতি অর্জন করা যায়? উত্তর হল দ্বিতীয় গ্রানুলেশন গ্রহণ করা। ছোট শস্যের পেট্রোলিয়াম কোক এবং সূচি কোকের মতো মূল উপাদান ব্যবহার করে, আবরণ উপাদান এবং অ্যাডিটিভগুলি যোগ করে, উচ্চ তাপমাত্রা একীভূতে অবস্থায়, উপাদানের অনুপাত, তাপমাত্রা বৃদ্ধি কার্ভ এবং একীভূত গতি নিয়ন্ত্রণ করে, ছোট শস্যের মূল উপাদানটিকে দুইবার গ্রানুলেট করা যেতে পারে এবং বড় শস্যের আকারের পণ্য প্রাপ্ত করা যায়। একই কণার আকারের পণ্যের তুলনায়, দ্বিতীয় গ্রানুলেশন কার্যকরভাবে উপাদানের তরল ধারণক্ষমতা বাড়িয়ে তুলতে এবং উপাদানের সম্প্রসারণ সহগকে (ছোট কণার মধ্যে এবং ছোট কণার মধ্যে গর্ত রয়েছে) কমাতে পারে, লিথিয়াম আয়নের বিস্তারের পথকে ছোট করতে পারে, গতির কর্মক্ষমতা বাড়াতে পারে, পাশাপাশি উপাদানের উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা এবং সাইক্লিং কর্মক্ষমতা বাড়াতে পারে।

পার্থক্য: দ্বিতীয় গ্রানুলেশন প্রক্রিয়ার উচ্চ বাধা রয়েছে, আবরণ উপাদান এবং অ্যাডিটিভের অনেক ধরনের রয়েছে, এবং সমানভাবে আবরণ বা আবরণ ঝরে পড়া, অথবা খারাপ আবরণের প্রভাবের মতো সমস্যার প্রবণতা রয়েছে। এটি উচ্চ-শেষ কৃত্রিম গ্রাফাইটের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়া।

(৩) গ্রাফিটাইজেশন
গ্রাফিটাইজেশন হল তাপীয় সক্রিয়করণের মাধ্যমে তাপীয়ভাবে অস্থির কার্বন পরমাণুর বিশৃঙ্খল স্তর কাঠামো থেকে গ্রাফাইট স্ফটিক কাঠামোতে সুশৃঙ্খল রূপান্তর। অতএব, পারমাণবিক পুনর্বিন্যাস এবং কাঠামোগত রূপান্তরের জন্য শক্তি সরবরাহ করার জন্য গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় উচ্চ তাপমাত্রা তাপ চিকিত্সা (HTT) ব্যবহার করা হয়। অবাধ্য কার্বন পদার্থের গ্রাফিটাইজেশন ডিগ্রি উন্নত করার জন্য, অনুঘটকও যোগ করা যেতে পারে।

ভালো গ্রাফিটাইজেশন প্রভাব পেতে, তিনটি দিক করতে হবে: ১. প্রতিরোধক উপকরণ এবং উপকরণগুলি ফার্নেসে লোড করার পদ্ধতি শিখতে হবে (আড়াআড়ি লোডিং, উল্লম্ব লোডিং, স্থানচ্যুতি এবং মিশ্র লোডিং ইত্যাদি), এবং পৃথক প্রতিরোধক উপকরণের বিভিন্ন কার্যকারিতার ভিত্তিতে উপকরণের মধ্যে দূরত্ব সামঞ্জস্য করতে সক্ষম হতে হবে; ২. গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের বিভিন্ন ক্ষমতা এবং পণ্যের স্পেসিফিকেশনের ভিত্তিতে, গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার তাপমাত্রার উঠানামা নিয়ন্ত্রণ করতে বিভিন্ন পাওয়ার কার্ভ ব্যবহার করতে হবে; ৩. নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, উপাদানে ক্যাটালিস্ট যোগ করতে হবে, গ্রাফিটাইজেশন ডিগ্রি উন্নত করতে, অর্থাৎ "ক্যাটালিটিক গ্রাফিটাইজেশন"।

পার্থক্য: বিভিন্ন গুণমানের কৃত্রিম গ্রাফাইটের বিভিন্ন তাপমাত্রা এবং শীতল হারের সময়কাল, হোল্ডিং সময়, ক্যাটালিস্ট ইত্যাদি আলাদা থাকে। আশা করা হচ্ছে যে ব্যবহৃত গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের প্রকার ভিন্ন, যার ফলে কর্মক্ষমতা এবং খরচে তুলনামূলকভাবে বড় পার্থক্য তৈরি হয়। গ্রাফিটাইজেশন পূর্ব ও পশ্চাৎ প্রক্রিয়া থেকে বিচ্ছিন্ন, বিশেষ করে তাপ গ্রহণ এবং শীতলকরণ প্রক্রিয়া, মৌলিকভাবে প্রোগ্রাম করা হয়, কিন্তু গ্রাফিটাইজেশন সময় দীর্ঘ এবং যন্ত্রপাতির বিনিয়োগ অনেক, তাই আরও আউটসোর্সড প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন, এবং প্রযুক্তি লিকের কোনো ঝুঁকি নেই।
কোটেড কার্বনাইজেশন: কোটেড কার্বনাইজেশন একটি গ্রাফাইট সদৃশ কার্বন উপকরণকে "কোর" হিসেবে ব্যবহার করে এবং এর পৃষ্ঠে একটি সমান অ্যামরফাস কার্বন উপকরণ এর উপরে লেপন করে "কোর-শেল" গঠনের জন্য কণাগুলি তৈরি করে। সাধারণত ব্যবহৃত অ্যামরফাস কার্বন উপকরণগুলির প্রাকৃতিক উপকরণগুলির মধ্যে নিম্ন তাপমাত্রার পিরোলাইসিস কার্বন উপকরণ যেমন ফেনলিক রজন, পিচ এবং সিট্রিক অ্যাসিড অন্তর্ভুক্ত। অ্যামরফাস কার্বন উপকরণগুলির আন্তঃস্তরীয় ব্যবধান গ্রাফাইটের চেয়ে বড়, যা এর ভিতরে লিথিয়াম আয়নের প্রসারণ কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে। SEI ফিল্ম, প্রথম প্রভাব উন্নত করা, চক্রের জীবনের উন্নতি ইত্যাদি।

পার্থক্য: আলাদা প্রস্তুতকারকেরা আলাদা প্রাকৃতিক উপকরণ এবং আলাদা তাপ দেওয়ার পদ্ধতি নির্বাচন করে, যার ফলে লেপন স্তরের পুরুত্ব এবং সমতার মধ্যে পার্থক্য তৈরি হয়, তাই পণ্যের খরচ এবং কর্মক্ষমতাও ভিন্ন হবে।

(৪) স্ক্রীনিং/ডোপিং
গ্রাফিটাইজড উপকরণগুলি ভ্যাকুয়ামের মাধ্যমে বল মিলের কাছে স্থানান্তরিত হয়, এবং তারপর শারীরিক মিশ্রণ এবং বল মিলিং পর্বত করে। এগুলি ২৭০-মেশ মলিকুলার সিভ দিয়ে স্ক্রীন করা হয়, এবং সিভের নিচে থাকা উপকরণের পরীক্ষা, পরিমাপ, প্যাকেজিং এবং সংরক্ষণ করা হয়। সিভের উপরে থাকা উপকরণগুলিকে আরও বল-মিল করে কণার আকারের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা হয় এবং তারপর সিভিং করা হয়।

ডোপিং পরিবর্তন। ডোপিং পরিবর্তন পদ্ধতি আরও নমনীয় এবং ডোপিং উপাদানগুলি বৈচিত্র্যময়। বর্তমানে, গবেষকরা সক্রিয়ভাবে এই পদ্ধতিটি নিয়ে গবেষণা করছেন। কার্বনবিহীন উপাদানগুলিকে গ্রাফাইটে রূপান্তর করলে গ্রাফাইটের ইলেকট্রনিক অবস্থা পরিবর্তন হতে পারে, যার ফলে ইলেকট্রন প্রাপ্তি সহজ হয়, যার ফলে লিথিয়াম আয়নের আন্তঃসংযোগ আরও বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফাইট পৃষ্ঠে ফসফরাস এবং বোরন পরমাণুর সফল ডোপিং এবং তাদের সাথে রাসায়নিক বন্ধন গঠন একটি ঘন SEI ফিল্ম তৈরি করতে সাহায্য করে, যা গ্রাফাইটের চক্র জীবন এবং হার কর্মক্ষমতা কার্যকরভাবে উন্নত করেছে। গ্রাফাইট উপাদানে বিভিন্ন উপাদানের ডোপিং এর তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতার উপর বিভিন্ন অপ্টিমাইজেশন প্রভাব ফেলে। এর মধ্যে, লিথিয়াম সংরক্ষণ করার ক্ষমতা সম্পন্ন উপাদান (Si, Sn) যোগ করলে গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হতে পারে।