পেট্রোলিয়াম কোকের উপকরণ হিসেবে প্রয়োগ

২০২৫-০৩-২৬

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি একটি পুনঃব্যবহারযোগ্য শক্তির সংরক্ষণ ব্যবস্থা, যা লিথিয়াম আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারি হিসাবেও পরিচিত, যা একটি ইতিবাচক ইলেকট্রোড, একটি নেতিবাচক ইলেকট্রোড, একটি ঝিল্লি এবং একটি ইলেকট্রোলাইটিক তরল সিস্টেম নিয়ে গঠিত। এই ধরনের ব্যাটারির অন্যান্য প্রাথমিক ব্যাটারির তুলনায় উচ্চ শক্তি ঘনত্ব, কোন মেমরি প্রভাব এবং কম স্বতঃবেস্থিতি রয়েছে। লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপাদান গ্রহস্থল প্রধানত কৃত্রিম গ্রাফাইট এবং প্রাকৃতিক গ্রাফাইটে বিভক্ত। কৃত্রিম গ্রাফাইটের কাঁচামাল মূলত তেল এবং কয়লা সূচক কোক।

উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোক, যা আকুচল পেট্রোলিয়াম কোক দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, এর মধ্যে নিম্ন তাপীয় সম্প্রসারণ সহ গুণগত বৈশিষ্ট্যগুলি রয়েছে, যেমন কম শূন্যস্থান, কম সালফার, কম ছাই, কম মেটালের বিষয়বস্তু, উচ্চ পরিবাহিতা এবং সহজ গ্রাফিটাইজেশন, তাই এটি লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির জন্য উচ্চ মানের অ্যানোড উপাদান হিসেবে বিবেচিত হয়।

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির জন্য অ্যানোড উপাদান হিসেবে উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোক ব্যবহৃত হয়, যা সাধারণত শোধন, ভাঙন, কণার আকারের স্তরবিন্যাস, গ্রাফিটাইজেশন, পৃষ্ঠ সংশোধন এবং অন্যান্য প্রক্রিয়া প্রয়োজন। পুরো প্রক্রিয়াটি আপেক্ষিকভাবে দীর্ঘ, এবং চূড়ান্ত প্রভাবের জন্য আরও প্রভাবশালী কারণ রয়েছে। কিছু বৃহত্তম উদ্বেগগুলি হল:
(1) তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে অবস্থার কার্বনের গঠনের প্রক্রিয়া;
(2) অ্যানোড উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং কার্বন উপাদানের কাঠামোর মধ্যে সম্পর্ক;
(3) লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড উপাদানের প্রয়োজন মেটানোর জন্য কি কোনো উপযুক্ত কার্বন উপাদান আছে?

1. উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোকের পোস্ট-ট্রিটমেন্ট তাপমাত্রার তার কার্যকারিতার উপর প্রভাব

উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোকের পোস্ট-হিট ট্রিটমেন্ট দুইটি স্তরে বিভক্ত: ক্যালসিনেশন এবং উচ্চ তাপ গ্রাফিটাইজেশন। ক্যালসিনেশন 1500 এর নিচের ক্যালসিনেশন প্রক্রিয়াকে বোঝায়, এবং উচ্চ তাপ গ্রাফিটাইজেশন 3000 এর কাছাকাছি উচ্চ তাপ চিকিত্সার প্রক্রিয়াকে বোঝায়।
পেট্রোলিয়াম কোক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উৎপাদিত উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোক ঘুর্ণায়মান চুল্লিতে ক্যালসিন হয়, যা আর্দ্রতা এবং উড়ন্ত পদার্থ অনেক কমিয়ে দেয়, এবং পরিবহন ও সংরক্ষণ আরও সুবিধাজনক হয়। গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার সময়, গ্রাফিটাইজেশন তাপমাত্রা উচ্চমানের পেট্রোলিয়াম কোকের গ্রাফিটাইজেশনের ডিগ্রির উপর প্রভাব ফেলার একটি প্রধান কারণ।

700 ~ 1000 এর সীমার মধ্যে, তাপমাত্রা বেশি হলে, কার্বনাইজড নমুনার গ্রাফাইট স্তরের ব্যবধান ছোট হয়, নমুনার কাঠামোগত অর্ডার বৃদ্ধি পায়, এই সময়ের কোককে নরম কার্বন বলা যেতে পারে। এই তাপমাত্রায় চিকিত্সা করা নমুনার প্রাথমিক ক্যাপ্যাসিট্যান্স হল 340 mAh/g গ্রাফাইটের তাত্ত্বিক ক্যাপ্যাসিট্যান্সের চেয়ে বেশি। তবে, সূচক পেট্রোলিয়াম কোক দিয়ে গঠিত লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপাদানের জন্য স্থিতিশীল চার্জ এবং ডিসচার্জ পটেনশিয়াল পেতে কঠিন।

গ্রাফিটাইজেশনের পরে ২৮০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে অ্যাকিকুলার পেট্রোলিয়াম কোক এবং পিচ কোকের, দেখা গেছে যে বারবার চার্জ দেওয়া এবং ডিসচার্জ করার ৪০ বার পর গ্রাফিটাইজড অ্যাকিকুলার পেট্রোলিয়াম কোকের লিথিয়াম ক্ষমতা ৩০১mAh/g এ স্থির থাকতে পারে, যখন গ্রাফিটাইজড পিচ কোকের মাত্র ২৪০mAh/g। এর কারণ হল অ্যাকিকুলার পেট্রোলিয়াম কোকের কাঁচামাল পরিষ্কার করা হয় এবং কোকার প্রক্রিয়ায় বিস্তৃত এলাকা মেসোফেজ তৈরি হতে পারে। শেষ পর্যন্ত, অ্যাকিকুলার পেট্রোলিয়াম কোক গ্রাফিটাইজেশনের জন্য সহজ এবং গ্রাফিটাইজেশনের স্তর বেশি।

২. উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোকের মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং লিথিয়াম স্টোরেজ নিয়ে যান্ত্রিক

(১) নরম Carbon দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়েছে, বিভিন্ন লিথিয়াম স্টোরেজ যান্ত্রিক রয়েছে, যেমন গ্রাফাইট মাইক্রোক্রিস্টালের মধ্যে ইন্টারল্যামিনার লিথিয়াম স্টোরেজ, নরম কার্বনের মধ্যে ন্যানো-পোর বা ফাটলের মাধ্যমে লিথিয়াম স্টোরেজ এবং কার্বন উপকরণের পৃষ্ঠের ত্রুটি বা অবশিষ্ট কার্যকর গোষ্ঠীর সাথে Li+ এর প্রতিক্রিয়া দ্বারা তৈরি কঠিন ইলেকট্রোলাইট ফিল্ম (SEI) ইত্যাদি।

(২) দ্বিতীয় ধরনের, কৃত্রিম গ্রাফাইট দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, প্রধানত গ্রাফাইটের মধ্যে লিথিয়াম স্টোরেজ, তাই প্রথম ক্ষমতা নরম কার্বনের চেয়ে কম হবে।

সারসংক্ষেপে, গ্রাফিটাইজেশন তাপমাত্রার চূড়ান্ত প্রভাব হল উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোক এবং অন্যান্য কার্বন উপকরণের অভ্যন্তরীণ গঠন। যদি উপকরণের অভ্যন্তরীণ গঠন অধিকতর কার্যকর এবং গ্রাফিটাইজেশনের জন্য সহজ হয়, তবে চূড়ান্ত নেতিবাচক ইলেকট্রোডের ক্ষমতা বেশি এবং চক্রের কার্যকারিতা উন্নত। তবে, যদিও উচ্চ মাত্রায় গ্রাফিটাইজড কার্বন উপকরণের উচ্চ ক্ষমতা এবং স্থিতিশীল চার্জ-ডিসচার্জ প্ল্যাটফর্ম রয়েছে, তাদের চক্রের কার্যকারিতা এবং নিম্ন তাপমাত্রার কার্যকারিতা খারাপ। এর কারণ হল যখন Li+ গ্রাফাইটের স্তরে প্রবেশ করে, এটি স্তরিক গ্রাফাইটের সাথে একটি গ্রাফাইট ইন্টারলেয়ার যৌগ গঠন করে এবং গ্রাফাইট স্তর প্রসারিত হয়। যখন Li+ নিঃসরণ হয়, গ্রাফাইট তার মূল অবস্থায় ফিরে আসে। বারবার প্রসারিত এবং সংকুচিত করার প্রক্রিয়ায়, গ্রাফাইট স্তরের গঠন সহজে ধ্বংস হতে পারে এবং এটি দ্রাবক সংযোজনের সৃষ্টি করতে পারে, যার ফলে নেতিবাচক ইলেকট্রোডের চক্রের কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়। সে কারণে, উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোকের মতো কার্বন উপকরণের গ্রাফিটাইজেশনের প্রক্রিয়ায় গ্রাফিটাইজেশনের মাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা উচিত এবং কিছু অ্যামরফাস গঠন মাইক্রোক্রিস্টালগুলির মধ্যে বজায় রাখতে প্রয়োজন।

৩. লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড উপকরণ হিসেবে নরম কার্বন

সাধারণ লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির থেকে ভিন্ন, পাওয়ার লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিগুলির উচ্চতর হার কার্যকারিতা প্রয়োজন যাতে চার্জিং সময় কমাতে পারে, ভালো নিম্ন তাপমাত্রার কার্যকারিতা বিভিন্ন কাজের পরিবেশে পূরণ করতে, বড় ক্ষমতা ব্যাটারির আকার কমাতে এবং ভালো স্থিতিশীলতা নিরাপত্তার সমস্যাগুলি প্রতিরোধ করতে।
প্রথমবারের মতো অ্যানোড উপকরণ হিসেবে নরম কার্বনের কম কার্যকারিতা এবং কোন স্থিতিশীল ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম নেই। অ্যালকান্তারা ও তার সহকর্মীরা প্রথম চক্রের কম কার্যকারিতার জন্য দুটি ব্যাখ্যা প্রদান করেন:
(১) লিথিয়াম আয়ন এবং নিম্ন তাপমাত্রার আলিফ্যাটিক হাইড্রোকার্বনের মধ্যে কোকের প্রতিক্রিয়ায় অকৃত্রিম কারণে;
(২) লিথিয়াম ফাইবারের এক্সপোজড প্রান্তে গ্রাফাইটের টুকরোদের সাথে একটি অকৃত্রিম বন্ধনে বদ্ধ। প্রথম চক্রের লাইফ কম কার্যকারিতার অতিরিক্ত, স্তরের মধ্যে ফাঁক থাকার কারণে, চার্জ এবং ডিসচার্জ ভোল্টেজ পিছিয়ে যাবে এবং ইলেকট্রোডটি অস্থিতিশীল হবে। তবে, নরম কার্বন অ্যানোড উপকরণের সুবিধা হল কার্যকরী ভোল্টেজটি তুলনামূলকভাবে উচ্চ, যা শর্ট সার্কিট এবং অন্যান্য সমস্যার কারণে লিথিয়াম ধাতুর স্থায়ী নির্গমন প্রতিরোধ করতে পারে। দ্বিতীয়ত, খরচ কম এবং কোনও উচ্চ তাপমাত্রার গ্রাফিটাইজেশন প্রয়োজন নেই।

৪. উপসংহারে ও সম্ভাবনা

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড উপাদানের জন্য উপযুক্ত পেট্রোলিয়াম কোক S, O এবং অন্যান্য হেটেরোঅ্যাটমিক বিষয়বস্তু ছোট, গ্রাফিটাইজেশনের জন্য সহজ, এবং এর উপযুক্ত কণার আকারের বিভাজন ও ছোট পৃষ্ঠের এলাকা ইত্যাদি থাকা প্রয়োজন। উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোক এবং অন্যান্য নরম কার্বন উপাদানগুলোর সুপারিশিত পারফরম্যান্স কম তাপমাত্রা এবং হার পারফরম্যান্সে অসাধারণ, যা তাদের লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপাদানগুলোর ক্ষেত্রে আরও মনোযোগ আকর্ষণ করে, কিন্তু সাইকেল কার্যকারিতার এবং স্থিতিশীলতার সমস্যাগুলি এখনও সমাধান করা প্রয়োজন।
ক্যালসিনেশন এবং গ্রাফিটাইজেশন উচ্চ মানের পেট্রোলিয়াম কোকের অভ্যন্তরীণ গঠন পরিবর্তন করতে পারে, এবং তারপর এটি অ্যানোড উপাদান হিসেবে তার বৈদ্যুতিন-কেমিক্যাল পারফরম্যান্স পরিবর্তন করে। তবে, গ্রাফিটাইজড উপাদানটিকে এখনও উপাদান প্রকৌশল পদ্ধতিগুলি ব্যবহার করে আপগ্রেড করতে হবে যাতে এটি ভালো সাইক্লিং, বাড়ানোর এবং উচ্চ ভলিউম বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করতে পারে।
ভবিষ্যতে পেট্রোলিয়াম কোক অ্যানোড উপাদানের তিনটি উন্নয়ন প্রবণতা রয়েছে:
(১) কোকের কাঠামো এবং এর প্রভাবিত বিষয়গুলির একটি গভীরতর বোঝাপড়া পাওয়া, যাতে কাস্টমাইজড প্রস্তুতির উদ্দেশ্য অর্জিত হয়, উচ্চ ক্ষমতা, উচ্চ হার পারফরম্যান্সের লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির দিকে মনোনিবেশ করে;
(২) নতুন কম্পোজিট কোক অ্যানোড উপাদানের উন্নয়ন এবং বাণিজ্যিক প্রয়োগ;
(৩) নতুন পেট্রোলিয়াম কোক অ্যানোড উপাদানের উন্নয়ন, যার মধ্যে পেট্রোলিয়াম কোক ভিত্তিক কার্বন ন্যানোঅ্যানোড উপাদানের ব্যাচ প্রস্তুতি এবং নতুন ব্যাটারি সিস্টেমের সাথে মেলানোর জন্য নতুন কোক অ্যানোড এবং ক্যাথোড উপাদানগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।