তাড়াতাড়ি চার্জিং গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদান

২০২৫-০৩-২৬

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য প্রথম বাণিজ্যিক নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপাদান হিসেবে, গ্র্যাফাইটের উচ্চ ক্ষমতা, স্থিতিশীল গঠন এবং ভালো বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার সুবিধা রয়েছে। আরো গুরুত্বপূর্ণ হলো, এটি প্রচুর পরিমাণে উৎস এবং নিম্ন খরচ। এটি এখনও বর্তমান সময়ের সবচেয়ে প্রধান এনোড উপাদান, এবং স্বল্প সময়ের মধ্যে সম্পূর্ণরূপে প্রতিস্থাপন করা কঠিন। যেহেতু লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বৈদ্যুতিক যানবাহনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে, ফাস্ট চার্জিং ক্ষমতা গ্র্যাফাইটের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কর্মক্ষমতা নির্দেশক হয়ে উঠেছে। ধীর লিথিয়াম ইন্ট্রাকলেশন কাইনেটিক্স এবং অত্যন্ত কম রিডক্স পোটেনশিয়ালের কারণে, উচ্চ-গতির চার্জ এবং ডিসচার্জের আওতায় গ্র্যাফাইটের ক্ষমতা, স্থিতিশীলতা এবং সুরক্ষা শক্তি ব্যাটারির প্রয়োজন মেটাতে পারে না। সুতরাং, গ্র্যাফাইটের দ্রুত চার্জিং কর্মক্ষমতা বাড়ানোর জন্য গ্র্যাফাইটের সংশোধন গত কয়েক বছরে গবেষকদের কেন্দ্রবিন্দু হয়েছে।

গ্রাফাইটের দ্রুত চার্জিং সমস্যা সমাধানের বর্তমান উপায়গুলো হল নিম্নরূপ।

(1) একটি স্থিতিশীল কৃত্রিম SEI ঝিল্লি তৈরি করা। গ্রাফাইটের পৃষ্ঠে স্থিতিশীল কাঠামো, উচ্চ রিডক্স পটেনশিয়াল এবং ভালো আয়নীয় গুণগতাবলী সহ একটি জৈব/অজৈব কৃত্রিম SEI ফিল্ম তৈরি করে শুধু গ্রাফাইটে লিথিয়াম আয়নের পরিবহন আনিষট্রোপিকে কমানো যায়না, বরং লিথিয়াম আয়নের স্থানান্তরের হারও বাড়ানো যায়। উচ্চ-হার চার্জ এবং ডিসচার্জের সময় গ্রাফাইটের পৃষ্ঠে লিথিয়াম ধাতুর জমা এড়াতে ছোট পোলারাইজেশন ব্যবহার করতে হয়। উপরন্তু, কৃত্রিম SEI ফিল্ম লিথিয়াম আয়ন এবং দ্রাবক অণুর জন্য একটি "বিভাজক ছাঁকনি" হিসেবেও কাজ করতে পারে, দ্রাবক অণুর সহ-ইন্টারক্যালেশন দ্বারা গ্রাফাইটের কাঠামোর ক্ষতি এড়াতে।

(2) আকার এবং কাঠামোর ডিজাইন। গ্রাফাইটের আকার এবং কাঠামো পরিবর্তন করে (যেমন গর্তের কাঠামো ডিজাইন) গ্রাফাইটের প্রান্ত ইন্টারক্যালেশনের সক্রিয় সাইটের সংখ্যা বাড়ানো যায় এবং গ্রাফাইটে লিথিয়াম আয়নের চলন দক্ষতা বৃদ্ধি করা যায়।

(3) ইলেকট্রোলাইটের অপ্টিমাইজেশন। দ্রাবকগুলির ব্যবহার অপ্টিমাইজ করে, লিথিয়াম সল্টের প্রকার এবং ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করে, এবং জৈব/অজৈব সংযোজক যোগ করে, ইলেকট্রোলাইটে লিথিয়াম আয়নের সলভেশন কাঠামো কার্যকরভাবে সমন্বয় করা যায়, লিথিয়াম আয়নের ডিজসলভেশন ব্যারিয়ার হ্রাস করা যায় এবং একটি স্থিতিশীল SEI ফিল্ম তৈরি করা যায়। তদুপরি, দ্রাবক অণুর সহ-ইন্টারক্যালেশনের প্রভাব গ্রাফাইটের স্থিতিশীলতার উপর কমানো যায়।

(4) চার্জিং কৌশল অপ্টিমাইজ করুন। চার্জিং প্রটোকল অপ্টিমাইজ করে, চার্জিং বর্তমান, ভোল্টেজ এবং শিথিলকরণ সময় নিয়ন্ত্রণ করে, লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলির গঠন ছাড়াই চার্জিং হার সীমা অর্জন করা সম্ভব এবং সাইকেল লাইফ এবং চার্জিং হারের মধ্যে ভারসাম্য প্রতিষ্ঠা করা যায়। এই পদ্ধতিগুলি দ্রুত চার্জিং অবস্থায় গ্রাফাইটের ক্ষমতা এবং স্থায়িত্ব কার্যকরভাবে বৃদ্ধি করতে পারে, এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের "পুনরায় জ্বালানি" চার্জিং বাস্তবায়নের জন্য একটি নির্দেশিকা প্রদান করে।

তবে, গ্রাফাইটের দ্রুত চার্জিং ডিজাইন এখনও নিম্নলিখিত চ্যালেঞ্জগুলির সম্মুখীন:

(১) গ্রাফাইটের রাসায়নিক স্থিতিশীলতা অত্যন্ত শক্তিশালী এবং পৃষ্ঠের ভেজা ক্ষমতা খুবই কম। তাই, কিছু সহজ ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করে কৃত্রিম SEI প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম তৈরি করা কঠিন। বর্তমান গবেষণায় বেশিরভাগ ক্ষেত্রে ALD পারমাণবিক স্তর জমা, CVD বাষ্প জমা এবং অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করতে হয়। কৃত্রিম SEI প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম তৈরির এই পদ্ধতিগুলির ব্যয় বেশি, প্রক্রিয়া জটিল, দক্ষতা কম এবং বৃহৎ আকারের শিল্পায়নের সম্ভাব্যতা নেই। অতএব, কীভাবে গ্রাফাইট দিয়ে শুরু করা যায় এবং এর অভ্যন্তরীণ ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করা যায়, যাতে সহজ এবং সুবিধাজনক উপায়ে কৃত্রিম SEI প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম তৈরি করা যায়, তা ভবিষ্যতের গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু।

(2) ছিদ্র ডিজাইন করে এবং গ্রাফাইট কণার আকার ও কাঠামো কমিয়ে লিথিয়াম ইন্টারক্যালেশন সাইটের সংখ্যা বাড়ানো সম্ভব, তবে সক্রিয় সাইটের বৃদ্ধি প্রায়শই পার্শ্ব প্রতিক্রিয়ার তীব্রতা বাড়ানো এবং প্রথম কুলম্বিক দক্ষতা হ্রাসের সাথে যুক্ত হয়। যেহেতু লিথিয়াম সল্টের দাম সর্বকালের সর্বোচ্চে পৌঁছেছে, গ্রাফাইটের দ্রুত-চার্জিং ডিজাইনের জন্য প্রথমবারের জন্য অপরিবর্তনীয় ক্ষমতা বাড়ানোর বিপরীতে আসা উচিত নয়। তাই, গঠন এবং কাঠামোর নিয়ন্ত্রণ কৌশলকে অন্যান্য পৃষ্ঠ পরিবর্তন কৌশলের সঙ্গে মিলিয়ে ব্যবহার করতে হবে যাতে অতিরিক্ত লিথিয়াম খরচ এড়ানো যায়।

(3) কার্যক্ষম সংযোজনকারী ব্যবহার করে বা নতুন লিথিয়াম লবণ এবং দ্রাবক তৈরি করে উচ্চ আয়নিক পরিবহণের ক্ষমতা, উচ্চ স্থানান্তর সংখ্যা এবং বিস্তৃত তাপমাত্রার পরিসীমার সাথে নতুন ইলেকট্রোলাইটগুলি অর্জন করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ইলেকট্রোলাইটগুলি নির্দিষ্ট ব্যাটারি রসায়নের জন্য আয়নের পরিবহণ এবং আন্তঃসীমান্ত নির্ধারণ করে। তবে, ইলেকট্রোলাইটগুলির উন্নয়ন নির্দেশিকাগুলি খরচের দিক এবং পরিবেশগত সুরক্ষার ডিগ্রি বিবেচনায় আনতে হবে,そう নয়তো এর ব্যবহারিক গুরুত্ব নেই।

(4) গ্রাফাইট-ভিত্তিক দ্রুত চার্জিং ডিজাইনগুলির অধিকাংশ এখনও বোতাম ব্যাটারির ভিত্তিতে মূল্যায়ন করা হচ্ছে। একটি প্রযুক্তি যা একত্রিত শিল্প অ্যাপ্লিকেশন প্রয়োজন, গবেষকরা এটি পাউচ সেল বা সিলিন্ড্রিক্যাল সেলে মূল্যায়ন করা উচিত যাতে এর বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশন সম্ভাবনা যাচাই করা যায়।