বিদেশী মিডিয়া রিপোর্ট অনুসারে, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (DOE) এর Brookhaven National Laboratory (Brookhaven National Laboratory) এর একদল গবেষক লিথিয়াম মেটাল অ্যানোড ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া সম্পর্কে নতুন বিবরণ নির্ধারণ করেছেন। , সস্তা বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।

ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির ব্যাটারি গবেষকরা (চিত্র উত্স: ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি)

লিথিয়াম অ্যানোডের পুনর্নির্মাণ

স্মার্ট ফোন থেকে বৈদ্যুতিক যান, আমরা ঐতিহ্য দেখতে পাচ্ছি। যদিও লিথিয়াম ব্যাটারি অনেক প্রযুক্তিকে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করতে সক্ষম করেছে, তবুও তারা বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য দীর্ঘ-দূরত্বের শক্তি প্রদানের ক্ষেত্রে চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়।

ব্যাটারি 500, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি’স প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (PNNL) এবং মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি দ্বারা অর্থায়ন করা বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকদের নেতৃত্বে একটি জোট, যার লক্ষ্য 500Wh/kg শক্তির ঘনত্ব সহ একটি ব্যাটারি সেল তৈরি করা৷ অন্য কথায়, এটি আজকের সবচেয়ে উন্নত ব্যাটারির দ্বিগুণ শক্তির ঘনত্ব। এই লক্ষ্যে, জোট লিথিয়াম ধাতব অ্যানোড দিয়ে তৈরি ব্যাটারির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলি অ্যানোড হিসাবে লিথিয়াম ধাতু ব্যবহার করে। বিপরীতে, বেশিরভাগ লিথিয়াম ব্যাটারি গ্রাফাইটকে অ্যানোড হিসাবে ব্যবহার করে। “লিথিয়াম অ্যানোড হল ব্যাটারি 500 শক্তির ঘনত্ব লক্ষ্যে পৌঁছানোর মূল কারণগুলির মধ্যে একটি,” গবেষকরা বলেছেন। “সুবিধা হল যে শক্তির ঘনত্ব বিদ্যমান ব্যাটারির দ্বিগুণ। প্রথমত, অ্যানোডের নির্দিষ্ট ক্ষমতা খুব বেশি; দ্বিতীয়ত, আপনার একটি উচ্চ ভোল্টেজ ব্যাটারি থাকতে পারে এবং দুটির সংমিশ্রণে উচ্চ শক্তির ঘনত্ব থাকতে পারে।”

বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে লিথিয়াম অ্যানোডের সুবিধার স্বীকৃতি দিয়েছেন; প্রকৃতপক্ষে, লিথিয়াম ধাতব অ্যানোড হল ব্যাটারি ক্যাথোডের সাথে মিলিত প্রথম অ্যানোড। যাইহোক, অ্যানোডের “রিভার্সিবিলিটি” এর অভাবের কারণে, অর্থাৎ, একটি বিপরীত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার মাধ্যমে চার্জ করার ক্ষমতা, ব্যাটারি গবেষকরা লিথিয়াম ব্যাটারি তৈরি করতে লিথিয়াম ধাতব অ্যানোডের পরিবর্তে গ্রাফাইট অ্যানোড ব্যবহার করে শেষ করেছেন।

এখন, কয়েক দশকের অগ্রগতির পরে, গবেষকরা লিথিয়াম ব্যাটারির সীমা ধাক্কা দেওয়ার জন্য একটি বিপরীতমুখী লিথিয়াম ধাতব অ্যানোড উপলব্ধি করতে আত্মবিশ্বাসী। মূল বিষয় হল ইন্টারফেস, কঠিন পদার্থের স্তর যা ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার সময় ব্যাটারির ইলেক্ট্রোডে তৈরি হয়।

“যদি আমরা এই ইন্টারফেসটি সম্পূর্ণরূপে বুঝতে পারি, তবে এটি উপাদান ডিজাইন এবং বিপরীতমুখী লিথিয়াম অ্যানোড তৈরির জন্য গুরুত্বপূর্ণ নির্দেশিকা প্রদান করতে পারে,” গবেষকরা বলেছেন। “কিন্তু এই ইন্টারফেসটি বোঝা বেশ চ্যালেঞ্জ কারণ এটি উপাদানের একটি খুব পাতলা স্তর, মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার পুরু, এবং এটি বায়ু এবং আর্দ্রতার প্রতি সংবেদনশীল, তাই নমুনাগুলি পরিচালনা করা কঠিন।”

এই ইন্টারফেসটি NSLS-II তে ভিজ্যুয়ালাইজ করা হয়েছে

এই চ্যালেঞ্জগুলি সমাধান করার জন্য এবং ইন্টারফেসের রাসায়নিক গঠন এবং কাঠামো “দেখতে” জন্য, গবেষকরা ন্যাশনাল সিনক্রোট্রন রেডিয়েশন লাইট সোর্স II (NSLS-II), ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির DOE বিজ্ঞান অফিসের একটি ব্যবহারকারী সুবিধা ব্যবহার করেছেন, যা উত্পাদন করে। পারমাণবিক স্কেলে ইন্টারফেসের বস্তুগত বৈশিষ্ট্য অধ্যয়ন করতে সুপার উজ্জ্বল এক্স-রে।

nSLS-II-এর উন্নত ক্ষমতা ব্যবহার করার পাশাপাশি, দলটিকে একটি বিম লাইন (পরীক্ষামূলক স্টেশন) ব্যবহার করতে হবে যা ইন্টারফেসের সমস্ত উপাদান সনাক্ত করতে পারে এবং স্ফটিক সনাক্ত করতে উচ্চ-শক্তি (স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য) এক্স-রে ব্যবহার করতে পারে। এবং নিরাকার পর্যায়গুলি।

“রসায়ন দল XPD মাল্টি-মোড পদ্ধতি গ্রহণ করেছে, বিমলাইন, এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (এক্সআরডি) এবং ডিস্ট্রিবিউশন ফাংশন (পিডিএফ) বিশ্লেষণ দ্বারা প্রদত্ত দুটি ভিন্ন কৌশল ব্যবহার করে,” গবেষকরা বলেছেন। “এক্সআরডি স্ফটিক পর্যায়গুলি অধ্যয়ন করতে পারে, এবং পিডিএফ নিরাকার পর্যায়গুলি অধ্যয়ন করতে পারে।”

XRD এবং PDF বিশ্লেষণ উত্তেজনাপূর্ণ ফলাফল প্রকাশ করেছে: লিথিয়াম হাইড্রাইড (LiH) ইন্টারফেসে বিদ্যমান। কয়েক দশক ধরে, বিজ্ঞানীরা ইন্টারফেসে LiH এর অস্তিত্ব সম্পর্কে তর্ক করছেন, ইন্টারফেস গঠনকারী মৌলিক প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া সম্পর্কে অনিশ্চয়তা তৈরি করছে।

“LiH এবং লিথিয়াম ফ্লোরাইড (LiF) খুব অনুরূপ স্ফটিক কাঠামো আছে। LiH আবিষ্কার সম্পর্কে আমাদের দাবি কিছু লোকের দ্বারা প্রশ্নবিদ্ধ হয়েছে যারা বিশ্বাস করে যে আমরা LiH এর জন্য LiF ভুল করি,” গবেষক বলেছেন।

গবেষণায় জড়িত বিতর্ক এবং LiF থেকে LiH-কে আলাদা করার প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জের পরিপ্রেক্ষিতে, গবেষণা দল বায়ু এক্সপোজার পরীক্ষা পরিচালনা সহ LiH-এর অস্তিত্বের জন্য একাধিক প্রমাণ সরবরাহ করার সিদ্ধান্ত নিয়েছে।

“গবেষকরা বলেছেন: “LiF বাতাসে স্থিতিশীল, কিন্তু LiH অস্থির। যদি আমরা ইন্টারফেসকে আর্দ্র বাতাসে উন্মুক্ত করি, এবং যদি সময়ের সাথে সাথে যৌগের পরিমাণ কমে যায়, আমরা নিশ্চিত করতে পারি যে আমরা প্রকৃতপক্ষে LiH দেখছি, LiF নয়, এবং এটি LiF। LiF থেকে LiH কে আলাদা করতে অসুবিধার কারণে এবং বায়ু এক্সপোজার পরীক্ষা আগে কখনও করা হয়নি, অনেক সাহিত্য প্রতিবেদনে LiH-কে LiF বলে ভুল হওয়ার সম্ভাবনা বেশি, অথবা আর্দ্র পরিবেশে LiH পচনের কারণে এটি পরিলক্ষিত হয় না। ”

গবেষক অব্যাহত. “PNNL দ্বারা করা নমুনা প্রস্তুতির কাজ এই গবেষণার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। আমরা সন্দেহ করি যে অনেক লোক LiH সনাক্ত করতে ব্যর্থ হয়েছে কারণ তাদের নমুনাগুলি পরীক্ষার আগে একটি আর্দ্র পরিবেশে উন্মুক্ত হয়েছিল।” আপনি যদি সঠিকভাবে নমুনা সংগ্রহ না করেন, নমুনা এবং শিপিং নমুনাগুলি সিল করুন, আপনি LiH মিস করতে পারেন। ”

LiH-এর অস্তিত্ব নিশ্চিত করার পাশাপাশি, দলটি LiF-কে ঘিরে আরেকটি দীর্ঘস্থায়ী রহস্যও সমাধান করেছে। LiF দীর্ঘকাল ধরে ইন্টারফেসের একটি উপকারী উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়েছে, তবে কেউই এর কারণটি পুরোপুরি বোঝে না। দলটি ইন্টারফেসের মধ্যে LiF-এর কাঠামোগত পার্থক্য এবং LiF-এরই বেশিরভাগ কাঠামোগত পার্থক্য নির্ধারণ করে, এবং দেখেছে যে প্রাক্তনটি অ্যানোড এবং ক্যাথোডের মধ্যে লিথিয়াম আয়ন পরিবহনের প্রচার করেছে।

ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি, অন্যান্য জাতীয় পরীক্ষাগার এবং বিশ্ববিদ্যালয়গুলির ব্যাটারি বিজ্ঞানীরা সহযোগিতা অব্যাহত রেখেছেন। গবেষকরা বলেছেন যে এই ফলাফলগুলি লিথিয়াম ধাতু অ্যানোডগুলির বিকাশের জন্য অত্যন্ত প্রয়োজনীয় ব্যবহারিক নির্দেশিকা প্রদান করবে।