সালফার-ভিত্তিক অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারিগুলি তাদের উচ্চতর নিরাপত্তা কর্মক্ষমতার কারণে বর্তমান লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে প্রতিস্থাপন করবে বলে আশা করা হচ্ছে। যাইহোক, অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারি স্লারি তৈরির প্রক্রিয়ায়, দ্রাবক, বাইন্ডার এবং সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে অসামঞ্জস্যপূর্ণ পোলারিটি রয়েছে, তাই বর্তমানে বড় আকারের উত্পাদন অর্জনের কোন উপায় নেই। বর্তমানে, অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির উপর গবেষণা প্রধানত ল্যাবরেটরি স্কেলে পরিচালিত হয় এবং ব্যাটারির আয়তন তুলনামূলকভাবে ছোট। অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির বৃহৎ আকারের উত্পাদন এখনও বিদ্যমান উত্পাদন প্রক্রিয়ার দিকে রয়েছে, অর্থাৎ, সক্রিয় পদার্থটি স্লারিতে প্রস্তুত করা হয় এবং তারপরে লেপা এবং শুকানো হয়, যার কম খরচ এবং উচ্চ দক্ষতা থাকতে পারে।

এক

অসুবিধার সম্মুখীন

অতএব, তরল দ্রবণকে সমর্থন করার জন্য উপযুক্ত পলিমার বাইন্ডার এবং দ্রাবক খুঁজে পাওয়া কঠিন। বেশিরভাগ সালফার-ভিত্তিক কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট মেরু দ্রাবকগুলিতে দ্রবীভূত হতে পারে, যেমন NMP আমরা বর্তমানে ব্যবহার করি। তাই দ্রাবকের পছন্দ শুধুমাত্র দ্রাবকের অ-পোলার বা অপেক্ষাকৃত দুর্বল মেরুত্বের প্রতি পক্ষপাতদুষ্ট হতে পারে, যার অর্থ হল বাইন্ডারের পছন্দটিও অনুরূপভাবে সংকীর্ণ – পলিমারের বেশিরভাগ মেরু কার্যকরী গ্রুপ ব্যবহার করা যায় না!

এটি সবচেয়ে খারাপ সমস্যা নয়। পোলারিটির পরিপ্রেক্ষিতে, দ্রাবক এবং সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে তুলনামূলকভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ বাইন্ডারগুলি অ্যাগ্রিগেট এবং সক্রিয় পদার্থ এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে বন্ধনকে হ্রাস করবে, যা নিঃসন্দেহে চরম ইলেক্ট্রোড প্রতিবন্ধকতা এবং দ্রুত ক্ষমতা ক্ষয়ের দিকে পরিচালিত করবে, যা ব্যাটারির কর্মক্ষমতার জন্য অত্যন্ত ক্ষতিকর।

উপরের প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার জন্য, তিনটি প্রধান পদার্থ (বাইন্ডার, দ্রাবক, ইলেক্ট্রোলাইট) নির্বাচন করা যেতে পারে, শুধুমাত্র অ-পোলার বা দুর্বল মেরু দ্রাবক, যেমন প্যারা-(পি) জাইলিন, টলুইন, এন-হেক্সেন, অ্যানিসোল ইত্যাদি। ., দুর্বল পোলার পলিমার বাইন্ডার ব্যবহার করে, যেমন বুটাডিন রাবার (BR), স্টাইরিন বুটাডিন রাবার (SBR), SEBS, পলিভিনাইল ক্লোরাইড (PVC), নাইট্রিল রাবার (NBR), সিলিকন রাবার এবং ইথাইল সেলুলোজ, প্রয়োজনীয় কর্মক্ষমতা পূরণ করার জন্য .

দুই

ইন সিটু পোলার – নন-পোলার কনভার্সন স্কিম

এই কাগজে, একটি নতুন ধরণের বাইন্ডার চালু করা হয়েছে, যা সুরক্ষা-ডি-প্রটেকশন রসায়নের মাধ্যমে মেশিনিংয়ের সময় ইলেক্ট্রোডের পোলারিটি পরিবর্তন করতে পারে। এই বাইন্ডারের পোলার ফাংশনাল গ্রুপগুলি নন-পোলার tert-butyl ফাংশনাল গ্রুপ দ্বারা সুরক্ষিত, নিশ্চিত করে যে ইলেক্ট্রোড পেস্ট তৈরির সময় বাইন্ডারটি সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের (এই ক্ষেত্রে LPSCl) এর সাথে মিলিত হতে পারে। তারপর তাপ চিকিত্সার মাধ্যমে, যেমন ইলেক্ট্রোডের শুকানোর প্রক্রিয়া, পলিমার বাইন্ডারের tert-butyl কার্যকরী গ্রুপ তাপীয় বিভক্ত হতে পারে, সুরক্ষার উদ্দেশ্য অর্জন করতে এবং অবশেষে পোলার বাইন্ডার পেতে পারে। চিত্র A দেখুন।

ছবিটি

ইলেক্ট্রোডের যান্ত্রিক এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বৈশিষ্ট্যের তুলনা করে সালফাইড অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য পলিমার বাইন্ডার হিসাবে বিআর (বুটাডিয়ান রাবার) নির্বাচন করা হয়েছিল। অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির যান্ত্রিক এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করার পাশাপাশি, এই গবেষণাটি পলিমার বাইন্ডার ডিজাইনের জন্য একটি নতুন পদ্ধতির উন্মোচন করে, যা ইলেক্ট্রোডগুলিকে উপযুক্ত এবং পছন্দসই অবস্থায় রাখার জন্য একটি সুরক্ষা-ডি-প্রটেকশন-রাসায়নিক পদ্ধতি। ইলেক্ট্রোড উত্পাদন বিভিন্ন পর্যায়ে।

তারপরে, পলিটার্ট-বুটিলাক্রাইলেট (টিবিএ) এবং এর ব্লক কপলিমার, পলিটার্ট-বুটিলাক্রাইলেট – বি-পলি 1, 4-বুটাডিয়ান (টিবিএ-বি-বিআর), যার কার্বক্সিলিক অ্যাসিড ফাংশনাল গ্রুপগুলি থার্মোলাইজড টি-বুটিল গ্রুপ দ্বারা সুরক্ষিত, নির্বাচিত হয়েছিল পরীক্ষা. প্রকৃতপক্ষে, TBA হল PAA-এর অগ্রদূত, যা সাধারণত বর্তমান লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিগুলিতে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু এর পোলারিটি অমিলের কারণে সালফাইড-ভিত্তিক অল-সলিড লিথিয়াম ব্যাটারিতে ব্যবহার করা যায় না। PAA এর শক্তিশালী পোলারিটি সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে হিংসাত্মক প্রতিক্রিয়া দেখাতে পারে, কিন্তু T-butyl-এর প্রতিরক্ষামূলক কার্বক্সিলিক অ্যাসিড ফাংশনাল গ্রুপের সাথে, PAA-এর মেরুত্ব হ্রাস করা যেতে পারে, এটি অ-পোলার বা দুর্বলভাবে মেরু দ্রাবকগুলিতে দ্রবীভূত হতে দেয়। তাপ চিকিত্সার পরে, টি-বুটাইল এস্টার গ্রুপটি আইসোবুটিন নিঃসরণ করতে পচে যায়, যার ফলে কার্বক্সিলিক অ্যাসিড তৈরি হয়, যেমনটি চিত্র B-তে দেখানো হয়েছে। দুটি পলিমার ডিপ্রোটেক্টেড পণ্যগুলিকে (অসংরক্ষিত) TBA এবং (অরক্ষিত) TBA- দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়। B-BR.

ছবিটি

অবশেষে, paA-এর মতো বাইন্ডার NCM এর সাথে ভালভাবে বন্ধন করতে পারে, যখন পুরো প্রক্রিয়াটি সিটুতে হয়। এটি বোঝা যায় যে এই প্রথমবারের মতো একটি অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারিতে একটি ইন সিটু পোলারিটি রূপান্তর স্কিম ব্যবহার করা হয়েছে৷

তাপ চিকিত্সার তাপমাত্রার জন্য, 120 ℃ এ কোন সুস্পষ্ট ভর ক্ষতি পরিলক্ষিত হয়নি, যখন বিউটাইল গ্রুপের সংশ্লিষ্ট ভর 15 ঘন্টা পরে 160 ℃ এ হারিয়ে গেছে। এটি নির্দেশ করে যে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা রয়েছে যেখানে বাটিল অপসারণ করা যেতে পারে (প্রকৃত উৎপাদনে, এই তাপমাত্রার সময়টি খুব দীর্ঘ, উৎপাদন দক্ষতা উন্নত করার জন্য আরও উপযুক্ত তাপমাত্রা বা অবস্থা আছে কিনা তা নিয়ে আরও গবেষণা এবং আলোচনার প্রয়োজন)। ডিপ্রোটেকশনের আগে এবং পরে উপাদানগুলির Ft-ir ফলাফলগুলিও দেখায় যে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ডিপ্রোটেকশন প্রক্রিয়াতে হস্তক্ষেপ করে না। আঠালো ফিল্মটি ডিপ্রোটেকশনের আগে এবং পরে আঠালো দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল, এবং ফলাফল দেখায় যে ডিপ্রোটেকশনের পরে আঠালো তরল সংগ্রাহকের সাথে আরও শক্তিশালী আঠালো ছিল। ডিপ্রোটেকশনের আগে এবং পরে বাইন্ডার এবং ইলেক্ট্রোলাইটের সামঞ্জস্যতা পরীক্ষা করার জন্য, এক্সআরডি এবং রমন বিশ্লেষণ করা হয়েছিল, এবং ফলাফলগুলি দেখায় যে এলপিএসসিএল সলিড ইলেক্ট্রোলাইটের পরীক্ষিত বাইন্ডারের সাথে ভাল সামঞ্জস্য ছিল।

এর পরে, একটি অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারি তৈরি করুন এবং দেখুন এটি কীভাবে কাজ করে। NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ বাইন্ডার 2% ব্যবহার করে, পোল শীটের স্ট্রিপিং শক্তি দেখায় যে যখন বাইন্ডার tBA-B-BR ব্যবহার করা হয় তখন স্ট্রিপিং শক্তি সবচেয়ে বেশি হয় (চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে)। এদিকে, স্ট্রিপিংয়ের সময়ও স্ট্রিপিং শক্তির উপর প্রভাব ফেলে। অরক্ষিত TBA ইলেক্ট্রোড শীট ভঙ্গুর এবং সহজে ফ্র্যাকচার, তাই ভাল নমনীয়তা এবং উচ্চ খোসা শক্তি সহ TBA-B-BR ব্যাটারির কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য প্রধান বাইন্ডার হিসাবে নির্বাচন করা হয়েছে।

চিত্র 1. বিভিন্ন বাইন্ডারের সাহায্যে পিল শক্তি

বাইন্ডার নিজেই আয়নিক অন্তরক। আয়নিক পরিবাহিতার উপর বাইন্ডারের সংযোজনের প্রভাব অধ্যয়ন করার জন্য, দুটি গ্রুপের পরীক্ষা চালানো হয়েছিল, একটি গ্রুপে 97.5% ইলেক্ট্রোলাইট +2.5% বাইন্ডার রয়েছে এবং অন্য গ্রুপে বাইন্ডার নেই। এটি পাওয়া গেছে যে বাইন্ডার ছাড়া আয়নিক পরিবাহিতা ছিল 4.8×10-3 SCM-1, এবং বাইন্ডারের পরিবাহিতাও 10-3 মাত্রার ক্রম। TBA-B-BR এর তড়িৎ রাসায়নিক স্থিতিশীলতা সিভি পরীক্ষা দ্বারা প্রমাণিত হয়েছিল।

তিন

অর্ধেক ব্যাটারি এবং সম্পূর্ণ ব্যাটারি কর্মক্ষমতা

অনেক তুলনামূলক পরীক্ষা দেখায় যে অরক্ষিত বাইন্ডারের ভাল আনুগত্য রয়েছে এবং লিথিয়াম আয়নগুলির স্থানান্তরের উপর কোন প্রভাব নেই। বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরীক্ষা করার জন্য বিভিন্ন বাইন্ডারের তৈরি অর্ধেক কোষ ব্যবহার করে, বিভিন্ন পরীক্ষামূলক অর্ধ কোষ যথাক্রমে বাইন্ডারের সাথে মিশ্রিত করে পজিটিভ, কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের কোন বাইন্ডার নেই এবং Li – একক ফ্যাক্টর পরীক্ষার ইলেক্ট্রোডে, বাইন্ডারের সাথে মিশ্রিত নয় কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটে, প্রমাণ করার জন্য যে অ্যানোড বাইন্ডারের উপর বিভিন্ন প্রভাব রয়েছে। এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা ফলাফল নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে:

ছবিটি

উপরের চিত্রে: ক. ধনাত্মক পৃষ্ঠের ঘনত্ব যখন 8mg/cm2 হয় তখন বিভিন্ন বাইন্ডারের অর্ধ-কোষ চক্রের কার্যক্ষমতা এবং B হল বিভিন্ন বাইন্ডারের অর্ধ-কোষ চক্রের কার্যক্ষমতা যখন ধনাত্মক পৃষ্ঠের ঘনত্ব 16mg/cm2 হয়৷ উপরের ফলাফলগুলি থেকে এটি দেখা যায় যে (অসংরক্ষিত) টিবিএ-বি-বিআর-এর অন্যান্য বাইন্ডারের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে ভাল ব্যাটারি চক্রের কার্যকারিতা রয়েছে এবং চক্রের চিত্রটিকে পিল শক্তি চিত্রের সাথে তুলনা করা হয়েছে, যা দেখায় যে খুঁটির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি একটি ভূমিকা পালন করে। চক্র কর্মক্ষমতা কর্মক্ষমতা গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা.

ছবিটি

বাম চিত্রটি চক্রের আগে NCM711/ Li-IN অর্ধ কোষের EIS দেখায় এবং ডান চিত্রটি 0.1 সপ্তাহের জন্য 50c চক্র ছাড়া অর্ধেক কোষের EIS দেখায়। অর্ধেক কোষের EIS যথাক্রমে TBA-B-BR এবং BR বাইন্ডার ব্যবহার করে (অরক্ষিত)। এটি নিম্নরূপ EIS ডায়াগ্রাম থেকে উপসংহার করা যেতে পারে:

1. যত চক্রই হোক না কেন, প্রতিটি ব্যাটারির ইলেক্ট্রোলাইট স্তর RSE প্রায় 10 ω cm2, যা ইলেক্ট্রোলাইট LPSCl 2 এর অন্তর্নিহিত ভলিউম প্রতিরোধের প্রতিনিধিত্ব করে। চক্রের সময় চার্জ স্থানান্তর প্রতিবন্ধকতা (RCT) বৃদ্ধি পায়, কিন্তু RCT ব্যবহার করে RCT এর বৃদ্ধি BR বাইন্ডার টিবিএ-বি-বিআর বাইন্ডার ব্যবহার করে তার চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি ছিল। এটি দেখা যায় যে বিআর বাইন্ডার ব্যবহার করে সক্রিয় পদার্থের মধ্যে বন্ধন খুব শক্তিশালী ছিল না এবং চক্রটিতে শিথিলতা ছিল।

ছবিটি

বিভিন্ন রাজ্যে মেরু স্লাইসগুলির ক্রস-সেকশন পর্যবেক্ষণ করতে SEM ব্যবহার করা হয়েছিল এবং ফলাফলগুলি উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে: a। Tba-b-br সঞ্চালনের আগে (বিরুদ্ধকরণ); বি. প্রচলনের আগে বিআর; C. TBA-B-BR 25 সপ্তাহ পর (বঞ্চন); D. 25 সপ্তাহ পরে BR;

চক্রের আগে সমস্ত ইলেক্ট্রোড সক্রিয় কণার মধ্যে ঘনিষ্ঠ যোগাযোগ লক্ষ্য করা যায়, শুধুমাত্র ছোট গর্ত দেখতে পারে, কিন্তু 25 সপ্তাহের চক্রের পরে, সুস্পষ্ট পরিবর্তন দেখতে পারে, c (টেক অফ) সহযোগী – b – BR অধিকাংশ কণার ইতিবাচক কার্যকলাপ বা কোন ফাটল নেই, এবং BR বাইন্ডার কণার ইলেক্ট্রোড কার্যকলাপ ব্যবহার করে মাঝখানে প্রচুর ফাটল রয়েছে, যেমন D এর হলুদ অংশে দেখানো হয়েছে, উপরন্তু, ইলেক্ট্রোলাইট এবং NCM কণাগুলি আরও গুরুতরভাবে পৃথক করা হয়েছে, যা ব্যাটারির জন্য গুরুত্বপূর্ণ কারণ। কর্মক্ষমতা ক্ষয়

ছবিটি

অবশেষে, পুরো ব্যাটারির কর্মক্ষমতা যাচাই করা হয়। ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড NCM711/ নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড গ্রাফাইট প্রথম চক্রে 153mAh/g পৌঁছাতে পারে এবং 85.5 চক্রের পরে 45% বজায় রাখতে পারে।

চার

একটি সংক্ষিপ্ত সারাংশ

উপসংহারে, অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারিতে, সক্রিয় পদার্থের মধ্যে কঠিন যোগাযোগ, উচ্চ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং ইন্টারফেসের স্থিতিশীলতা উচ্চ ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্স পাওয়ার জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ।