এই শক্তি-প্যাকড ব্যাটারিগুলি প্রচণ্ড ঠান্ডা এবং গরমে ভাল কাজ করে

ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া সান দিয়েগোর প্রকৌশলীরা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করেছেন যা হিমায়িত ঠান্ডা এবং ঝলসে যাওয়া গরম তাপমাত্রায় ভাল কাজ করে, যখন প্রচুর শক্তি প্যাক করে।গবেষকরা একটি ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করে এই কৃতিত্বটি সম্পন্ন করেছেন যা শুধুমাত্র বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসর জুড়ে বহুমুখী এবং শক্তিশালী নয়, তবে উচ্চ শক্তির অ্যানোড এবং ক্যাথোডের সাথেও সামঞ্জস্যপূর্ণ।
তাপমাত্রা স্থিতিস্থাপক ব্যাটারিন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেস (PNAS) এর প্রসিডিংস-এ 4 জুলাইয়ের সপ্তাহে প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে বর্ণনা করা হয়েছে।
এই ধরনের ব্যাটারি ঠাণ্ডা আবহাওয়ায় বৈদ্যুতিক গাড়িগুলিকে একক চার্জে আরও দূরে যেতে দেয়;তারা গরম জলবায়ুতে যানবাহনের ব্যাটারি প্যাকগুলিকে অত্যধিক গরম থেকে বাঁচাতে কুলিং সিস্টেমের প্রয়োজনীয়তাও কমাতে পারে, বলেছেন ঝেং চেন, ইউসি সান দিয়েগো জ্যাকবস স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ন্যানো ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক এবং গবেষণার সিনিয়র লেখক।
“আপনার এমন এলাকায় উচ্চ তাপমাত্রার অপারেশন দরকার যেখানে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা ট্রিপল ডিজিটে পৌঁছাতে পারে এবং রাস্তাগুলি আরও গরম হয়ে যায়।বৈদ্যুতিক যানবাহনে, ব্যাটারি প্যাকগুলি সাধারণত মেঝেতে থাকে, এই গরম রাস্তার কাছাকাছি," চেন ব্যাখ্যা করেছেন, যিনি ইউসি সান দিয়েগো সাসটেইনেবল পাওয়ার অ্যান্ড এনার্জি সেন্টারের একজন ফ্যাকাল্টি সদস্যও।“এছাড়াও, ব্যাটারিগুলি অপারেশন চলাকালীন কারেন্ট চলার কারণেই গরম হয়ে যায়।যদি ব্যাটারি উচ্চ তাপমাত্রায় এই উষ্ণতা সহ্য করতে না পারে তবে তাদের কর্মক্ষমতা দ্রুত হ্রাস পাবে।"
পরীক্ষায়, প্রুফ-অফ-কনসেপ্ট ব্যাটারিগুলি যথাক্রমে -40 এবং 50 C (-40 এবং 122 F) এ তাদের শক্তি ক্ষমতার 87.5% এবং 115.9% ধরে রেখেছে।এই তাপমাত্রায় তাদের উচ্চ কুলম্বিক দক্ষতা ছিল যথাক্রমে 98.2% এবং 98.7%, যার মানে ব্যাটারিগুলি কাজ করা বন্ধ করার আগে আরও চার্জ এবং ডিসচার্জ চক্রের মধ্য দিয়ে যেতে পারে।
চেন এবং সহকর্মীরা যে ব্যাটারিগুলি তৈরি করেছেন তা তাদের ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য ঠান্ডা এবং তাপ সহনশীল।এটি একটি লিথিয়াম লবণের সাথে মিশ্রিত ডিবিউটাইল ইথারের একটি তরল দ্রবণ দিয়ে তৈরি।ডিবিউটাইল ইথার সম্পর্কে একটি বিশেষ বৈশিষ্ট্য হল যে এর অণুগুলি লিথিয়াম আয়নের সাথে দুর্বলভাবে আবদ্ধ হয়।অন্য কথায়, ব্যাটারি চলার সাথে সাথে ইলেক্ট্রোলাইট অণুগুলি সহজেই লিথিয়াম আয়নগুলিকে ছেড়ে দিতে পারে।এই দুর্বল আণবিক মিথস্ক্রিয়া, গবেষকরা পূর্ববর্তী গবেষণায় আবিষ্কার করেছিলেন, সাব-জিরো তাপমাত্রায় ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করে।এছাড়াও, ডিবিউটাইল ইথার সহজেই তাপ গ্রহণ করতে পারে কারণ এটি উচ্চ তাপমাত্রায় তরল থাকে (এটির স্ফুটনাঙ্ক 141 C, বা 286 F)।
লিথিয়াম-সালফার রসায়ন স্থিতিশীল করা
এই ইলেক্ট্রোলাইটের বিশেষত্ব হল এটি একটি লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা এক ধরনের রিচার্জেবল ব্যাটারি যাতে লিথিয়াম ধাতুর একটি অ্যানোড এবং সালফারের তৈরি একটি ক্যাথোড থাকে।লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারিগুলি পরবর্তী প্রজন্মের ব্যাটারি প্রযুক্তিগুলির একটি অপরিহার্য অংশ কারণ তারা উচ্চ শক্তির ঘনত্ব এবং কম খরচের প্রতিশ্রুতি দেয়৷তারা আজকের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির তুলনায় প্রতি কিলোগ্রামে দুইগুণ বেশি শক্তি সঞ্চয় করতে পারে — এটি ব্যাটারি প্যাকের ওজন বৃদ্ধি ছাড়াই বৈদ্যুতিক যানবাহনের পরিসরকে দ্বিগুণ করতে পারে।এছাড়াও, ঐতিহ্যগত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ক্যাথোডে ব্যবহৃত কোবাল্টের তুলনায় সালফার বেশি পরিমাণে এবং উৎসের জন্য কম সমস্যাযুক্ত।
কিন্তু লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির সমস্যা আছে।ক্যাথোড এবং অ্যানোড উভয়ই সুপার প্রতিক্রিয়াশীল।সালফার ক্যাথোডগুলি এতই প্রতিক্রিয়াশীল যে তারা ব্যাটারি অপারেশনের সময় দ্রবীভূত হয়।উচ্চ তাপমাত্রায় এই সমস্যা আরও খারাপ হয়।এবং লিথিয়াম ধাতব অ্যানোডগুলি ডেনড্রাইট নামক সুচের মতো কাঠামো তৈরি করার প্রবণতা রয়েছে যা ব্যাটারির অংশগুলিকে ছিদ্র করতে পারে, যার ফলে এটি শর্ট-সার্কিট হয়।ফলস্বরূপ, লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারিগুলি কেবল দশটি চক্র পর্যন্ত স্থায়ী হয়।
"আপনি যদি উচ্চ শক্তির ঘনত্ব সহ একটি ব্যাটারি চান তবে আপনাকে সাধারণত খুব কঠোর, জটিল রসায়ন ব্যবহার করতে হবে," চেন বলেছিলেন।"উচ্চ শক্তি মানে আরও প্রতিক্রিয়া ঘটছে, যার অর্থ কম স্থিতিশীলতা, আরও অবনতি।স্থিতিশীল একটি উচ্চ-শক্তির ব্যাটারি তৈরি করা নিজেই একটি কঠিন কাজ - একটি বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসরের মাধ্যমে এটি করার চেষ্টা করা আরও বেশি চ্যালেঞ্জিং।"
UC সান দিয়েগো দল দ্বারা বিকশিত dibutyl ইথার ইলেক্ট্রোলাইট এই সমস্যাগুলি প্রতিরোধ করে, এমনকি উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রায়ও।একটি সাধারণ লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির তুলনায় তারা যে ব্যাটারিগুলি পরীক্ষা করেছিল তাতে সাইকেল চালানোর জীবন অনেক বেশি ছিল।"আমাদের ইলেক্ট্রোলাইট উচ্চ পরিবাহিতা এবং ইন্টারফেসিয়াল স্থিতিশীলতা প্রদান করার সময় ক্যাথোড সাইড এবং অ্যানোড সাইড উভয়ের উন্নতি করতে সাহায্য করে," চেন বলেন।
দলটি সালফার ক্যাথোডকে আরও স্থিতিশীল করার জন্য এটিকে একটি পলিমারে গ্রাফট করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করেছে।এটি ইলেক্ট্রোলাইটে আরও সালফার দ্রবীভূত হতে বাধা দেয়।
পরবর্তী পদক্ষেপগুলির মধ্যে রয়েছে ব্যাটারির রসায়নকে স্কেল করা, এটিকে আরও বেশি তাপমাত্রায় কাজ করার জন্য অপ্টিমাইজ করা এবং চক্রের আয়ু আরও বাড়ানো।
কাগজ: "তাপ-স্থিতিস্থাপক লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারির জন্য দ্রাবক নির্বাচনের মানদণ্ড।"সহ-লেখকদের মধ্যে রয়েছে গুওরুই কাই, জন হলুবেক, মিংকিয়ান লি, হংপেং গাও, ইজি ইয়িন, সিসেন ইউ, হাওডং লিউ, টড এ. প্যাসকেল এবং পিং লিউ, সবাই UC সান দিয়েগোতে।
এই কাজটি NASA-এর স্পেস টেকনোলজি রিসার্চ গ্রান্টস প্রোগ্রাম (ECF 80NSSC18K1512), UC সান দিয়েগো ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চ সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং সেন্টার (MRSEC, অনুদান DMR-2011924) এর মাধ্যমে ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন থেকে একটি প্রারম্ভিক কেরিয়ার অনুষদ অনুদান দ্বারা সমর্থিত ছিল। অ্যাডভান্সড ব্যাটারি মেটেরিয়ালস রিসার্চ প্রোগ্রামের মাধ্যমে মার্কিন শক্তি বিভাগের যানবাহন প্রযুক্তি (ব্যাটারি500 কনসোর্টিয়াম, চুক্তি DE-EE0007764)।এই কাজটি ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন (অনুদান ECCS-1542148) দ্বারা সমর্থিত ন্যাশনাল ন্যানোটেকনোলজি সমন্বিত অবকাঠামোর সদস্য, UC সান দিয়েগোতে সান দিয়েগো ন্যানোটেকনোলজি ইনফ্রাস্ট্রাকচার (SDNI) অংশে সম্পাদিত হয়েছিল।