গ্রাফিন ব্যাটারি: একটি মিথ বা বুদবুদ?

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মুখোমুখি চ্যালেঞ্জগুলি

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির আবির্ভাবের পর থেকে গত দুই দশক ধরে, আমাদের পৃথিবী এবং জীবন পৃথিবী কাঁপানো পরিবর্তন নিয়ে এসেছে। গ্রাহক ইলেকট্রনিক সরঞ্জাম এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনগুলির মতো শক্তি সঞ্চয়স্থানের ডিভাইসের উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তি এবং উচ্চ বিদ্যুতের প্রয়োজনীয় প্রয়োজনীয়তা বিদ্যমান লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে জিজি কোট; স্ট্রেসড জিজি কোট; তৈরি করেছে। ব্যাটারি প্রযুক্তির উদ্ভাবন ইলেকট্রনিক সরঞ্জামগুলির আপগ্রেডের তুলনায় অনেক পিছিয়ে গেছে এবং ব্যবহারকারীর অভিজ্ঞতার ক্ষেত্রে বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। সবচেয়ে বড় বাধা।

প্রচলিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি রাসায়নিক শক্তি এবং বৈদ্যুতিক শক্তির রূপান্তর অর্জনের জন্য ইতিবাচক এবং নেতিবাচক পদার্থগুলির মধ্যে সক্রিয় লিথিয়াম আয়নগুলির শাটলের উপর ভিত্তি করে। যাইহোক, এটি সুনির্দিষ্টভাবে সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের এই বৈদ্যুতিক রাসায়নিক প্রক্রিয়া যা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষমতা এবং শক্তি ঘনত্বকে ক্রমবর্ধমান অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতির প্রয়োজনগুলি পূরণ করতে অক্ষম করে তোলে। নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির ক্ষেত্রে, গ্রাফাইট দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলি গ্রাফাইট স্তরগুলির সাথে কাজ করার জন্য ডিন্টেরাক্যালেটে লিথিয়াম আয়ন ব্যবহার করে। তবে গ্রাফাইটে লিথিয়ামের সাইটগুলি এবং গ্রাফাইটের ইন্টারলেয়ার স্পেসিং নিজেই খুব সীমাবদ্ধ, যা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিকে অপর্যাপ্ত ক্ষমতা এবং স্বল্প নির্দিষ্ট শক্তির দ্বিধায় পড়তে বাধ্য করে।

গ্রাফিন ব্যাটারি: পরিণত হয়েছে

এমন সময়ে যখন লোকসান হচ্ছে, এক নতুন ধরণের স্টার কার্বন মেটাল-গ্রাফিন বের হয়েছে! গ্রাফিনকে একক স্তরের গ্রাফাইট হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে, যার মধ্যে প্রচুর পরিমাণে লিথিয়াম আন্তঃকালীন সাইট রয়েছে এবং এতে অতি-উচ্চ বৈদ্যুতিন পরিবাহিতা এবং একটি বিশাল নির্দিষ্ট ক্ষেত্রফল রয়েছে। এইভাবে, গ্রাফিন শক্তি সঞ্চয়স্থান শিল্পে একটি বিপ্লব বিস্ফোরিত করার জন্য গ্রাফাইট প্রতিস্থাপন করতে পারে? উচ্চ ক্ষমতা, উচ্চ শক্তি ঘনত্ব এবং দ্রুত চার্জ সহ, এই জিজি কোটটি জিজি করুন না; পিচ ব্লসম স্প্রিংস জিজি কোট; মানুষ সরাসরি বাস্তবতা অনুসরণ করা হয়েছে যে? ! বিভিন্ন মিডিয়া গ্রাফিন ব্যাটারিগুলির সুবিধাগুলি সম্পর্কে রিপোর্ট করতে এবং সংশ্লিষ্ট হাইপ তৈরি করতে শুরু করেছে। কিছু সময়ের জন্য, গ্রাফিনের ব্যাটারি-সম্পর্কিত ধারণা স্টকগুলি জনপ্রিয় হয়ে উঠেছে। পুরো ব্যাটারি ইন্ডাস্ট্রিতে মারধর করা হয়েছে বলে মনে হয়। প্রত্যেকে গ্রাফিন ব্যাটারির অপেক্ষায় রয়েছে। সময়ের আগমন।

তবে, আসলেই কি এমনটি হয়? প্রত্যেকের জন্য রহস্যময় গ্রাফিন ব্যাটারির আবরণ উন্মোচন করার জন্য নিম্নলিখিত বিষয়বস্তুটি মূলত একটি বৈজ্ঞানিক দৃষ্টিকোণ থেকে এসেছে (দ্রষ্টব্য: গ্রাফিনের ব্যাটারিটি পরিবাহী সংযোজক হিসাবে গ্রাফিনে মোটামুটি ভাগ করা যেতে পারে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান হিসাবে দুটি ধরণের এਨੀ রয়েছে This এই নিবন্ধটি গ্রাফিনকে ব্যাটারির নেতিবাচক বৈদ্যুতিন উপাদান হিসাবে আলোচনা করেছে)।

উত্স

২০১৪ সালে, বৈজ্ঞানিক প্রতিবেদনে অল-গ্রাফিন লিথিয়াম ব্যাটারি নিয়ে কাজ করার কথা জানানো হয়েছে। এই সমস্ত গ্রাফিন ব্যাটারিতে, ইতিবাচক বৈদ্যুতিন হ'ল পৃষ্ঠ-কার্যকরী গ্রাফিন উপাদান এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড গ্রাফিন অক্সাইড হ্রাস পায়। সম্পূর্ণ ব্যাটারি ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির পৃষ্ঠের প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করে, তাই এটি সুপার-হাই রেট চার্জ এবং স্রাব অর্জন করতে পারে। সামগ্রিক বৈদ্যুতিন ভর উপর নির্ভর করে গণনা করা শক্তি ঘনত্ব 2150W / কেজি পৌঁছাতে পারে।

পাওয়ার ঘনত্বের দৃষ্টিকোণ থেকে, ব্যাটারিটি সত্যই আশাব্যঞ্জক, তবে আমরা আবার শক্তির ঘনত্বের দিকে তাকালে আমরা দেখতে পাই যে দুটি ইলেক্ট্রোডের ভর ভিত্তিতে গণনা করা শক্তি ঘনত্বটি কেবলমাত্র 130Wh / কেজি, যা কেবল সক্ষম সিস্টেম ভর গণনার উপর ভিত্তি করে বিদ্যমান লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি পৌঁছানোর জন্য (সম্প্রতি জনপ্রিয় BYD ব্লেড ব্যাটারির সিস্টেম শক্তি ঘনত্ব 140Wh / কেজি; জিজি কোট; চীন মেড 2020 জিজি কোট; স্পষ্টভাবে প্রস্তাব দেয় যে গাড়ির একক শক্তি ঘনত্ব) মাউন্ট করা পাওয়ার ব্যাটারি 2020 সালের মধ্যে 300Wh / কেজি পৌঁছাতে হবে)। যদি এটি কোনও ব্যাটারি সিস্টেমে সংহত হয় তবে এর ভর শক্তি ঘনত্বটি আরও পাঁচ থেকে ষাট শতাংশ ছাড় পাবে। তদুপরি, এই সমস্ত গ্রাফিন ব্যাটারির ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলিতে লিথিয়াম থাকে না, তাই পুরো ব্যাটারির সাথে মিলের আগে অর্ধ কোষের ইলেক্ট্রোকেমিকাল প্রি-লিথিয়েশনটি বাহ্য করতে হবে। এটিকে দেখে, গ্রাফিনের ব্যাটারিগুলি উচ্চ-শক্তি দৃশ্যে প্রথম বিকাশ লাভ করতে পারে তবে তাদের শক্তি ঘনত্ব এখনও জিজি # 39 expectations এর প্রত্যাশা থেকে অনেক দূরে।

তাত্ত্বিকভাবে, গ্রাফাইটের মতো ব্যাটারিগুলির জন্য গ্রাফিনকে নেতিবাচক বৈদ্যুতিন উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে? লিথিয়াম সন্নিবেশ করার প্রক্রিয়াটি কি গ্রাফাইটের মতো? এর তাত্ত্বিক লিথিয়াম সঞ্চয়ের ক্ষমতা কত? অনেক গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে গ্রাফিনের দুটি দিক রয়েছে যা লিথিয়াম পরমাণুগুলিকে সংশ্লেষ করতে পারে তাই এটি Li2C6 এর দ্বৈত লিথিয়াম পর্ব গঠন করতে পারে এবং এর ডাবল নির্দিষ্ট ক্ষমতা 74৪৪ এমএএইচ / জি রয়েছে। এই বিষয়গুলি নিয়ে অনেক গবেষণা রয়েছে। কিছু গবেষক ডিএফটি গণনা ব্যবহার করে জানতে পেরেছেন যে গ্রাফিনের পৃষ্ঠে লিথিয়াম পরমাণুগুলি সরাসরি সংযুক্ত করা যায় না। এগুলি কেবল গ্রাফিনি স্তরগুলির মধ্যে বা গ্রাফিনের মাঝখানে এবং প্রান্ত বা উচ্চ-ক্রম ত্রুটিগুলির মাধ্যমে এমবেড করা যেতে পারে। সুতরাং এক্ষেত্রে কি এটি ডিটার্টারক্লেশন বা শোষণযোগ্য, এবং কত লি পরমাণু সংরক্ষণ করা যেতে পারে?

চূর্ণবিচূর্ণ

এই সমস্যার প্রতিক্রিয়া হিসাবে, তিয়ানজিন বিশ্ববিদ্যালয়ের সহযোগী অধ্যাপক জি কেমেং 2019 সালে নেচার কমিউনিকেশনসে ডাবল-লেয়ার গ্রাফিনের লিথিয়াম ইন্টারক্লেশন মেকানিজম সম্পর্কে তাঁর গবেষণার কথা জানিয়েছেন। তারা একটি ডাবল-স্তর গ্রাফিন প্রস্তুত করতে উচ্চ-তাপমাত্রা পরিবর্তনকারী রাসায়নিক বাষ্প জমার পদ্ধতি ব্যবহার করেছেন একটি উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ সঙ্গে উপাদান। এই উপাদানটিকে সাবস্ট্রেটের সাথে সংযুক্ত করার দরকার নেই এবং এর কয়েকটি ত্রুটি রয়েছে, সুতরাং লিথিয়াম আয়নগুলির শোষণ বা ডিন্টেরালেকশনে সাবস্ট্রেটের প্রভাব এবং ত্রুটিগুলি অপসারণ করা যেতে পারে, যা লিথিয়ামের ডিটারটারেক্লেশন প্রক্রিয়াটির অধ্যয়নের জন্য উপকারী is গ্রাফিন নিজেই। ধ্রুবক বর্তমান চার্জ-স্রাব পরীক্ষা এবং চক্রীয় ভোল্টমেট্রি কার্ভগুলি দেখায় যে ডাবল-লেয়ার গ্রাফিনের প্রচলিত গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের মতো একই বৈদ্যুতিক জারণ-হ্রাস প্রতিক্রিয়া রয়েছে এবং লিথিয়াম আয়ন দুটি গ্রাফিন শীটের মধ্যে নির্ধারিত। গ্রাফিন স্তর ব্যবধান লিথিয়াম স্টোরেজ জন্য একমাত্র স্থান, এবং লিথিয়াম শোষণ এবং সংরক্ষণের ধারণা আত্ম-পরাস্ত! একটি উল্লেখযোগ্য ঘটনাও রয়েছে। ডাবল-স্তর গ্রাফিনের সর্বাধিক ক্ষমতা কেবল 0.2-50 এ / গ্রামের ঘনত্বের পরিসীমাটিতে কেবল 180 এমএএইচ / জি। পরবর্তী পর্যায়ের বৈশিষ্ট্যটি দেখায় যে লিথিয়াম স্টোরেজ পর্বের স্টোচিওমেট্রিক সংমিশ্রণটি LiC12 এবং নন-গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের LiC6 তথাকথিত দ্বৈত লিথিয়াম স্টোরেজ Li2C6 ফেজ নয়।

এই গবেষণার ফলাফলটি দেখায় যে ডাউমস-হেরোলড জিজি # 39; র ডোডম মডেল রেডরফ জিজি # 39 এর মডেলের চেয়ে গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের লিথিয়াম স্টোরেজ আচরণ বর্ণনা করার জন্য আরও উপযুক্ত এবং এটির লিথিয়াম স্টোরেজ প্রক্রিয়াটির অর্ধ শতাব্দীর বিতর্ক শেষ হয়েছে has গ্রাফাইট একই সময়ে, গ্রাফিনের তাত্ত্বিক লিথিয়াম সঞ্চয়ের ক্ষমতা শেষ পর্যন্ত নিশ্চিত করা হয়েছে এবং 180mAh / g এর তাত্ত্বিক ক্ষমতা গ্রাফাইট আনোডের বৈদ্যুতিক লিথিয়াম সঞ্চয়ের ক্ষমতা থেকে অনেক নিকৃষ্টতর er গ্রাফিনের ব্যাটারি বুদবুদ নিজেই ফেটে যায়!

ট্রেসেবিলিটি

সুতরাং, অনেক নথিতে উল্লিখিত গ্রাফিনের উচ্চ ক্ষমতাটি কোথা থেকে আসে? আমরা জানি যে গ্রাফিন উপকরণগুলি লোকেরা সাধারণত তোলে তবে উপরের মতো তুলনামূলকভাবে খাঁটি গ্রাফিন হয় না। আমরা যে গ্রাফিনগুলি পেতে পারি সেগুলির মধ্যে অনেকগুলি ত্রুটিগুলি সমৃদ্ধ (কার্বন পদার্থের অভ্যন্তরীণ শূন্যতা ত্রুটি এবং বিশেষত চালু হেরোআটম সাইটগুলির ফলে সৃষ্ট ত্রুটিগুলি উভয়ই সমেত) এবং পৃষ্ঠটি বিভিন্ন কার্যকরী গোষ্ঠীতে সমৃদ্ধ (যেমন কারবক্সিল, হাইড্রোক্সিল, এই গ্রুপগুলি লিথিয়ামের সাথে রাসায়নিকভাবে ইন্টারঅ্যাক্ট করা সহজ, যেমন ইপোক্সি গ্রুপগুলি)। এই কারণগুলির সুপারপজিশন এবং গ্রাফিনের বিশাল সুনির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল অঞ্চলটি বৃহত পরিমাণে লিথিয়ামকে ডিনটারেক্লেশন আকারে বৈদ্যুতিন রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নিতে না, তবে শোষণের আকারে সিউডোক্যাপেসিটেন্সে অবদান রাখে। এই সিউডোপ্যাসিট্যান্স প্রভাবগুলি এটি গ্রাফিন ক্ষমতা খুব বেশি এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল গতিবিদ্যা দ্রুত গতিতে দেখা দেয়, তবে এটি সম্পূর্ণ ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব বৃদ্ধিতে খুব কম প্রভাব ফেলে। তদুপরি, প্রচুর প্রতিক্রিয়াশীল সাইট এবং উচ্চ ত্রুটিযুক্ত সামগ্রীগুলিও সীমিত সক্রিয় লিথিয়ামকে ক্রমাগত গ্রাস করতে বাধ্য করবে, যার ফলে কুলম্বিক দক্ষতা হ্রাস পাবে, যা সম্পূর্ণ ব্যাটারির ক্ষমতা স্থায়িত্বের জন্য মারাত্মক।

ভবিষ্যত

উপরের বিশ্লেষণের পরে, ব্যাটারিগুলির জন্য নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপাদান হিসাবে গ্রাফিন যদি হাজার হাজার পরিবারে প্রবেশ করতে চায় তবে তা হতাশ। তবে, এর অর্থ এই নয় যে গ্রাফিন শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে অকেজো। লিথিয়াম স্টোরেজ কর্মক্ষমতা ছাড়াও, গ্রাফিনে নিজেও অতি উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং দুর্দান্ত তাপ পরিবাহিতা থাকে। বিদ্যুত এবং তাপের দুটি কারণই প্রকৃত ব্যাটারিগুলিতে মুখ্য ভূমিকা পালন করে। বিশেষত তাপ, পলাতক দ্বারা চালিত ব্যাটারি সুরক্ষা দুর্ঘটনা এমনকি দুর্দান্ত বৈদ্যুতিন রাসায়নিক পারফরম্যান্স সহ অনেকগুলি বৈদ্যুতিন উপাদানগুলিকে ভেটোও দিতে পারে। বৈদ্যুতিক এবং তাপ পরিবাহিতা উভয়ের সুবিধাগুলি যদি ব্যাটারিতে প্রয়োগ করা হয় তবে জিজি কোট; গ্রাফিন ব্যাটারি জিজি কোট; চকচকেও হতে পারে

অবশ্যই, এক ধরণের যাদু উপাদান হিসাবে, গ্রাফিনি জানেন না এটি অন্যান্য উপায়ে ব্যাটারিতে একটি নতুন বিপ্লব আনবে কিনা? অজানা উত্স থেকে সাম্প্রতিক সংবাদমাধ্যমের প্রতিবেদনের মতোই মার্সেডিস-বেঞ্জ গ্রাফিন ভিত্তিক জৈব ব্যাটারি তৈরি করছে। নির্দিষ্ট প্রযুক্তিটি এখনও প্রকাশ করা হয়নি। যাইহোক, এটি কমপক্ষে 10 বছর পরে হবে। এটি নতুন বিপ্লব হোক বা একটি নতুন বুদবুদ, আমরা অপেক্ষা করে দেখব!

সংক্ষেপে, শক্তি সঞ্চয়স্থানের ক্ষেত্র, যার লক্ষ্য বাস্তবিকতা, জিজি কোট নয়; তারা জিজি কোটকে তাড়া করে; তাত্ত্বিকভাবে সম্ভাব্য গ্রাফিন নেতিবাচক বৈদ্যুতিন খুব কঠোর অবস্থার প্রয়োজন (নিখুঁত গ্রাফিন) p প্রকৃত উত্পাদনে, একটি উচ্চ মূল্যের মূল্য প্রদান করা প্রয়োজন, যা শক্তি ঘনত্ব বাড়ানো এবং উত্পাদন ব্যয় হ্রাস করার মূল উদ্দেশ্যটির পরিপন্থী। জিজি # 39 এর চেয়ে বেশি, তাত্ত্বিক সম্ভাব্যতা অবশেষে সম্ভব হয় না তা প্রমাণযোগ্য। পরের বার জিজি কোট সম্পর্কে মিডিয়া হাইপ থাকবে; গ্রাফিন ব্যাটারি জিজি কোট; আপনাকে স্পষ্ট দেখতে চোখ খোলা রাখতে হবে