18 সেকেন্ডে একটি সম্পূর্ণ চার্জ? ! বাড়ি থেকে বের হওয়া এবং ব্যাটারি ফুরিয়ে যাওয়ার বিষয়ে আর চিন্তা নেই...
Aug 14, 2023| সেল ফোন, কম্পিউটার, ট্যাবলেট, ইত্যাদি যেগুলি ব্যাটারিগুলিকে শক্তির উত্স হিসাবে ব্যবহার করে তা আমাদের জীবনের অংশ হয়ে উঠেছে এবং আরও বেশি সংখ্যক লোক "বিদ্যুৎ উদ্বেগ" তে ভুগতে শুরু করেছে, একই সময়ে, নতুন শক্তির গাড়িগুলির ত্বরান্বিত জনপ্রিয়তা মানুষের জন্য দীর্ঘ ব্যাটারি চার্জ করা ক্রমবর্ধমান কঠিন করে তুলেছে - দ্রুত! ব্যাটারি একটু দ্রুত চার্জ করুন! এটি সবার সাধারণ ইচ্ছা হয়ে উঠেছে।
সেই ইচ্ছা শীঘ্রই পূরণ হতে পারে। সম্প্রতি, চীনের ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির ন্যাশনাল সিঙ্ক্রোট্রন রেডিয়েশন ল্যাবরেটরির অধ্যাপক সং লি-এর দল দ্রুত চার্জ করার ক্ষমতা সম্পন্ন একটি ব্যাটারি তৈরি করেছে।
আজ আমরা এই গবেষণা সম্পর্কে আরও কথা বলতে যাচ্ছি।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি একটি ব্যাপকভাবে স্বীকৃত শক্তি স্টোরেজ ডিভাইস। উচ্চ শক্তির ঘনত্ব এবং বিস্তৃত অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসরের সুবিধার সাথে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি বাণিজ্যিক ব্যাটারির বিশাল সংখ্যাগরিষ্ঠতা দখল করেছে। যাইহোক, ব্যবহৃত জৈব ইলেক্ট্রোলাইট মানবদেহের একটি নির্দিষ্ট ক্ষতি করে এবং লিথিয়াম সম্পদের ঘাটতি ভবিষ্যতে ব্যাটারির বাজারের ঘাটতির দিকে নিয়ে যাবে।
দস্তা-আয়ন ব্যাটারি, শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে একটি নতুন প্রতিভা হিসাবে, শুধুমাত্র একটি উচ্চ তাত্ত্বিক শক্তি ঘনত্বই নয়, এর সাথে একটি অ-বিষাক্ত জলের ইলেক্ট্রোলাইটও রয়েছে, যা নিরাপদ এবং দক্ষ উত্পাদন এবং প্রয়োগ নিশ্চিত করে। উপরন্তু, সস্তা এবং প্রচুর দস্তা সংস্থানগুলি ব্যাটারি ব্যবহারের খরচও ব্যাপকভাবে হ্রাস করে, ভবিষ্যতে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য একটি সম্ভাব্য প্রতিস্থাপন হতে পারে বলে আশা করা হচ্ছে।
যদিও উপকরণের ব্যবহারে অনেক পার্থক্য রয়েছে, চার্জ এবং ডিসচার্জ প্রক্রিয়ায় জিঙ্ক-আয়ন ব্যাটারি এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কাজের অবস্থা খুব একই রকম।
ব্যাটারির ক্যাথোড উপাদান প্রায়শই স্তরযুক্ত হয়: ব্যাটারির নিষ্কাশন প্রক্রিয়া চলাকালীন, লিথিয়াম আয়ন (বা দস্তা আয়ন) স্টোরেজের জন্য ক্যাথোড উপাদানের স্তরে এম্বেড করা হবে; ব্যাটারির চার্জিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, লিথিয়াম আয়ন (বা দস্তা আয়ন) ধনাত্মক উপাদান স্তর থেকে অব্যাহতি পাবে এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে ফিরে আসবে।
সাধারণভাবে, ব্যাটারির কাজের নীতি হল আয়ন স্থানান্তর এবং ইলেক্ট্রন স্থানান্তরের একটি প্রক্রিয়া।
দ্রুত ব্যাটারি চার্জিং নীতি
তাই এই বৈজ্ঞানিক গবেষণায়, কিভাবে দ্রুত চার্জিং ব্যাটারি অর্জন করা হয়?
1. আয়ন পরিবহন চ্যানেল প্রশস্ত করুন
উপরে উল্লিখিত হিসাবে, জিঙ্ক-আয়ন ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া ক্রমাগত আয়ন স্থানান্তরের একটি প্রক্রিয়া। আপনি যদি অল্প সময়ের মধ্যে যতটা সম্ভব ব্যাটারির ক্ষমতা সঞ্চয় করতে চান, তাহলে আপনাকে দস্তা আয়নগুলির জন্য একটি বড় স্টোরেজ স্পেস তৈরি করতে হবে।
প্রথমত, গবেষকরা সামঞ্জস্যযোগ্য স্থানিক কাঠামোর সাথে স্তরযুক্ত ভ্যানডিয়াম পেন্টক্সাইড উপকরণগুলিতে মনোনিবেশ করেছিলেন। স্তরযুক্ত ভ্যানাডিয়াম পেন্টক্সাইড উপাদানটি এমনভাবে গঠন করা হয়েছে যেন এটি একাধিক সমান্তরাল প্লেট দ্বারা সাজানো হয়েছে। স্তরযুক্ত ক্যাথোড উপাদানের স্তর ব্যবধান বাড়ানোর জন্য, বৃহত্তর অ্যামোনিয়াম আয়নগুলিকে প্রাক-ইন্টারকেলেট করা যেতে পারে। লেয়ার স্পেসিং বাড়ানোর জন্য এই স্তরগুলির মধ্যে আগাম কিছু স্তম্ভ যুক্ত করা।
অ্যামোনিয়াম আয়নগুলির সমর্থনে, দস্তা আয়নগুলি ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানে আরও সহজে স্থানান্তর করতে পারে এবং বৃহত্তর আন্তঃস্তর স্থান ব্যাটারির শক্তি সঞ্চয় ক্ষমতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে।
2. অরবিটাল পেশা সামঞ্জস্য করা থেকে ইলেক্ট্রন স্থানান্তর ত্বরান্বিত করা পর্যন্ত
এটা জানা গুরুত্বপূর্ণ যে ব্যাটারির শক্তি সঞ্চয় প্রক্রিয়া আয়ন স্থানান্তর এবং ইলেকট্রন স্থানান্তরের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যখন দস্তা আয়নগুলি স্টোরেজের জন্য ক্যাথোড উপাদান স্তরে প্রবেশ করে, তখন সামগ্রিক চার্জ ভারসাম্য বজায় রাখতে কিছু ইলেকট্রনও ক্যাথোড উপাদানে স্থানান্তরিত হবে। অতএব, স্তরযুক্ত উপকরণগুলির বৈদ্যুতিন কাঠামোর উপর ইন্টারক্যালেটেড আয়নগুলির প্রভাব অধ্যয়ন করাও খুব গুরুত্বপূর্ণ।
যাইহোক, প্রচলিত পরীক্ষার পদ্ধতিতে বস্তুর অভ্যন্তরীণ পারমাণবিক এবং বৈদ্যুতিন কাঠামো পরিষ্কারভাবে অন্বেষণ করা কঠিন। অতএব, সনাক্তকরণের জন্য আরও উন্নত সিনক্রোট্রন বিকিরণ চরিত্রায়ন কৌশল প্রয়োজন। সহজ কথায়, সিঙ্ক্রোট্রন বিকিরণ প্রযুক্তিকে "সুপার মাইক্রোস্কোপ" এর একটি উন্নত সংস্করণ হিসাবে বোঝা যেতে পারে, এটির উচ্চ উজ্জ্বলতা এবং প্রশস্ত ব্যান্ড বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে পদার্থের অভ্যন্তরীণ কাঠামো দেখতে।
এই কৌশলটি ব্যবহার করে, গবেষকরা স্তরগুলির মধ্যে অ্যামোনিয়াম আয়ন স্তম্ভের সন্নিবেশ এবং চার্জ এবং স্রাবের প্রক্রিয়ার বিপরীতমুখী বিবর্তনের পরে ভ্যানাডিয়াম পেন্টাঅক্সাইড উপাদানে পারমাণবিক কক্ষপথের পরিবর্তনগুলি তদন্ত করেছিলেন।
এখানে আমরা প্রথমে ইলেকট্রনিক স্ট্রাকচারের মৌলিক ধারণার সাথে পরিচয় করিয়ে দিই।
এক্সট্রানিউক্লিয়ার ইলেকট্রনযুক্ত উপাদানগুলির জন্য, তাদের ইলেকট্রনগুলি বিশৃঙ্খল নয়, তবে কক্ষপথে সাজানো থাকে। তদুপরি, ইলেকট্রনগুলি সর্বদা নিম্ন শক্তির অরবিটালগুলি দখল করে, অর্থাৎ কেন্দ্রে অবস্থিত নিউক্লিয়াস, ভিতরের বাইরে থেকে সাজানো।
ভ্যানাডিয়ামের জন্য, এর ভ্যালেন্স ইলেকট্রন বিন্যাস নীচে দেখানো হয়েছে, বাইরের স্তরে পাঁচটি ভ্যালেন্স ইলেকট্রন রয়েছে। ভ্যানডিয়াম পেন্টক্সাইডে, পাঁচটি ইলেকট্রনই অক্সিজেন পরমাণুর সাথে বন্ধনে ব্যবহৃত হয়। এই মুহুর্তে, ভ্যানাডিয়ামের 3d অরবিটাল হল খালি অরবিটাল যা ইলেকট্রন দ্বারা দখল করা হয় না।
3. স্ফটিক কাঠামো এবং ইলেকট্রনিক কাঠামোর দ্বৈত নিয়ন্ত্রণ দ্রুত চার্জিং এবং স্থিতিশীল চক্র বাস্তবে আসে
এই নতুন ক্যাথোড উপাদান ব্যবহার করার সময়, zn-আয়ন ব্যাটারি 200C এর বর্তমান ঘনত্বে 101mAh/g এর ক্ষমতা অর্জন করে এবং চার্জ মাত্র 18 সেকেন্ড লাগে। একই সময়ে, জলের ইলেক্ট্রোলাইট সঞ্চালন প্রক্রিয়ার নিরাপত্তা নিশ্চিত করে এবং পরিবেশে দূষণ কমায়।
এই কাগজে, স্তরযুক্ত উপকরণগুলির স্তরের ব্যবধান এবং অরবিটাল দখলের অবস্থা স্ফটিক কাঠামো এবং উপকরণগুলির ইলেকট্রনিক কাঠামো থেকে ডিজাইন এবং নিয়ন্ত্রিত হয়। একই সময়ে, উন্নত সিনক্রোট্রন বিকিরণ বৈশিষ্ট্যের সাথে মিলিত হওয়ার অর্থ, উপাদান কাঠামোর বিবর্তন আরও স্বজ্ঞাত এবং স্পষ্ট, যাতে দ্রুত চার্জিং বৈশিষ্ট্য সহ ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান সম্ভব হয়।
সম্ভবত অদূর ভবিষ্যতে, এই জাতীয় উপকরণগুলি ইলেকট্রনিক পণ্য এবং এমনকি পাবলিক ট্রান্সপোর্টেও ব্যবহার করা যেতে পারে। চার্জিংয়ের সময় উল্লেখযোগ্য হ্রাস মানুষের জীবনকে আরও দক্ষ এবং সুবিধাজনক করে তুলতে পারে; নিরাপদ এবং পরিষ্কার ব্যাটারি উপকরণ পরিবেশের উপর বোঝা কমাতে পারে। বিশ্বাস করুন, প্রযুক্তি সেই দিনটি বেশি দূরে নয়।