লিথিয়াম ব্যাটারিতে পাউডার উপাদান — আপনি কি জানেন কোনটি?

লিথিয়াম ব্যাটারিতে মূলত অ্যানোড, ক্যাথোড, বিভাজক, ইলেক্ট্রোলাইট, বাইন্ডার, পরিবাহী এজেন্ট, কারেন্ট সংগ্রাহক এবং প্যাকেজিং উপকরণ থাকে। উপাদানের ধরণ অনুসারে, অ্যানোড, ক্যাথোড, বাইন্ডার এবং পরিবাহী এজেন্ট হল পাউডার উপকরণ লিথিয়াম ব্যাটারিতে। কিছু কঠিন-অবস্থার ইলেক্ট্রোলাইট পাউডার পদার্থ, এবং কিছু পরিবর্তিত বিভাজকগুলিতে পাউডার পদার্থও থাকে।

পজিটিভ ইলেক্ট্রোড

বাণিজ্যিকভাবে পজিটিভ ইলেকট্রোড উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2), লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (LiMn2O4), NCM (LiNixMnyCozO2), এবং লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LiFePO4)।

লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2): ঘরের তাপমাত্রায় একটি কালো কঠিন পদার্থ। এটি একটি অজৈব যৌগ যা এর স্থায়িত্ব, সরল সংশ্লেষণ, উচ্চ তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা এবং দীর্ঘ চক্র জীবনের জন্য পরিচিত। এটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য প্রথম বাণিজ্যিকভাবে সফল ক্যাথোড উপাদান এবং এটি মূলত 3C ব্যাটারিতে ব্যবহৃত হয়।
লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (LiMn2O4): ঘন স্পিনেল স্ফটিক কাঠামোর একটি কালো-ধূসর পাউডার। এতে তিনটি লিথিয়াম আয়ন পরিবহন চ্যানেল রয়েছে, যা দ্রুত আয়ন বিস্তারকে সক্ষম করে। এটি উচ্চ-হারের চার্জযুক্ত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
টার্নারি পজিটিভ ম্যাটেরিয়াল (LiNixMnyCozO2): একটি ত্রিমুখী ক্যাথোড উপাদান যেখানে Ni এবং Mn আংশিকভাবে LiCoO2-তে Co প্রতিস্থাপন করে। এটি LiCoO2-এর স্থিতিশীলতা, LiNiO2-এর উচ্চ বিপরীতমুখী ক্ষমতা এবং LiMnO2-এর নিরাপত্তা উত্তরাধিকারসূত্রে লাভ করে। Co-এর কম পরিমাণ খরচ কমায়, যা এটিকে একটি আশাব্যঞ্জক ক্যাথোড উপাদান করে তোলে।
লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (লাইফেপো৪): অলিভাইন কাঠামোর কারণে, এতে Co বা Ni এর মতো ব্যয়বহুল উপাদান থাকে না। এটি সাশ্রয়ী, প্রচুর কাঁচামাল সহ। এর মাঝারি কার্যকরী ভোল্টেজ (3.2V), উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা (170 mAh/g), বৃহৎ ডিসচার্জ শক্তি, দ্রুত চার্জিং ক্ষমতা এবং দীর্ঘ চক্র জীবন রয়েছে।

ঋণাত্মক তড়িৎ

সাধারণ নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে গ্রাফাইট, শক্ত কার্বন, নরম কার্বন, লিথিয়াম টাইটানেট এবং সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ। গ্রাফাইট সর্বাধিক ব্যবহৃত হয় এবং সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি।

গ্রাফাইট: মূলত গ্রাফাইট দিয়ে তৈরি, এর উচ্চ পরিবাহিতা, শক্তি ঘনত্ব, রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, এবং কম উৎপাদন খরচ। এটি প্রাকৃতিক এবং কৃত্রিম আকারে পাওয়া যায়।
শক্ত কার্বন: এটি কার্বন যা উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফাইট হয় না। এর অভ্যন্তরীণ স্ফটিক বিন্যাস বিশৃঙ্খল এবং একটি বৃহৎ আন্তঃস্তর ব্যবধান রয়েছে, যা আরও বেশি চার্জ সঞ্চয়ের সুযোগ দেয়, যা শক্তির ঘনত্ব এবং ব্যাটারির আয়ু বাড়ায়।
নরম কার্বন: এই উপাদানটি 2500°C এর উপরে সহজেই গ্রাফাইট করা যায়। এটির উচ্চ মাত্রার ক্রম রয়েছে এবং এটি একটি কম, স্থিতিশীল চার্জিং/ডিসচার্জিং ভোল্টেজ প্রদান করে। এটি বৃহৎ ক্ষমতা, উচ্চ দক্ষতা এবং ভাল সাইক্লিং কর্মক্ষমতা প্রদান করে। এর গঠন সিন্টারিং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। 1000°C এর নিচে তাপমাত্রায় প্রস্তুত নরম কার্বন পদার্থগুলিতে প্রচুর সংখ্যক ত্রুটি থাকে, যা লিথিয়াম সংরক্ষণের জন্য প্রচুর সংখ্যক সক্রিয় স্থান প্রদান করে, যা লিথিয়াম আয়নগুলির মসৃণ সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের জন্য সহায়ক।
লিথিয়াম টাইটানেট: একটি সাদা পাউডার যার লিথিয়াম আয়ন নিষ্কাশন ভোল্টেজ উচ্চ (১.৫৫ ভোল্ট বনাম লি/লি+)। এটির উচ্চ নিরাপত্তা এবং "শূন্য-স্ট্রেন" বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা লিথিয়াম আয়ন সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের সময় ন্যূনতম কাঠামোগত পরিবর্তন নিশ্চিত করে। এটি একটি সীমাহীন তাত্ত্বিক চক্র জীবন প্রদান করে। অতএব, শক্তি সঞ্চয় এবং পাওয়ার লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপাদান হিসাবে এর গবেষণা মূল্য এবং বাণিজ্যিক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।
সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ: ন্যানো-সিলিকন এবং সিলিকন সাবঅক্সাইড অন্তর্ভুক্ত। এই উপকরণগুলি সিলিকন-কার্বন বা সিলিকন-অক্সাইড অ্যানোডের জন্য ব্যবহৃত হয়। সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডগুলি কার্বন-ভিত্তিক উপকরণের তুলনায় অনেক বেশি নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং শক্তি ঘনত্ব প্রদান করে, যা এগুলিকে পরবর্তী প্রজন্মের সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল অ্যানোড উপকরণ করে তোলে।

বাইন্ডার

পলিভিনাইলিডিন ফ্লোরাইড (PVDF) এবং স্টাইরিন-বুটাডিন রাবার (SBR) এর মতো বাইন্ডার ব্যবহার করা হয়। PVDF অ্যানোড এবং ক্যাথোড উভয়ের জন্যই ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে SBR সাধারণত অ্যানোডের জন্য ব্যবহৃত হয়।

পলিভিনাইলিডিন ফ্লোরাইড (PVDF): PVDF-এর চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। এটি কার্যকরভাবে ইলেক্ট্রোলাইট দ্রাবকগুলির ক্ষয়কারী প্রভাব প্রতিরোধ করে। এটি ভাল বন্ধন বৈশিষ্ট্য, যান্ত্রিক কর্মক্ষমতা এবং প্রক্রিয়াজাতকরণও প্রদান করে। PVDF-এর নমনীয়তা নিশ্চিত করে যে সক্রিয় পদার্থগুলি প্রসারণ এবং সংকোচনের সময় বিচ্ছিন্ন না হয়।
স্টাইরিন-বুটাডিন রাবার (SBR): SBR ব্যাপকভাবে জল-ভিত্তিক বাইন্ডার হিসেবে ব্যবহৃত হয়, বিশেষ করে অ্যানোড বাইন্ডারে, যেখানে এর প্রয়োগ 98% এর জন্য দায়ী। এটি শক্তিশালী আনুগত্য, যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা এবং পরিচালনার সহজতা প্রদান করে। এটি কণাগুলিকে একসাথে আবদ্ধ করতে সাহায্য করে এবং ব্যাটারির গতিশীলতা বৃদ্ধি করে, প্রতিবন্ধকতা হ্রাস করে এবং সাইক্লিং স্থিতিশীলতা উন্নত করে।

পরিবাহী এজেন্ট

পরিবাহী এজেন্টগুলি মাইক্রোকারেন্ট সংগ্রহ করে এবং কারেন্ট সংগ্রাহকের (অ্যালুমিনিয়াম বা তামার ফয়েল) দিকে নির্দেশ করে ভালো চার্জ/স্রাব কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করার জন্য ব্যবহৃত হয়। সাধারণ পরিবাহী এজেন্টগুলির মধ্যে রয়েছে কার্বন কালো, বাষ্প-উত্থিত কার্বন ফাইবার (VGCF), এবং কার্বন ন্যানোটিউব (CNT)।
কার্বন কালো: একটি নিরাকার কার্বন যা একটি সূক্ষ্ম, আলগা কালো পাউডার। এটি জৈব পদার্থের অসম্পূর্ণ দহন এবং পরিবাহিতা এবং বিশুদ্ধতা উন্নত করার জন্য উচ্চ-তাপমাত্রা প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে উৎপাদিত হয়। এটি লিথিয়াম ব্যাটারিতে সর্বাধিক ব্যবহৃত পরিবাহী এজেন্ট, যা কণার মধ্যে যোগাযোগ উন্নত করে এবং একটি পরিবাহী নেটওয়ার্ক তৈরি করে।
বাষ্প-উত্থিত কার্বন ফাইবার (VGCF): এই তন্তুগুলির উচ্চ নমন মডুলাস এবং কম তাপীয় প্রসারণ রয়েছে। VGCF যোগ করলে নমনীয়তা এবং যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা উন্নত হয়, যা এটিকে বৈদ্যুতিক যানবাহনে ব্যবহৃত দীর্ঘ-জীবন, উচ্চ-আউটপুট ব্যাটারির জন্য উপযুক্ত করে তোলে।
কার্বন ন্যানোটিউব (CNT): CNT-এর প্রতিবন্ধকতা কার্বন ব্ল্যাকের মাত্র অর্ধেক। কম প্রতিবন্ধকতা ভালো পরিবাহিতা নিয়ে আসে, মেরুকরণ উন্নত করে এবং চক্রের কর্মক্ষমতা উন্নত করে। যোগ করা কার্বন ব্ল্যাকের পরিমাণ ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদানের ওজনের প্রায় 3%, যেখানে যোগ করা CNT-এর পরিমাণ মাত্র 0.8%~1.5%। কম সংযোজনের পরিমাণ সক্রিয় পদার্থের জন্য স্থান বাঁচাতে পারে, যার ফলে শক্তির ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। তবে, CNT ছড়িয়ে দেওয়া সহজ নয়। বর্তমানে, শিল্পটি সাধারণত উচ্চ-গতির শিয়ারিং, বিচ্ছুরক যোগ করা এবং অতি-সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং বিডস ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বিচ্ছুরণ ব্যবহার করে এটি প্রক্রিয়াজাত করে।

সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটস

কিছু কঠিন-অবস্থার ইলেক্ট্রোলাইট পাউডার আকারেও পাওয়া যায়:

উচ্চ বিশুদ্ধতা জার্মেনিয়াম ডাইসালফাইড (GeS2): উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা, রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং দীর্ঘ জীবনকাল সহ একটি সাদা পাউডার। এটি 99.99% বিশুদ্ধতায় পৌঁছাতে পারে।
লিথিয়াম ল্যান্থানাম জিরকোনিয়াম অক্সাইড (LLZO): এই উপাদানটির চমৎকার আয়নিক পরিবাহিতা (1.5×10-4S/cm) রয়েছে এবং এটি সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারি প্রস্তুতির জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি সল-জেল, নিম্ন-তাপমাত্রার দহন, মাইক্রোইমালসন এবং অন্যান্য পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত করা যেতে পারে।
লিথিয়াম ল্যান্থানাম জিরকোনিয়াম ট্যানটালাম অক্সাইড (LLZTO): এটি উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা, রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা প্রদান করে। প্রস্তুতি প্রক্রিয়া এবং স্ফটিক কাঠামোকে অপ্টিমাইজ করে, উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন সলিড-স্টেট ব্যাটারির চাহিদা পূরণের জন্য এর বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে আরও উন্নত করা যেতে পারে।

অন্যান্য কঠিন-অবস্থার ইলেক্ট্রোলাইট পাউডারের মধ্যে রয়েছে বেরিয়াম সালফেট, লিথিয়াম ফসফরাস সালফার ক্লোরাইড (উচ্চ-স্থায়িত্ব সালফাইড), এবং লিথিয়াম জার্মেনিয়াম ফসফরাস সালফার সালফাইড।

ব্যাটারি বিভাজক

উচ্চ তাপমাত্রায় ঐতিহ্যবাহী বিভাজকগুলির স্থায়িত্ব কম থাকে, যা নিরাপত্তার উপর প্রভাব ফেলে। নিরাপত্তা উন্নত করার জন্য, বিভাজকগুলিতে পাউডার আবরণ যোগ করে পরিবর্তন করা হয়। এই পরিবর্তিত বিভাজকগুলিতে পাউডার উপাদান থাকে।

অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al2O3)：অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড প্রকৃতিতে প্রচুর পরিমাণে পাওয়া যায়, যার রাসায়নিক জড়তা, তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য চমৎকার। পলিওলেফিন বিভাজকগুলির সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করতে এটি সাধারণত সিরামিক বিভাজকগুলিতে ব্যবহৃত হয়। এটি লিথিয়াম ব্যাটারি ডায়াফ্রামগুলিকে প্রচুর পরিমাণে পরিবর্তন করতে ব্যবহৃত অজৈব পাউডারও।
বোহমাইট (AlOOH): বোহমাইট, যা মনোহাইড্রেটেড অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড নামেও পরিচিত, হল এক ধরণের অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড যার স্ফটিক জল থাকে। এটি একটি অপূরণীয় অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড পূর্বসূরী। AlOOH উৎপাদন α-Al2O3 এর চেয়ে সহজ। শিল্পে, বোহমাইট স্লারি গিবসাইট হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতিতে পাওয়া যায় এবং তারপরে ফিল্টারিং, শুকানো এবং চূর্ণ করে AlOOH অতি সূক্ষ্ম পাউডার পাওয়া যায়।
টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (TiO2): TiO2 অ-বিষাক্ত, স্থিতিশীল এবং প্রস্তুতির সময় নিয়ন্ত্রণ করা সহজ। এটি বিভাজকের তাপীয় স্থিতিশীলতা, ইলেক্ট্রোলাইট ভেজাতা বৃদ্ধি করে এবং ইন্টারফেস প্রতিবন্ধকতা হ্রাস করে, ফলে লিথিয়াম-আয়ন পরিবহন উন্নত হয়। জৈব পলিমার বিভাজক পরিবর্তনের জন্য এটি একটি ভাল উপাদান।
সিলিকন ডাই অক্সাইড (SiO2): SiO2 হল একটি সাধারণ অজৈব ফিলার যা পলিমার পরিবর্তন করতে ব্যবহৃত হয়। এর বৃহৎ পৃষ্ঠতল এলাকা এবং হাইড্রোক্সিল গ্রুপ (Si-OH) বিভাজকের ভেজাতা উন্নত করে, লিথিয়াম-আয়ন পরিবহন উন্নত করে এবং তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা উন্নত করে। SiO2 বিভাজকের যান্ত্রিক শক্তিও শক্তিশালী করে এবং ডেনড্রাইট বৃদ্ধি রোধ করে, তাপীয় শর্ট সার্কিট হ্রাস করে। Al2O3, TiO2 এবং AlOOH এর বিপরীতে, SiO2 নিয়ন্ত্রণ এবং পরিবর্তন করা সহজ।

এপিক পাউডার

এপিক পাউডার লিথিয়াম ব্যাটারিতে পাউডার উপকরণ উৎপাদনের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ উন্নত গ্রাইন্ডিং সমাধান প্রদানে বিশেষজ্ঞ। আমাদের অত্যাধুনিক সরঞ্জাম, যেমন জেট মিল, বল মিল এবং এয়ার ক্লাসিফায়ারের সাহায্যে, আমরা সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ নিশ্চিত করি কণা আকার এবং বিতরণ, ক্যাথোড, অ্যানোড এবং পরিবাহী এজেন্টের মতো গুরুত্বপূর্ণ ব্যাটারি উপকরণের কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করা। আমাদের অত্যাধুনিক প্রযুক্তিগুলি কেবল ব্যাটারি উৎপাদনের দক্ষতা বৃদ্ধি করে না বরং পরবর্তী প্রজন্মের সলিড-স্টেট এবং উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ব্যাটারির উন্নয়নেও সহায়তা করে। এপিক পাউডারের সাথে অংশীদারিত্বের অর্থ হল উচ্চতর শক্তি সঞ্চয় সমাধানের জন্য লিথিয়াম ব্যাটারিতে আপনার পাউডার উপকরণের সম্ভাবনা উন্মোচন করা।