কখন গ্রাফাইট অ্যানোড তাদের তাত্ত্বিক ক্ষমতার সীমার কাছাকাছি চলে গেলে, পরবর্তী প্রজন্মের লিথিয়াম ব্যাটারির "শক্তি ইঞ্জিন" কে হবে? ১৮০০ mAh/g এর অতি-উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা সহ, সিলিকন-কার্বন অ্যানোড ল্যাবরেটরি গবেষণা থেকে বৃহৎ আকারের শিল্পায়নের দিকে ত্বরান্বিত হচ্ছে—এটি কেবল একটি বস্তুগত আপগ্রেড নয়, বরং শক্তির ঘনত্বের ক্ষেত্রে একটি বিপ্লব।
অ্যানোড উপকরণের মূল প্রকার এবং প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য
গ্রাফাইট-ভিত্তিক অ্যানোড
প্রাকৃতিক গ্রাফাইট
- বৈশিষ্ট্য: তাত্ত্বিক ক্ষমতা ৩৪০–৩৭০ mAh/g, কম খরচে, কিন্তু প্রাথমিকভাবে কম কুলম্বিক দক্ষতা (~৮০১TP৩T) এবং দ্রাবক সহ-আন্তঃসংযোগের ঝুঁকি যা কাঠামোগত খোসা ছাড়ানোর দিকে পরিচালিত করে।
- আবেদন: মূলত কনজিউমার ইলেকট্রনিক্সে (3C)।
কৃত্রিম গ্রাফাইট
- বৈশিষ্ট্য: উচ্চ তাপমাত্রায় (২৮০০°C) পেট্রোলিয়াম কোক/সুই কোক গ্রাফাইটাইজ করে উৎপাদিত। অভিন্ন গঠন, চক্রের আয়ু >২০০০ চক্র, প্রাথমিক দক্ষতা >৯০১TP৩T।
- আবেদন: পাওয়ার ব্যাটারি (অ্যানোড বাজারের 70% এর বেশি)।
সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড
কারিগরি রুট:
- সিলিকন-কার্বন অ্যানোড: কার্বন ম্যাট্রিক্সে এমবেড করা ন্যানো-সিলিকন কণা, ধারণক্ষমতা ৪০০-৬০০ mAh/g, আয়তনের প্রসারণ ৩০১TP৩T-তে কমানো হয়েছে (বিশুদ্ধ সিলিকনের ক্ষেত্রে ৩০০১TP৩T-এর বিপরীতে)।
- সিলিকন-অক্সাইড অ্যানোড (SiOx): গ্রাফাইট সহ সিলিকন সাবঅক্সাইড কম্পোজিট, ধারণক্ষমতা 450–500 mAh/g, আয়তন সম্প্রসারণ <50%, উন্নত সাইক্লিং কর্মক্ষমতা।
সুবিধাদি: তাত্ত্বিকভাবে নির্দিষ্ট ক্ষমতা ৪২০০ mAh/g (১০× গ্রাফাইট), চমৎকার দ্রুত চার্জিং কর্মক্ষমতা, প্রচুর সম্পদ।
উৎপাদন প্রক্রিয়া এবং মূল প্রযুক্তি
কৃত্রিম গ্রাফাইট উৎপাদন
প্রক্রিয়া: কাঁচামাল পেষণ → যান্ত্রিক মিলিং → দানাদারকরণ/আবরণ → উচ্চ-তাপমাত্রার গ্রাফাইটাইজেশন → ছাঁটাই এবং আকার দেওয়া
মূল পদক্ষেপ:
- চূর্ণবিচূর্ণ: পেট্রোলিয়াম কোককে উপযুক্ত কণা আকার.
- দানাদারকরণ: গৌণ কণায় পরিশোধিত করুন, অভিন্ন পাউডার (6-10 μm)।
- গ্রাফিটাইজেশন: কার্বন পরমাণুকে সুবিন্যস্ত গ্রাফাইট স্ফটিক কাঠামোতে রূপান্তরিত করা।
সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উৎপাদন
প্রক্রিয়া: সিলিকন উৎস → তাপীয় পচন → নিরাকার ন্যানো-সিলিকন + ছিদ্রযুক্ত কার্বন কঙ্কাল → বাষ্প জমা সিলিকন-কার্বন → সিভিডি কার্বন আবরণ
মূল পদক্ষেপ:
- সিলিকন ন্যানো-সাইজিং: বল কল/ অতিস্বনক বিচ্ছুরণ <100 nm পর্যন্ত।
- কম্পোজিট লেপ: সিভিডি কার্বন আবরণ, আয়তনের প্রসারণ দমনের জন্য গ্রাফিন ডোপিং।
- কাঠামোগত নকশা: পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য ছিদ্রযুক্ত সিলিকন, কোর-শেল আর্কিটেকচার।
প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ এবং যুগান্তকারী দিকনির্দেশনা
উচ্চ ভলিউম সম্প্রসারণ
- সাইক্লিংয়ের সময় সিলিকন >300% দ্বারা প্রসারিত হয়, যার ফলে কণা গুঁড়ো হয়ে যায় এবং ইলেকট্রোড ব্যর্থ হয়।
- উচ্চ-সিলিকন সামগ্রী (>15%) সমস্যাটিকে আরও বাড়িয়ে তোলে, ব্যবহারিক প্রয়োগগুলিকে সীমিত করে। বর্তমান সামগ্রী সাধারণত 10% এর নিচে রাখা হয়।
কম প্রাথমিক কুলম্বিক দক্ষতা (ICE)
- সিলিকনের উপর বারবার SEI ফিল্ম গঠন লিথিয়াম আয়ন গ্রহণ করে। ICE শুধুমাত্র 70%–85% (বনাম >95% গ্রাফাইটের জন্য)।
উচ্চ খরচ
- সিভিডি সিলিকন-কার্বনের দাম ~¥৫০০,০০০/টন (কৃত্রিম গ্রাফাইটের দাম ২০,০০০/টন)।
- প্রধান কারণ: ছিদ্রযুক্ত কার্বনের উচ্চ মূল্য (রজন-ভিত্তিক ¥৫০০,০০০/টন পর্যন্ত) এবং সিলেন (~¥১০০,০০০/টন), এবং জটিল এবং বিপজ্জনক প্রক্রিয়া।
অপরিণত সহায়ক উপকরণ
- সিলিকন-কার্বনের উচ্চ প্রসারণের জন্য কারেন্ট বাইন্ডার এবং ইলেক্ট্রোলাইটগুলি উপযুক্ত নয়, যার জন্য কাস্টমাইজড সমাধানের প্রয়োজন হয়।
সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের জন্য উদ্ভাবনী দিকনির্দেশনা
১. কাঠামোগত নকশা উদ্ভাবন
- ছিদ্রযুক্ত কার্বন কঙ্কাল + সিভিডি জমা: ন্যানো-সিলিকন (৫-১০ ন্যানোমিটার) ছিদ্রের ভিতরে জমা হয়, যা প্রসারণ কমায়।
- মামলা: উন্নত সংকোচনশীল শক্তি (৩-৫× বেশি) সহ গোলাকার সিলিকন-কার্বন, ইলেক্ট্রোলাইট ভেজা করার জন্য কুঁচকানো পৃষ্ঠ; ষষ্ঠ প্রজন্মের পণ্যগুলি <20% সম্প্রসারণ, >1000 চক্র জীবন, ICE >90% অর্জন করেছে।
2. প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশন
- সিভিডি আপগ্রেড: প্রতি চুল্লিতে ২০ কেজি থেকে ১০০ কেজি পর্যন্ত স্কেলিং, সরঞ্জামের স্থানীয়করণ এবং ভর-উৎপাদন লাইন (৫০০০ টনের কারখানা স্থিতিশীল, নতুন লাইন ১০,০০০ টনের বেশি/বছর)। শিল্পের গড় খরচ ~¥২২০,০০০/টনে হ্রাস পেয়েছে।
- প্রাক-লিথিয়েশনের সাফল্য: LiF–Li₂C₂O₄ কম্পোজিট SEI ফিল্ম ব্যবহার করে, ICE 75% থেকে 88% (গ্রাফাইটের 95% এর কাছাকাছি) তে উন্নত হয়েছে, 50% এর আন্তঃমুখের প্রতিরোধ ক্ষমতা কম।
৩. পারফরম্যান্স বেঞ্চমার্কিং
- অপ্টিমাইজড সিভিডি সিলিকন-কার্বন: নির্দিষ্ট ক্ষমতা ১৮০০–২০০০ mAh/g, চক্র জীবনকাল ১০০০ চক্রের চেয়ে বেশি, ইলেকট্রোড সম্প্রসারণ ২৫১TP3T–২৭১TP3T এ নিয়ন্ত্রিত।
- প্রচলিত SiOx অ্যানোডের (ক্ষমতা ~1500 mAh/g, ICE 75%–80%) তুলনায় কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি।
এপিক পাউডার
সিলিকন-কার্বন অ্যানোড লিথিয়াম ব্যাটারি শক্তি ঘনত্বের পরবর্তী লাফিয়ে ওঠার সাথে সাথে, উন্নত উপাদান প্রক্রিয়াকরণ শিল্পায়নের মূল চাবিকাঠি হয়ে উঠেছে। এপিক পাউডার, অতি-সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং, বল মিলিং এবং পাউডার শ্রেণিবিন্যাস প্রযুক্তিতে দক্ষতার সাথে, ন্যানো-সিলিকন এবং উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন কার্বন কম্পোজিট প্রস্তুত করার জন্য উপযুক্ত সরঞ্জাম সমাধান সরবরাহ করে - যা স্কেলেবল, সাশ্রয়ী এবং নির্ভরযোগ্য সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উৎপাদনের পথ প্রশস্ত করে।