সিলিকন-কার্বন অ্যানোডআরেকটি প্রধান মূলধারার প্রযুক্তি রুট হিসেবে, তাদের উৎপাদন প্রক্রিয়ার তুলনায় উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে সিলিকন-অক্সিজেন অ্যানোড. মূল পার্থক্যটি হলো ন্যানো-সিলিকন পাউডার প্রস্তুত প্রণালী এবং কার্বন-ভিত্তিক পদার্থের সাথে এর যৌগ তৈরির পদ্ধতি। বিভিন্ন প্রস্তুতি প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, সিলিকন-কার্বন অ্যানোডকে প্রধানত দুটি প্রযুক্তিগত পথে ভাগ করা হয়: স্যান্ড মিলিং পদ্ধতি এবং কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD)। এদের মধ্যে, CVD-কে ভবিষ্যৎ উন্নয়নের জন্য সবচেয়ে সম্ভাবনাময় পথ হিসেবে বিবেচনা করা হয়।.
ন্যানো-সিলিকন পাউডার তৈরি
সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উৎপাদনের ক্ষেত্রে ন্যানো-সিলিকন পাউডার তৈরি একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ। বর্তমানে, শিল্প উৎপাদনে তিনটি প্রধান পদ্ধতি রয়েছে: যান্ত্রিক বল মিলিং, রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD), এবং প্লাজমা বাষ্পীভবন ঘনীভবন (PVD)। যান্ত্রিক বল মিলিং পদ্ধতি সহজ এবং সাশ্রয়ী হলেও, এর উৎপাদন দক্ষতা তুলনামূলকভাবে কম, এবং এতে অমেধ্য প্রবেশের প্রবণতা থাকে, যা এটিকে বৃহৎ আকারের শিল্প উৎপাদনের জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে। রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) পদ্ধতিতে বিক্রিয়ার উপাদান হিসেবে সিলেন (SiH₄) ব্যবহার করা হয় এবং তাপীয় CVD পচনের মাধ্যমে, উচ্চ-বিশুদ্ধতা ন্যানো-সিলিকন পাউডার তৈরি করা হয়, যার সাথে কণা আকার ২০-১০০ ন্যানোমিটারের মধ্যে নিয়ন্ত্রণযোগ্য।
বালি মিশ্রিত করে সিলিকন-কার্বন অ্যানোড প্রস্তুতকরণ
সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উৎপাদনের জন্য বালির কলকারখানা পদ্ধতি তুলনামূলকভাবে ঐতিহ্যবাহী। প্রক্রিয়াটির মধ্যে রয়েছে: বালির কল ব্যবহার করে বাল্ক সিলিকন (সাধারণত ট্রাইক্লোরোসিলেন প্রক্রিয়া থেকে প্রাপ্ত) ন্যানো-সিলিকন পাউডারে পিষে নেওয়া এবং তারপর গ্রাফাইট উপকরণের সাথে মিশ্রিত করা। বালির কলকারখানা প্রক্রিয়ায়, সিলিকন পাউডারকে উপযুক্ত পরিমাণে দ্রাবকের সাথে মিশিয়ে একটি স্লারি তৈরি করা হয়, যা পরে একটি ডায়াফ্রাম পাম্পের মাধ্যমে বালির কলে সরবরাহ করা হয়।
রোটর কাঠামো এবং গ্রাইন্ডিং মিডিয়ার উচ্চ-গতির ঘূর্ণনের অধীনে কণার সূক্ষ্মকরণ এবং বিচ্ছুরণ সাধিত হয়। গ্রাইন্ডিং মিডিয়া সাধারণত ৩ মিমি এবং ৫ মিমি জিরকোনিয়া বল দিয়ে গঠিত, যার ভরের অনুপাত ১:১ এবং উপাদান ও মিডিয়ার ওজনের অনুপাত ৩:১। গ্রাইন্ডিংয়ের সময়কাল ১ থেকে ৩ ঘণ্টা। গ্রাইন্ডিংয়ের পর, ন্যানো-সিলিকন স্লারি পাওয়ার জন্য ফিল্টারেশন, সেন্ট্রিফিউগেশন বা অন্যান্য পদ্ধতির মাধ্যমে মিডিয়া এবং উপাদানগুলোকে আলাদা করা হয়। এই পদ্ধতির অসুবিধাগুলো হলো কণার আকার নিয়ন্ত্রণে অসুবিধা, সহজে অপদ্রব্যের প্রবেশ এবং কণাগুলোর জমাট বাঁধার প্রবণতা।.
যৌগিককরণ এবং আবরণ প্রক্রিয়া
সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের কার্যকারিতার জন্য কম্পোজিট এবং কোটিং প্রক্রিয়া অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। একটি উদ্ভাবনী পদ্ধতিতে ন্যানো-সিলিকন, কার্বন এরোজেল, কার্বন ন্যানোটিউব, গ্রাফাইট, ডোপ্যান্ট (যেমন হাইড্রাজিন হাইড্রেট, অ্যামোনিয়াম বাইকার্বনেট, ইত্যাদি) এবং ডিসপারসেন্ট নির্দিষ্ট অনুপাতে (৫–১৫:২০–৩০:১–১০:৫–১০:৫–১০:১–৫:৪০–৬০) মেশানো হয়। এরপর মিশ্রণটিকে আল্ট্রাসোনিকভাবে ছড়িয়ে দেওয়া হয় এবং বালি দিয়ে পেষণ করে একটি স্লারি তৈরি করা হয়। এই স্লারিকে স্প্রে ড্রাইং এবং গ্র্যানুলেশন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে নিয়ে যাওয়া হয়। একই সাথে, এর উপর কার্বন কোটিং করা হয়। এর ফলে একটি ডোপড, স্পঞ্জের মতো সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপাদান তৈরি হয়।.
বিশেষায়িত উৎপাদন সরঞ্জামগুলিতে বেশ কয়েকটি মডিউল রয়েছে:
- একটি স্লারি ডেলিভারি মডিউল (নজল সহ)।
- একটি গ্যাস সরবরাহ এবং গরম করার মডিউল (নিষ্ক্রিয় গ্যাস, আবরণ গ্যাস এবং ডোপিং গ্যাসের জন্য)।
- একটি প্রক্রিয়াকরণ চেম্বার মডিউল (শুকানোর জন্য, স্প্রে গ্রানুলেশন এবং কার্বন আবরণের জন্য)।
- একটি সংগ্রহ মডিউল।
প্রক্রিয়াকরণ চেম্বারে অ্যামোনিয়াম বাইকার্বোনেটের মতো ডোপিং উপকরণ থাকে যা একটি ব্যাফেল পার্টিশন দিয়ে সজ্জিত। যখন গ্যাসটি অতিক্রম করে, তখন এটি ডোপিং উপকরণের সাথে মিশে যায় এবং তারপর অভিন্ন ডোপিং অর্জনের জন্য প্রক্রিয়াকরণ স্থানে প্রবেশ করে।
উচ্চ তাপমাত্রা তাপ চিকিত্সা
সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উৎপাদনের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ হল উচ্চ-তাপমাত্রার তাপ চিকিত্সা। যৌগিক পূর্বসূরী উপাদানটি একটি জড় বায়ুমণ্ডলে কার্বনাইজ করা হয়। ক্যালসিনেশন তাপমাত্রা সাধারণত 1000-1500°C হয় এবং সময়কাল 2-5 ঘন্টা। এই প্রক্রিয়াটি জৈব কার্বন উৎসকে পচনশীল করে একটি পরিবাহী নেটওয়ার্ক তৈরি করতে দেয়। এটি সিলিকন এবং কার্বন পদার্থের মধ্যে বন্ধনকেও শক্তিশালী করে।
তাপ চিকিৎসার সরঞ্জামগুলি সাধারণত একটি নলাকার চুল্লি বা ঘূর্ণমান চুল্লি। তাপমাত্রা প্রোফাইল এবং বায়ুমণ্ডলীয় গঠনের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। সিলিকন কণার জারণ বা অত্যধিক বৃদ্ধি রোধ করার জন্য এটি প্রয়োজনীয়।
সেন্ট্রাল সাউথ ইউনিভার্সিটির একটি দল একটি ত্রুটি-বর্ধিত ন্যানো-ক্রিস্টালাইন সিলিকন প্রযুক্তি তৈরি করেছে। তারা উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন সিলিকন অ্যানোড তৈরি করতে স্ফটিকলাইন সিলিকন শিল্পের বর্জ্য এবং তাপ চিকিত্সা প্রক্রিয়া ব্যবহার করে। সিলিকন লোডিং 80 wt% পর্যন্ত পৌঁছায়।
সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের প্রধান প্রস্তুতি পদ্ধতির তুলনা
| প্রস্তুতির পদ্ধতি | প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য | সুবিধাদি | অসুবিধা | প্রযোজ্য পরিস্থিতি |
| রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) | সিলেন তাপীয় পচন এবং ছিদ্রযুক্ত কার্বনের উপর জমা | সিলিকন-কার্বন সংমিশ্রণটি শক্ত, চক্রের স্থায়িত্ব ভাল এবং প্রথম দক্ষতা উচ্চ | সিলেনের দাম এবং নিরাপত্তার ঝুঁকি বেশি | উচ্চমানের পাওয়ার ব্যাটারি |
| বালির কলকারখানা | সিলিকন এবং গ্রাফাইট কম্পোজিট যান্ত্রিকভাবে গ্রাইন্ডিং | সহজ প্রক্রিয়া, কম খরচ, শিল্প উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত | কণার আকার নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, জমাট বাঁধা সহজ, এবং অনেক অমেধ্য | মাঝারি এবং নিম্নমানের অ্যাপ্লিকেশন |
| সল-জেল পদ্ধতি | সল-জেল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সিলিকন-কার্বন কম্পোজিট | উপাদানের বিচ্ছুরণ অভিন্ন, উচ্চ ক্ষমতা বজায় রাখা হয় | কার্বন শেল সহজেই ভেঙে যায়, এবং উচ্চ অক্সিজেনের পরিমাণ প্রাথমিক দক্ষতা কম করে। | পরীক্ষামূলক পর্যায় |
| উচ্চ-তাপমাত্রার পাইরোলাইসিস পদ্ধতি | অর্গানোসিলিকন পূর্বসূরীর উচ্চ-তাপমাত্রার পচন | বৃহৎ কার্বন শূন্যস্থান, আয়তনের প্রসারণ কমিয়ে দেয় | দুর্বল সিলিকন বিচ্ছুরণ এবং অসম কার্বন স্তর | নির্দিষ্ট প্রয়োগের পরিস্থিতি |
| যান্ত্রিক বল মিলিং পদ্ধতি | সিলিকন এবং কার্বন পদার্থের যান্ত্রিক বল মিশ্রণ | সহজ প্রক্রিয়া, কম খরচ, উচ্চ দক্ষতা | গুরুতর সমষ্টিগত ঘটনা এবং সাধারণ কর্মক্ষমতা | কম দামের অ্যাপ্লিকেশন |
প্রক্রিয়াকরণ পরবর্তী
সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের প্রক্রিয়াকরণ-পরবর্তী ধাপগুলির মধ্যে রয়েছে ক্রাশিং, শ্রেণীবিভাগ, পৃষ্ঠ চিকিত্সা, সিন্টারিং, স্ক্রিনিং এবং ডিম্যাগনেটাইজেশন। সিলিকন-অক্সিজেন অ্যানোডের তুলনায়, সিলিকন-কার্বন অ্যানোডগুলির সম্প্রসারণ চাপ মুক্তি এবং পৃষ্ঠ SEI (সলিড ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেজ) ফিল্মের স্থায়িত্বের দিকে আরও মনোযোগ প্রয়োজন।
কিছু উদ্ভাবনী প্রক্রিয়া, যেমন CN119994008A পেটেন্টে প্রস্তাবিত পদ্ধতি, অ্যানোড স্লারিতে সিলিকন-ভিত্তিক প্রাথমিক উপাদান কণাগুলির জন্য সাবধানে পরিকল্পিত কণা আকার বন্টন ব্যবহার করে। প্রথম কণার D50 3-8 μm, দ্বিতীয় কণার D50 7-12 μm এবং তৃতীয় কার্বন-ভিত্তিক কণার D50 13-16 μm। এই নকশাটি প্রস্তুত সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড শীটগুলিকে ঐতিহ্যবাহী ঘূর্ণায়মান প্রক্রিয়াগুলির প্রয়োজন ছাড়াই উচ্চ চক্র স্থিতিশীলতা এবং শক্তি ঘনত্ব বজায় রাখতে সহায়তা করে।
এপিক পাউডার
সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণ উৎপাদনের অগ্রগতিতে EPIC পাউডার অগ্রণী ভূমিকা পালন করে। ন্যানো-সিলিকন পাউডার, কম্পোজিট প্রিকার্সার এবং কার্বন আবরণ চিকিৎসা প্রক্রিয়াকরণে দক্ষতার সাথে, EPIC পাউডার উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ব্যাটারি উপকরণের ক্রমবর্ধমান চাহিদা পূরণে সুসজ্জিত। শিল্পের বিবর্তনের সাথে সাথে, EPIC পাউডারের উদ্ভাবনী সমাধানগুলি শক্তি ঘনত্ব এবং সাইক্লিং স্থিতিশীলতা বৃদ্ধিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং শক্তি সঞ্চয়ের জন্য পরবর্তী প্রজন্মের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উন্নয়নে অবদান রাখে।