লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, তাদের নিরাপত্তা, কম খরচে, এবং চমৎকার কর্মক্ষমতার জন্য পরিচিত, পোর্টেবল ইলেকট্রনিক ডিভাইস, বড়-শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা, বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যা তাদের অসামান্য সেকেন্ডারি এনার্জি স্টোরেজ ডিভাইসে পরিণত করে।
একটি সাধারণ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে একটি অ্যানোড, একটি ক্যাথোড, একটি বিভাজক, ইলেক্ট্রোলাইট এবং বর্তমান সংগ্রাহক থাকে। সাধারণ অ্যানোড উপাদানগুলির মধ্যে রয়েছে LiNiMnCoO₂, LiFePO₄, LiCoO₂, LiMn₂O₄, ইত্যাদি, যখন গ্রাফাইট প্রাথমিকভাবে ক্যাথোডের জন্য ব্যবহৃত হয়। শক্তির ঘনত্বের মতো কার্যক্ষমতার পরামিতি উন্নত করতে, ক্যাথোড গ্রাফাইটকে প্রায়ই SiOₓ-এর মতো উপকরণ দিয়ে ডোপ করা হয়। এই প্রেক্ষাপটে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য উপকরণের উপর ব্যাপক গবেষণা করা হয়।
3D ছিদ্রযুক্ত কপার প্রস্তুতি
কপার ফয়েল, তার চমৎকার পরিবাহিতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সহ, বর্তমানে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড কারেন্ট কালেক্টরের জন্য পছন্দের পছন্দ। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, অনেক গবেষকও সক্রিয়ভাবে ব্যাটারি বিকাশের জন্য নতুন ধরণের বর্তমান সংগ্রাহক খুঁজছেন।
ব্যাটারি অ্যানোডের জন্য উত্পাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে তামার ফয়েল পৃষ্ঠের উপর নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সক্রিয় উপাদানের একটি প্রস্তুত স্লারি সমানভাবে আবরণ করা হয়, তারপরে শুকানো, ঘূর্ণায়মান, স্লিটিং এবং চূড়ান্ত নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পণ্য তৈরির অন্যান্য পদক্ষেপগুলি অনুসরণ করে।
অতএব, তামা ফয়েল শুধুমাত্র পরিবাহিতা, পৃষ্ঠের রুক্ষতা এবং চকচকেতার জন্য কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করবে না কিন্তু প্রসার্য শক্তি এবং প্রসারণের মতো যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কিত প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজনীয়তাগুলিও পূরণ করবে। অধিকন্তু, সিলিকন-কার্বন (SiC), লিথিয়াম (Li), টিন (Sn), এবং অ্যান্টিমনি (Sb) এর মতো উচ্চ-শক্তি-ঘনত্বের নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির প্রয়োগের সাথে, এই উপকরণগুলিকে সমর্থনকারী তামার ফয়েলে অতিরিক্ত চাহিদা স্থাপন করা হয়।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, অনেক গবেষক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড বর্তমান সংগ্রাহক তামার ফয়েলের দৃষ্টিকোণ থেকে সাইক্লিংয়ের সময় সাইকেল, লিথিয়াম ধাতু এবং অন্যান্য নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলিতে ভলিউম পরিবর্তন এবং ডেনড্রাইট গঠনের মতো সমস্যাগুলি হ্রাস এবং সমাধান করার চেষ্টা করেছেন।
কিছু গবেষণা ইঙ্গিত দেয় যে ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তামার ফয়েল কার্যকরভাবে নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বাড়াতে পারে, বর্তমান সংগ্রাহক এবং সক্রিয় উপাদানের মধ্যে যোগাযোগের ক্ষেত্র বাড়াতে পারে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের প্রসারণ এবং সংকোচনের জন্য বাফার স্পেস প্রদান করতে পারে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের বিচ্ছিন্নতা রোধ করতে আনুগত্য বাড়াতে পারে এবং এর ফলে ব্যাটারির সাইক্লিং কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে।
ছিদ্রযুক্ত কাঠামো লিথিয়াম ধাতুর চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের সময় লিথিয়াম ডেনড্রাইটের গঠনকেও দমন করতে পারে, ডেনড্রাইট গঠন থেকে উদ্ভূত নিরাপত্তা উদ্বেগকে মোকাবেলা করে।
ছিদ্রযুক্ত তামার ফয়েল তৈরির পদ্ধতি শুধুমাত্র পরিবাহিতা, লাইটওয়েট প্রকৃতি এবং চূড়ান্ত পণ্যের সক্রিয় উপাদান লোডিং ক্ষমতার মতো বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে না, তবে পদ্ধতিটি সহজ, সম্ভাব্য, পরিপক্ক যন্ত্রপাতি নিয়োগ করে এবং উৎপাদনের জন্য অর্থনৈতিকভাবে কার্যকর কিনা তাও ব্যাপক উত্পাদন অর্জনের মূল কারণ।
এই কাগজটি ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকদের জন্য প্রস্তুতির কৌশলগুলির গবেষণা অবস্থার সংক্ষিপ্তসার করে, যার মধ্যে টেমপ্লেট পদ্ধতি, ডিলয়িং, পাউডার সিন্টারিং, রাসায়নিক পদ্ধতি এবং তামার জাল বুনন, ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর তাদের প্রভাব সহ। এটি 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকদের ভবিষ্যতের বিকাশের সম্ভাবনাও সরবরাহ করে।
বিভিন্ন প্রস্তুতির পদ্ধতির ফলে ছিদ্রযুক্ত তামার ছিদ্র আকার, আকার এবং ছিদ্রের মধ্যে তারতম্য ঘটে। বর্তমান প্রধান প্রস্তুতির পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে: CO₂ লেজার এবং মুদ্রিত টেমপ্লেট ব্যবহার করে তামার ফয়েলে সরাসরি মাইক্রো-এর মাধ্যমে-গর্ত তৈরি করা; হাইড্রোজেন বুদবুদ টেমপ্লেট বা ডেক্সট্রান টেমপ্লেটের মতো প্রক্রিয়া ব্যবহার করে ছিদ্রের মতো ফোম- তৈরি করা; অনিয়মিত ছিদ্র তৈরি করতে ডিলয়িং এবং পাউডার সিন্টারিং নিযুক্ত করা; জাল ছিদ্র গঠন তামার তারের বয়ন; এবং রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করে পৃষ্ঠে তন্তুযুক্ত কঙ্কালের ছিদ্র প্রস্তুত করা।
ছিদ্র ফর্ম, আকার, ছিদ্র, ইত্যাদি উল্লেখযোগ্যভাবে প্রস্তুতি প্রক্রিয়া দ্বারা প্রভাবিত হয়, যার ফলে কার্যক্ষমতার উল্লেখযোগ্য পার্থক্য ঘটে।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি পারফরম্যান্সের উপর 3D ছিদ্রযুক্ত কপার কারেন্ট কালেক্টরের প্রভাব
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে, তামার ফয়েল নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের জন্য সমর্থন কাঠামো এবং বর্তমান সংগ্রাহক উভয়ই কাজ করে। এর পৃষ্ঠের ক্রিয়াকলাপ, বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, অক্সিডেশন প্রতিরোধ এবং নিজের ওজন সরাসরি ব্যাটারি সূচকগুলিকে প্রভাবিত করে যেমন শক্তির ঘনত্ব এবং সাইক্লিং কর্মক্ষমতা।
লিথিয়াম{0}}আয়ন ব্যাটারির ক্রমবর্ধমান চাহিদার সাথে, SiC, Sn এবং Li ধাতুর মতো নতুন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলি ব্যাপকভাবে গবেষণা করা হচ্ছে, যা তাত্ত্বিক ক্ষমতা গ্রাফাইটের চেয়ে অনেক বেশি প্রস্তাব করে৷ যাইহোক, এই নতুন নেতিবাচকগুলির ব্যবহার বিশিষ্ট চ্যালেঞ্জগুলি উপস্থাপন করে, যেমন চার্জ/স্রাবের সময় উল্লেখযোগ্য পরিমাণের পরিবর্তন এবং লিথিয়াম ডেনড্রাইট গঠনের সংবেদনশীলতা।
3D ছিদ্রযুক্ত তামা ফয়েল এই সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য একটি পন্থা হয়ে উঠেছে। সাধারণ ফ্ল্যাট ইলেক্ট্রোলাইটিক কপার ফয়েলের তুলনায়, অনেক গবেষণায় দেখা যায় যে 3D ছিদ্রযুক্ত কপার ফয়েল কার্যকরভাবে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সামগ্রীর আয়তনের প্রসারণ/সংকোচন সমস্যা প্রশমিত করতে পারে, যার ফলে ব্যাটারি শক্তির ঘনত্ব এবং হারের ক্ষমতা উন্নত হয়।
নিরাপত্তা বৃদ্ধি
3D কঙ্কাল কপার কারেন্ট সংগ্রাহক দ্বারা আবদ্ধ লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারির বৈদ্যুতিক কার্যকারিতা পরীক্ষা করে জানা গেছে যে সাধারণ তামার ফয়েল সহ ব্যাটারি 400 চক্রের পরে শর্ট সার্কিট অনুভব করে।
সাইকেল চালানোর সময় লিথিয়াম ডেনড্রাইট গঠনের কারণে এটি ঘটেছিল, যা বিভাজককে ছিদ্র করে, সাইকেল চালানোর সময় গুরুতর ভোল্টেজ হিস্টেরেসিস সহ শর্ট সার্কিট ঘটায়। বিপরীতে, 3D লিথিয়াম ব্যাটারি কপার ফয়েল দ্বারা আবদ্ধ লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলি 600 চক্রের পরে কোনও শর্ট সার্কিট দেখায়নি, যা সাইকেল চালানোর সময় লিথিয়াম ডেনড্রাইটের উল্লেখযোগ্য দমনকে নির্দেশ করে, ব্যাটারি শর্ট সার্কিট এড়ায় এবং এর ফলে আরও অভিন্ন ভোল্টেজ পরিবর্তন হয়।
অতএব, 3D কঙ্কাল তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলি লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিতে লিথিয়াম ডেনড্রাইট সমস্যাটি কার্যকরভাবে সমাধান করতে পারে, এই ব্যাটারির জন্য একটি নিরাপত্তা গ্যারান্টি প্রদান করে।
3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলি পরবর্তী-প্রজন্মের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির ব্যবহারিক প্রয়োগের সময় উদ্ভূত কিছু মূল সমস্যাগুলি কার্যকরভাবে সমাধান করতে পারে, যার ফলে Li, Sn এবং SiC-এর মতো উপকরণগুলির শিল্প প্রয়োগ সম্ভব হয়৷ 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলির উপর গবেষণা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির কার্যকারিতার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।
অতএব, 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলির জন্য প্রস্তুতির পদ্ধতি নির্বাচন করা প্রয়োজন যা নির্দিষ্ট নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির জন্য শিল্পায়ন করা সহজ। বিশদ অধ্যয়নের ছিদ্র ফর্মের উপর প্রক্রিয়া অবস্থার প্রভাব, 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকের ছিদ্র আকার এবং সংশ্লিষ্ট ব্যাটারি কর্মক্ষমতা মেট্রিক্স যেমন শক্তির ঘনত্ব, সাইক্লিং দক্ষতা এবং চক্র গণনা তদন্ত করা উচিত।
এর উপর ভিত্তি করে, 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলির শিল্পায়ন অর্জনের জন্য সম্পূর্ণ উত্পাদন সরঞ্জাম তৈরি করা উচিত। বর্তমানে, বেশিরভাগ গবেষণা মৌলিক গবেষণা পর্যায়ে রয়ে গেছে, প্রস্তুত 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলি কার্যকর কিনা তার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।
3D ছিদ্রযুক্ত কপার বর্তমান সংগ্রাহকদের জন্য বিকাশের প্রবণতা এবং সম্ভাবনা
বিস্তৃত গবেষণা প্রমাণ করে যে ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলি তামার ফয়েল বর্তমান সংগ্রাহক বিকাশের জন্য গুরুত্বপূর্ণ ভবিষ্যতের দিকগুলির মধ্যে একটি।
3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহক এবং নতুন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির প্রস্তুতি পদ্ধতির উপর উল্লেখযোগ্য গবেষণা অনিবার্যভাবে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বিবর্তনকে চালিত করবে৷ প্রস্তুতির প্রক্রিয়া এবং পদ্ধতি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণের আনুগত্য এবং 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকের নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পরিবাহিতা নির্ধারণ করে।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কর্মক্ষমতার উপর 3D ছিদ্রযুক্ত তামা বর্তমান সংগ্রাহকগুলির নির্দিষ্ট প্রভাবের উপর-গভীর গবেষণার বিদ্যমান সাহিত্যের অভাব রয়েছে, এবং সংশ্লিষ্ট প্রস্তুতির পদ্ধতিগুলিকে শিল্পায়নে অন্বেষণের জন্য ত্বরণ প্রয়োজন৷ ভবিষ্যতে, কম ভর, টিউনযোগ্য ছিদ্রের আকার, উচ্চ পরিবাহিতা, এবং ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সহ ছিদ্রযুক্ত তামার ফয়েল বর্তমান সংগ্রাহক তৈরি করার জন্য কম শক্তি খরচ, পরিপক্ক সরঞ্জাম এবং সহজ মাপযোগ্যতা সহ পদ্ধতিগুলি সন্ধান করা হল নতুন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির বিকাশের একটি দিক, যা লিথিয়াম ব্যাটারের কার্যক্ষমতা বৃদ্ধির জন্য উল্লেখযোগ্য গুরুত্ব রাখে{{5}।
তথ্যসূত্র
চায়না ন্যাশনাল নলেজ ইনফ্রাস্ট্রাকচার (CNKI)
