সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে জল রেখে শক্তি সংরক্ষণ ক্ষমতা প্রায় দ্বিগুণ হয়

ব্যাটারি রসায়নে একটি পাল-ধারণা-বিরোধী সাফল্য

বছরের পর বছর ধরে, ব্যাটারি নির্মাতারা জলকে শত্রু হিসাবে বিবেচনা করেছেন। পুনর্চার্জযোগ্য ব্যাটারির উৎপাদন প্রক্রিয়া সাধারণত ইলেকট্রোড উপকরণগুলিকে উচ্চ তাপমাত্রায় সাবধানে শুকানো জড়িত যাতে আর্দ্রতার যেকোনো চিহ্ন দূর করা যায়। এখন, সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা সেই অনুমানটি উল্টে দিয়েছেন একটি আবিষ্কারের সাথে যা গ্রিড-স্কেল শক্তি সংরক্ষণের অর্থনীতি পুনর্গঠন করতে পারে।

দল খুঁজে পেয়েছে যে সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্যাথোড উপকরণের ভিতরে জল অণুগুলি রাখলে একই উপকরণের নিরিদ্র সংস্করণের তুলনায় তাদের শক্তি সংরক্ষণ ক্ষমতা প্রায় দ্বিগুণ হয়। জার্নাল অফ ম্যাটেরিয়ালস কেমিস্ট্রি এ-তে প্রকাশিত ফলাফলগুলি সুপারিশ করে যে শিল্পের ব্যাটারি উৎপাদনের স্ট্যান্ডার্ড পদ্ধতি উল্লেখযোগ্য পারফরম্যান্স লাভ টেবিলে রেখে গেছে।

"উপকরণটি প্রত্যাশিত তুলনায় অনেক শক্তিশালী কর্মক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে," সারে বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রধান গবেষক ড্যানিয়েল কমান্ডার বলেছেন। এই আবিষ্কার সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল পথ খোলে, যা দীর্ঘদিন ধরে lithium-আয়ন সমকক্ষগুলির শক্তি ঘনত্ব ম্যাচ করতে সংগ্রাম করেছে কিন্তু খরচ এবং স্থায়িত্বে বাধ্যতামূলক সুবিধা প্রদান করে।

জল কীভাবে সোডিয়াম-আয়ন কর্মক্ষমতা সুপারচার্জ করে

উন্নতির পিছনের প্রক্রিয়া মার্জিতভাবে সহজ। অধ্যয়নের ক্যাথোডগুলি ন্যানোস্ট্রাকচার্ড vanadate hydrate বা NVOH থেকে তৈরি ছিল। যখন জল অণুগুলি উপকরণের স্ফটিক কাঠামোর ভিতরে এম্বেড করা থাকে, তারা ক্যাথোডের স্তরগুলিকে সামান্য প্রসারিত করে। এই সম্প্রসারিত ব্যবধান charge এবং discharge চক্রের সময় সোডিয়াম আয়নগুলি আসার এবং যাওয়ার জন্য অতিরিক্ত জায়গা তৈরি করে।

একটি গুদামে আইলগুলি প্রশস্ত করার মতো চিন্তা করুন। আরও স্থান দিয়ে, সোডিয়াম আয়নগুলি আরও মুক্তভাবে এবং বৃহত্তর সংখ্যায় প্রবাহিত হতে পারে, যা ক্যাথোডকে প্রতি চক্রে আরও charge গ্রহণ এবং মুক্তি দিতে দেয়। জল অণুগুলি মূলত কাঠামোগত স্তম্ভ হিসাবে কাজ করে, ক্যাথোডের স্তরযুক্ত স্থাপত্যকে খোলার দিকে ঠেলে দেয় এবং পুনরাবৃত্ত cycling-এর সময় এটি সংকুচিত হওয়া থেকে রক্ষা করে।

আর্দ্র ক্যাথোড উপকরণ দিয়ে নির্মিত পরীক্ষা ব্যাটারিগুলি 400 টিরও বেশি charge চক্রের জন্য স্থিতিশীলতা বজায় রেখেছিল, প্রদর্শন করে যে জল সময়ের সাথে ইলেকট্রোড হ্রাস বা অস্থিতিশীল করে না। NVOH উপকরণ এখন সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শীর্ষ-পারফরম্যান্সকারী ক্যাথোড উপকরণগুলির মধ্যে বিবেচিত হয়, একটি প্রযুক্তি শ্রেণী যা গবেষকরা এবং শিল্প ক্রমবর্ধমান stationary সংরক্ষণ applications-এর জন্য lithium-আয়নের পরিপূরক হিসাবে দেখেছে।

সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কেন গুরুত্বপূর্ণ

Lithium-আয়ন ব্যাটারি ভালো কারণে পুনর্চার্জযোগ্য ব্যাটারি বাজার আধিপত্য করে। তারা একটি ছোট, হালকা প্যাকেজে বিশাল শক্তি pack করে, যা smartphones, laptops এবং electric vehicles-এর জন্য আদর্শ। কিন্তু lithium সমস্যা নিয়ে আসে। উপাদান মুষ্টিমেয় দেশে কেন্দ্রীভূত, এটি খনন করতে বিশাল পরিমাণে জল প্রয়োজন, এবং lithium সরবরাহ শৃঙ্খলের ভূ-রাজনৈতিক জটিলতা সরকার এবং নির্মাতাদের জন্য ক্রমবর্ধমান উদ্বেগ হয়ে উঠেছে।

বিপরীতে, sodium পৃথিবীর সবচেয়ে প্রচুর উপাদানগুলির মধ্যে একটি। এটি সমুদ্রের জল থেকে lithium খনির খরচের একটি ভগ্নাংশে নির্যাস করা যায়, এবং সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি সাধারণত পরিচালনা করা নিরাপদ, thermal runaway-এর ঝুঁকি কম এবং fire। এই সুবিধাগুলি সোডিয়াম-আয়ন প্রযুক্তিকে বড় আকারের গ্রিড সংরক্ষণের জন্য বিশেষভাবে আকর্ষণীয় করে তোলে, যেখানে ওজন এবং আকার খরচ, নিরাপত্তা এবং সরবরাহ শৃঙ্খল স্থিতিস্থাপকতার চেয়ে কম সমালোচনামূলক।

ধরা সবসময় শক্তি ঘনত্ব। সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি lithium-আয়ন cells-এর তুলনায় ওজন বা আয়তনের প্রতি ইউনিটে উল্লেখযোগ্যভাবে কম শক্তি সংরক্ষণ করে, তাদের ব্যবহারিক applications সীমিত করে। সারে দলের আবিষ্কার, ক্যাথোড ক্ষমতা প্রায় দ্বিগুণ করে, সেই ফাঁক বন্ধ করার দিকে একটি অর্থপূর্ণ পদক্ষেপ নেয়।

একটি বোনাস আবিষ্কার: Desalination সম্ভাবনা

একটি অপ্রত্যাশিত মোড়ে, গবেষকরাও খুঁজে পেয়েছেন যে তাদের আর্দ্র ক্যাথোড উপকরণ একটি desalination electrode হিসাবে কার্যকরভাবে কাজ করে। একটি electrochemical desalination সেটআপে ব্যবহার করা হলে, NVOH উপকরণ জল থেকে salt অপসারণ করতে পারে এবং একই সাথে শক্তি সংরক্ষণ করতে পারে। এই dual-purpose ক্ষমতা উপকূলীয় সম্প্রদায়ের desalination plants-এর সাথে একীভূত হতে পারে এমন ব্যাটারি systems-এর একটি মুগ্ধকর সম্ভাবনা উত্থাপন করে, seawater থেকে সংরক্ষিত শক্তি এবং তাজা জল উভয় উৎপাদন করে।

যখন এই ধরনের applications গুলি অনুমানমূলক থেকে যায়, এই আবিষ্কারটি প্রচলিত ব্যাটারি ব্যবহারের বাইরে উপকরণের জন্য বৃহত্তর সম্ভাবনার ইঙ্গিত দেয়। যেখানে পরিষ্কার জল এবং নির্ভরযোগ্য শক্তি সংরক্ষণ উভয়ই জরুরী চাহিদা, একটি প্রযুক্তি যা উভয় challenges একযোগে সমাধান করে তা রূপান্তরকারী প্রমাণিত হতে পারে।

বাণিজ্যিকীকরণের পথ

এই আবিষ্কারের অবিলম্ব প্রভাব ক্রমবর্ধমান সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি শিল্পের জন্য সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য। চীনের কোম্পানিগুলি, CATL এবং HiNa Battery সহ, ইতিমধ্যে electric vehicles এবং গ্রিড সংরক্ষণের জন্য সোডিয়াম-আয়ন cells-এর বাণিজ্যিক উৎপাদন শুরু করেছে। যদি আর্দ্র ক্যাথোড পদ্ধতি বাড়ানো এবং বিদ্যমান উৎপাদন প্রক্রিয়ায় একীভূত করা যায়, তবে এটি lithium-আয়ন alternatives-এর বিরুদ্ধে সোডিয়াম-আয়ন প্রযুক্তির প্রতিযোগিতামূলকতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।

পদ্ধতির সরলতা বিশেষভাবে উৎসাহব্যঞ্জক। exotic নতুন উপকরণ বা জটিল উৎপাদন কৌশলের প্রয়োজন হওয়ার পরিবর্তে, উন্নতি কম করা থেকে আসে, বিশেষত ক্যাথোড উৎপাদনে আদর্শ অনুশীলনকারী energy-intensive শুকানোর পদক্ষেপ এড়িয়ে যাওয়া। এটি ভাল কর্মক্ষমতা এবং কম উৎপাদন খরচ উভয়েতে অনুবাদ করতে পারে, ব্যাটারি গবেষণার একটি বিরল সংমিশ্রণ।

যখন বিশ্ব পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি grids-কে সমর্থন করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি সংরক্ষণ infrastructure তৈরি করতে প্রতিযোগিতা করছে, সাশ্রয়ী এবং scalable ব্যাটারি প্রযুক্তি গুরুত্বপূর্ণ হবে। সারে দলের কাজ পরামর্শ দেয় যে আরও ভাল ব্যাটারির উত্তর সব সময় plain-এ লুকানো থাকতে পারে, নির্মাতারা যত্নসহকারে সরিয়ে নিচ্ছিল এমন জলে।

এই নিবন্ধটি New Atlas-এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।