চীনা গবেষকেরা জল-ভিত্তিক ব্যাটারি রসায়নে 120,000-সাইকেল আয়ুর দাবি করেছেন

জল-ভিত্তিক ব্যাটারি design নিরাপত্তা ও দীর্ঘায়ুর লক্ষ্য নিয়ে এসেছে

চীনের গবেষকেরা একটি aqueous battery chemistry-এর কথা জানিয়েছেন, যা তাদের মতে grid-scale energy storage-এর কার্যকাল উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়াতে পারে, পাশাপাশি conventional lithium-ion systems-এর সঙ্গে যুক্ত কিছু disposal ও safety সমস্যাও এড়াতে পারে। 18 ফেব্রুয়ারি Nature Communications-এ প্রকাশিত এই কাজটি covalent organic polymers-এর একটি শ্রেণির উপর কেন্দ্রীভূত, যা magnesium ও calcium ions-কে neutral water-based electrolyte-এর মাধ্যমে একটি battery-র anode হিসেবে ব্যবহার করে।

মূল দাবি চমকপ্রদ: দলটির বক্তব্য, batteryটি প্রায় 120,000 charge cycles চলতে পারে, অর্থাৎ grid storage-এ ব্যবহৃত typical lithium-ion battery-র আয়ুর 10 গুণেরও বেশি। আরও উল্লেখযোগ্য হলো, গবেষকেরা বলছেন এই chemistry-তে toxic elements নেই এবং এটি পরিবেশে নিরাপদে dispose করা যায়, ফলে বড় stationary storage systems-এর জন্য এটি এক অসাধারণ clean candidate।

Aqueous batteries কেন গুরুত্বপূর্ণ

Water-based electrolytes nonflammable হওয়ায় এবং অনেক mainstream battery design-এ ব্যবহৃত materials-এর তুলনায় সস্তা হতে পারায় aqueous batteries দীর্ঘদিন ধরে নজর কেড়েছে। ফলে renewable energy buffering-এর মতো ব্যবহারে এগুলো আকর্ষণীয়, যেখানে কম fire risk এবং দীর্ঘ operating life energy density-র মতোই গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।

তবে এই format-এর একটি জেদি দুর্বলতা আছে। এই batteries-এ কাজে লাগতে পারে এমন organic polymers প্রায়ই aqueous systems-এ ব্যবহৃত acidic বা alkaline electrolytes-এ দ্রুত ভেঙে যায়। সেই degradation utilities ও grid operators যে নির্ভরযোগ্যতাকে সবচেয়ে বেশি গুরুত্ব দেয় সেটিকেই কমিয়ে দেয়: বহু বছর ধরে cycling-এর পরও স্থির performance।

নতুন গবেষণাটি battery-র structural chemistry এবং cell-এর ভেতরের operating environment দুটোই বদলে এই সমস্যার সমাধান খুঁজছে। কঠোর electrolytes-এর বদলে গবেষকেরা pH 7.0-এর neutral electrolyte ব্যবহার করেছেন। এর সঙ্গে তারা hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin নামের একটি compound যুক্ত করেছেন, যেখানে carbonyl-rich region positive ions-কে আকর্ষণ করে এবং একটি rigid molecular scaffold material-কে flat, honeycomb-like structure ধরে রাখতে সাহায্য করে।

ডিজাইনের লক্ষ্য novelty নয়, stability

ব্যবহারিকভাবে, গবেষকেরা এমন একটি battery বানাতে চাইছেন যার active materials জলে ভেঙে না পড়ে। শক্ত polymer structure-এর উদ্দেশ্য anode-কে অক্ষুণ্ণ রাখা, আবার magnesium ও calcium ions-কে দক্ষতার সঙ্গে চলতে দেওয়া। study summary অনুযায়ী, neutral electrolyte ওই ions-কে conduct করতে সাহায্য করে, polymer-কে corrode হওয়া থেকে বাঁচায়।

এই সমন্বয় গুরুত্বপূর্ণ, কারণ long-duration storage প্রায়ই একটি চমকপ্রদ performance metric-এর চেয়ে ধীরগতিতে জমে ওঠা losses-এর দ্বারা সীমাবদ্ধ হয়। যদি electrode ফুলে যায়, গলে যায়, বা সময়ের সঙ্গে structural order হারায়, তবে battery infrastructure ব্যবহারের জন্য ন্যায্যতা পাওয়া কঠিন হয়ে যায়। তাই flash-এর বদলে durability বেছে নেওয়া chemistry মূল্যবান হতে পারে, বিশেষ করে এমন installations-এ যেগুলোকে কয়েক দশক ধরে প্রতিদিন চালাতে হবে।

গবেষকদের দাবি করা 120,000-cycle life এখানে মূল সংকেত। যদি এই সংখ্যা study conditions-এর বাইরেও টিকে থাকে, তবে এটি এমন একটি battery-কে নির্দেশ করবে যা অনেক বিদ্যমান ব্যবস্থার তুলনায় অনেক বেশি repetitive use সহ্য করতে পারে। Live Science এই lifespan-কে নাটকীয়ভাবে উপস্থাপন করেছে, বলেছে কিছু assumptions-এর অধীনে design 24th century পর্যন্ত টিকে যেতে পারে। গভীরতর বক্তব্যটি সহজ: team extreme endurance-এর জন্য নির্মিত একটি battery architecture তুলে ধরছে।

এটি energy system-এ কোথায় মানায়

এই কাজটি consumer electronics বা electric vehicles-এর চেয়ে fixed storage-এর জন্য বেশি প্রাসঙ্গিক মনে হচ্ছে। source text এই chemistry-কে grid storage-এ ব্যবহৃত lithium-ion batteries-এর সঙ্গে স্পষ্টভাবে তুলনা করেছে, আর সেটাই সঠিক frame। Wind বা solar output বেশি থাকলে power সঞ্চয় করে পরে কম fire risk ও manageable replacement costs-এর সঙ্গে ছেড়ে দিতে পারে এমন technology-ই electric grids-এর দরকার।

সে ক্ষেত্রে, nonflammable operation একটি বড় সুবিধা। তেমনি abundant elements ও organic building blocks ব্যবহার করাও hazardous materials-এর চেয়ে ভাল। যদি battery বছর ধরে meaningful degradation ছাড়া cycle করা যায়, তাহলে maintenance ও replacement frequency কমে storage projects-এর economics বদলে যেতে পারে।

তবে এর মানে এই নয় যে technologyটি এখনও lithium-ion-এর জায়গা নিতে প্রস্তুত। source material commercial timelines, manufacturing costs, energy density figures, বা scale-up-এর বিবরণ দেয় না। এই ঘাটতিগুলো গুরুত্বপূর্ণ। Grid operators chemistry-ই কেনে না; তারা proven systems, supply chains, warranties, ও bankable performance data কেনে।

পরবর্তী কী দেখবেন

এখনের জন্য, এটিকে imminent product launch-এর চেয়ে একটি promising research result হিসেবে দেখা ভালো। সবচেয়ে শক্তভাবে সমর্থিত দাবিগুলো হলো batteryটি জল-ভিত্তিক, neutral electrolytes ব্যবহার করে, toxic elements এড়ায়, এবং reported study-তে খুব বেশি cycle-life performance অর্জন করেছে।

পরবর্তী প্রশ্নগুলো স্বাভাবিক। এই chemistry কি বড় পরিসরে উৎপাদন করা যাবে? Materials কি lab-এর বাইরে স্থিতিশীল থাকবে? Battery তার আকার ও খরচের তুলনায় কত energy store করতে পারবে? আর controlled test conditions-এর বাইরে real grid deployments-এ safety ও durability advantages ধরে রাখতে পারবে কি?

এই caveats সত্ত্বেও, studyটি energy storage research-এর একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক দেখায়। Battery progress প্রায়ই faster charging বা longer range হিসেবে আলোচিত হয়, কিন্তু grid-এর জন্য durability ও safety আরও transformative breakthroughs হতে পারে। এই aqueous design যদি lab bench ছাড়িয়ে এই গুণগুলো ধরে রাখতে পারে, তবে এটি এমন storage systems-এর বৃহত্তর পরিবর্তনের অংশ হতে পারে, যেগুলো নিজেদের চারপাশের infrastructure-এর মতোই দীর্ঘস্থায়ী হওয়ার জন্য তৈরি।

এই article Live Science-এর reporting-এর ভিত্তিতে। মূল article পড়ুন.