সম্প্রতি, সিংহুয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের রাসায়নিক প্রকৌশল বিভাগের অধ্যাপক ঝাং কিয়াং-এর দল অল-সলিড-স্টেট মেটাল লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপকরণগুলির বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস কাঠামো ডিজাইনের গবেষণা ফলাফল প্রকাশ করেছে। তারা একটি ইন-সিটু বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস স্ট্রাকচার রেগুলেশন কৌশল প্রস্তাব করেছে, একটি দ্রুত এবং স্থিতিশীল Li+/e−পাথওয়ে তৈরি করেছে এবং লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড সামগ্রীর ব্যবহারিক প্রয়োগকে সর্ব-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারিতে প্রচার করেছে।
ব্যাটারি আধুনিক শক্তি ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে এবং পোর্টেবল ইলেকট্রনিক ডিভাইস, বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং গ্রিড-স্কেল শক্তি সঞ্চয়ের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দুর্দান্ত সাফল্য অর্জন করেছে। যাইহোক, ব্যাটারির শক্তির ঘনত্ব উন্নত করার সময়, ব্যাটারির নিরাপত্তা নিশ্চিত করাই হল মূল বিষয়। ব্যাটারির শক্তির ঘনত্ব উন্নত করার জন্য চাহিদার দ্রুত বৃদ্ধির সাথে, ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রযুক্তি যা ঐতিহ্যবাহী ক্যাথোড উপকরণ এবং জৈব ইলেক্ট্রোলাইটের উপর নির্ভর করে, দীর্ঘমেয়াদী চক্রের স্থায়িত্ব, বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসীমা এবং নিরাপত্তার ক্ষেত্রে প্রযুক্তিগত বাধার সম্মুখীন হয়েছে। ঐতিহ্যগত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সাথে তুলনা করে, অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারি উচ্চ শক্তির ঘনত্বের সীমা ভেঙ্গে যেতে পারে। এর চমৎকার শক্তির ঘনত্ব এবং নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটি সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল পরবর্তী প্রজন্মের ব্যাটারি প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। তা সত্ত্বেও, ক্লাসিক ক্যাথোড সামগ্রীগুলি বর্তমানে সমস্ত-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারির উচ্চ শক্তির ঘনত্ব এবং সুরক্ষা প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করতে পারে না। লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদানগুলি অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল ক্যাথোড উপকরণ হয়ে উঠেছে কারণ তাদের নিষ্কাশনের নির্দিষ্ট ক্ষমতা 250 mAh/g এর চেয়ে বেশি বা সমান, শক্তির ঘনত্ব 1000 Wh/kg এর চেয়ে বেশি বা সমান , এবং কম Co এবং Ni সামগ্রী।
যাইহোক, কম ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা এবং সুস্পষ্ট অপরিবর্তনীয় রেডক্স প্রতিক্রিয়ার কারণে, ইন্টারফেস কাঠামোটি মারাত্মকভাবে অবনমিত হয়, যা চার্জ এবং স্রাবের সময় লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড পদার্থের গতিশীল আচরণকে দুর্বল করে তোলে। অক্সিজেন পালানোর ঘটনাটি এই ইন্টারফেস ব্যর্থতার আচরণকে আরও বাড়িয়ে তোলে, যা ইলেক্ট্রোলাইটের অক্সিডেটিভ পচনের দিকে পরিচালিত করে, যা ফলস্বরূপ লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপকরণ এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ইন্টারফেসের স্থায়িত্ব নষ্ট করে।
কার্যক্ষম অবস্থায় ব্যাটারির জন্য একটি স্থিতিশীল Li+ এবং e−পরিবহন পথ নির্মাণ এবং বজায় রাখা হল বাস্তব অবস্থার অধীনে অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির দীর্ঘ চক্র প্রচারের পূর্বশর্ত। গবেষণা দলটি ক্যাথোড উপাদান/কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেসে বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস গঠন এবং উদ্ভাবনী নকশা সামঞ্জস্য করে, অ্যানিওনিক অক্সিজেনের রেডক্স প্রতিক্রিয়া কার্যকলাপকে উন্নীত করে, এবং এর বিপরীতমুখীতা বাড়াতে একটি স্থিতিশীল এবং দ্রুত Li+/e−পথ তৈরি করতে পারে। অল-সলিড-স্টেট লিথিয়ামের ক্যাথোড উপাদানের পৃষ্ঠে অ্যানিওনিক অক্সিজেনের রেডক্স প্রতিক্রিয়া ঘরের তাপমাত্রায় ব্যাটারি, যার ফলে উচ্চ ভোল্টেজ সলিড-সলিড ইন্টারফেসকে স্থিতিশীল করে।
চিত্র 1. লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপকরণগুলির বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস কাঠামো ডিজাইনের কৌশল পরিবর্তনের পরিকল্পিত চিত্র
এই গবেষণায় লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদানগুলির বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস কাঠামোকে অপ্টিমাইজ করার জন্য একটি এক-পদক্ষেপ সংশ্লেষণ কৌশল প্রস্তাব করা হয়েছে, এবং একটি বাল্ক এমবেডেড কাঠামো সহ একটি লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদান (5W&LRMO) তৈরি করেছে, ডব্লিউ ডোপিং এবং Li2WO4 পৃষ্ঠ আবরণ. এই কাঠামো লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড সামগ্রীর বাল্ক কাঠামোগত স্থিতিশীলতা বাড়ায়, Li+/e−-এর স্থানান্তর গতিবিদ্যাকে উন্নত করে এবং ট্রানজিশন মেটাল ক্যাটেশন এবং অ্যানিওনিক অক্সিজেনের রেডক্স কার্যকলাপকে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। চার্জ এবং স্রাব প্রক্রিয়া চলাকালীন অ্যানিওনিক অক্সিজেন রেডক্স প্রতিক্রিয়ার চার্জ ক্ষতিপূরণ অর্জন করা হয়, যার ফলে লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড পদার্থের পৃষ্ঠে অক্সিজেন আয়ন রেডক্স প্রতিক্রিয়াগুলির বিপরীততা প্রচার করে এবং উচ্চ-ভোল্টেজের কঠিন-সলিড ইন্টারফেসকে স্থিতিশীল করে। অপ্টিমাইজ করা ইন্টারফেস উচ্চ ভোল্টেজ পরিসরে চার্জ এবং ডিসচার্জ স্থায়িত্ব নিশ্চিত করে এবং দীর্ঘ চক্রের সময় দক্ষ Li+/e−ট্রান্সফার গতিবিদ্যা বজায় রাখে, যার ফলে যৌগিক ক্যাথোড উপাদানে সক্রিয় পদার্থের ব্যবহারের হার উন্নত হয়।
চিত্র 2. প্রথম চার্জ এবং ডিসচার্জ প্রক্রিয়া চলাকালীন লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড পদার্থের ইন্টারফেসিয়াল Li+ পরিবহন গতিবিদ্যার বিবর্তন
এই গবেষণায় লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড এবং ইন-সিটু ইম্পিডেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (EIS) পরীক্ষার মাধ্যমে রিলাক্সেশন টাইম অ্যানালাইসিস (DRT) এর সাথে মিলিত ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ইন্টারফেসের প্রতিবন্ধকতা বিবর্তন প্রক্রিয়া প্রকাশ করা হয়েছে। প্রস্তাবিত পদ্ধতিটি প্রথম চার্জ এবং স্রাব এবং দীর্ঘ চক্র প্রক্রিয়া চলাকালীন ইন্টারফেস বিবর্তন প্রক্রিয়াটির ভিজ্যুয়ালাইজেশন সক্ষম করে। গবেষণাটি লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদান এবং পরিবর্তনের আগে এবং পরে ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ইন্টারফেস কাঠামোর বিবর্তন গভীরভাবে বোঝে। এটি পাওয়া গেছে যে লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদান পরিবর্তনের আগে উচ্চ ভোল্টেজে অপরিবর্তনীয় অ্যানয়ন অক্সিজেন রেডক্স প্রতিক্রিয়া প্রদর্শন করে, ক্যাথোড এবং ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেসকে আরও অক্সিডাইজ করে, যার ফলে প্রতিবন্ধকতা উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি পায় এবং ইন্টারফেসিয়াল Li+ সংক্রমণকে বাধা দেয়। বিপরীতে, পরিবর্তিত লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপাদান স্থিতিশীল/দ্রুত Li+ ডিফিউশন গতিবিদ্যা প্রদর্শন করে, বিশেষ করে 4.6 V-এর উচ্চ ভোল্টেজে, ইন্টারফেসিয়াল ইম্পিডেন্স মানের পরিবর্তন কমিয়ে দেয়। অতএব, অ্যানিয়ন অক্সিজেন রেডক্স প্রতিক্রিয়ার বিপরীতমুখীতা উন্নত করে দ্রুত এবং আরও স্থিতিশীল ইন্টারফেসিয়াল Li+ সংক্রমণ প্রচার করা হয়। ~3 mAh/cm2 বা তারও বেশি সারফেস ক্যাপাসিটি সহ ইন্ডাস্ট্রিয়াল-গ্রেড অ্যাপ্লিকেশানগুলি অর্জন করা যৌগিক ক্যাথোড উপকরণগুলির পক্ষে সহজ। 25 ডিগ্রিতে, 0.2 সি হারে উচ্চ-এরিয়া-লোড 5W&LRMO ক্যাথোড উপাদানের পৃষ্ঠের ক্ষমতা প্রায় 2.5 mAh/cm2, এবং 100 চক্রের পরে ক্ষমতা ধরে রাখার হার 88.1%; 1 C এর উচ্চ হারে, এটি 1200 চক্রের পরে 84.1% এর ক্ষমতা ধরে রাখার হার সহ অতি-দীর্ঘ চক্র স্থায়িত্ব দেখায়। গবেষণাটি লিথিয়াম-সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক ক্যাথোড উপকরণগুলির বাল্ক/সারফেস ইন্টারফেস কাঠামো ডিজাইন করার একটি নতুন উপায় এবং সমস্ত-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব উন্নত করার একটি কার্যকর উপায় সরবরাহ করে।
1 অক্টোবর, প্রাসঙ্গিক গবেষণা ফলাফল আমেরিকান কেমিক্যাল সোসাইটির জার্নালে "অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য লি-রিচ এমএন-ভিত্তিক ক্যাথোডের বাল্ক/ইন্টারফেসিয়াল স্ট্রাকচার ডিজাইন" শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছিল।
TOB নতুন শক্তিএকটি সম্পূর্ণ সেট প্রদান করেসলিড-স্টেট ব্যাটারি সমাধান, সহসলিড-স্টেট ব্যাটারি উপকরণ, সলিড-স্টেট ব্যাটারি সরঞ্জাম, এবংসলিড-স্টেট ব্যাটারি উত্পাদন লাইনসমাধান
