সম্পাদকের মন্তব্য: বিদ্যুৎ প্রযুক্তিই সবুজ পৃথিবীর ভবিষ্যৎ, এবং ব্যাটারি প্রযুক্তি হলো এই প্রযুক্তির ভিত্তি এবং এর ব্যাপক উন্নয়নকে সীমিত করার মূল চাবিকাঠি। বর্তমানে প্রচলিত ব্যাটারি প্রযুক্তি হলো লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, যার শক্তি ঘনত্ব ভালো এবং কার্যকারিতাও বেশি। তবে, লিথিয়াম একটি দুষ্প্রাপ্য মৌল, যার দাম বেশি এবং উৎস সীমিত। একই সাথে, নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের ব্যবহার বাড়ার সাথে সাথে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব আর যথেষ্ট থাকছে না। এর প্রতিক্রিয়া কী? মায়াঙ্ক জৈন ভবিষ্যতে ব্যবহৃত হতে পারে এমন কিছু ব্যাটারি প্রযুক্তির একটি পর্যালোচনা করেছেন। মূল নিবন্ধটি মিডিয়ামে ‘ব্যাটারি প্রযুক্তির ভবিষ্যৎ’ শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছিল।
পৃথিবী শক্তিতে পরিপূর্ণ, এবং আমরা সেই শক্তিকে ধরে রাখতে ও তার সদ্ব্যবহার করতে সাধ্যমতো সবকিছু করছি। যদিও নবায়নযোগ্য শক্তিতে রূপান্তরের ক্ষেত্রে আমরা তুলনামূলকভাবে ভালো কাজ করেছি, কিন্তু শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে আমরা তেমন অগ্রগতি করতে পারিনি।
বর্তমানে, ব্যাটারি প্রযুক্তির সর্বোচ্চ মান হলো লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি। এই ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব সবচেয়ে ভালো, কার্যকারিতা উচ্চ (প্রায় ৯৯%) এবং আয়ুষ্কাল দীর্ঘ বলে মনে হয়।
তাহলে সমস্যাটা কোথায়? যেহেতু আমরা নবায়নযোগ্য শক্তি আহরণের পরিমাণ ক্রমাগত বাড়াচ্ছি, তাই লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব আর যথেষ্ট থাকছে না।
যেহেতু আমরা ব্যাচে ব্যাচে ব্যাটারি উৎপাদন চালিয়ে যেতে পারি, তাই এটিকে তেমন বড় কোনো সমস্যা বলে মনে হচ্ছে না, কিন্তু সমস্যা হলো লিথিয়াম একটি তুলনামূলকভাবে দুর্লভ ধাতু, তাই এর দাম কম নয়। যদিও ব্যাটারি উৎপাদনের খরচ কমছে, শক্তি সঞ্চয়ের চাহিদাও দ্রুত বাড়ছে।
আমরা এমন এক পর্যায়ে পৌঁছেছি যে, একবার লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি উৎপাদিত হলে তা জ্বালানি শিল্পের উপর ব্যাপক প্রভাব ফেলবে।
জীবাশ্ম জ্বালানির উচ্চ শক্তি ঘনত্ব একটি বাস্তব সত্য, এবং এটি একটি বিশাল প্রভাবক যা নবায়নযোগ্য শক্তির উপর সম্পূর্ণ নির্ভরশীলতায় রূপান্তরকে বাধাগ্রস্ত করে। আমাদের এমন ব্যাটারি প্রয়োজন যা আমাদের ওজনের চেয়ে বেশি শক্তি নির্গত করে।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কীভাবে কাজ করে
লিথিয়াম ব্যাটারির কার্যপ্রণালী সাধারণ AA বা AAA রাসায়নিক ব্যাটারির মতোই। এগুলোর অ্যানোড ও ক্যাথোড প্রান্ত থাকে এবং মাঝখানে একটি ইলেকট্রোলাইট থাকে। সাধারণ ব্যাটারির থেকে ভিন্ন, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ডিসচার্জ প্রক্রিয়াটি উভমুখী, ফলে ব্যাটারিটি বারবার রিচার্জ করা যায়।
ক্যাথোড (+ প্রান্ত) লিথিয়াম আয়রন ফসফেট দিয়ে তৈরি, অ্যানোড (- প্রান্ত) গ্রাফাইট দিয়ে তৈরি এবং গ্রাফাইট কার্বন দিয়ে গঠিত। বিদ্যুৎ হলো ইলেকট্রনের প্রবাহ মাত্র। এই ব্যাটারিগুলো অ্যানোড ও ক্যাথোডের মধ্যে লিথিয়াম আয়নের চলাচলের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে।
চার্জিত হলে আয়নগুলো অ্যানোডের দিকে যায় এবং ডিসচার্জিত হলে ক্যাথোডের দিকে ধাবিত হয়।
আয়নের এই চলাচল বর্তনীতে ইলেকট্রনের চলাচল ঘটায়, সুতরাং লিথিয়াম আয়নের চলাচল এবং ইলেকট্রনের চলাচল পরস্পর সম্পর্কিত।
সিলিকন অ্যানোড ব্যাটারি
বিএমডব্লিউ-এর মতো অনেক বড় গাড়ি নির্মাতা প্রতিষ্ঠান সিলিকন অ্যানোড ব্যাটারির উন্নয়নে বিনিয়োগ করে আসছে। সাধারণ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মতোই এই ব্যাটারিগুলোতেও লিথিয়াম অ্যানোড ব্যবহৃত হয়, কিন্তু কার্বন-ভিত্তিক অ্যানোডের পরিবর্তে এতে সিলিকন ব্যবহার করা হয়।
অ্যানোড হিসেবে গ্রাফাইটের চেয়ে সিলিকন ভালো, কারণ লিথিয়াম ধারণ করার জন্য গ্রাফাইটের ৪টি কার্বন পরমাণুর প্রয়োজন হয়, যেখানে ১টি সিলিকন পরমাণু ৪টি লিথিয়াম আয়ন ধারণ করতে পারে। এটি একটি বড় উন্নতি… যা সিলিকনকে গ্রাফাইটের চেয়ে ৩ গুণ বেশি শক্তিশালী করে তোলে।
তথাপি, লিথিয়ামের ব্যবহার এখনও একটি দ্বিধারী তলোয়ারের মতো। এই উপাদানটি এখনও ব্যয়বহুল, কিন্তু এর উৎপাদন ব্যবস্থা সিলিকন সেলে স্থানান্তর করাও সহজতর। যদি ব্যাটারিগুলো সম্পূর্ণ ভিন্ন ধরনের হয়, তবে কারখানাটিকে পুরোপুরি নতুন করে ডিজাইন করতে হবে, যা এই পরিবর্তনের আকর্ষণ কিছুটা কমিয়ে দেবে।
বালিকে প্রক্রিয়াজাত করে বিশুদ্ধ সিলিকন তৈরি করা হয়, কিন্তু গবেষকরা বর্তমানে যে সবচেয়ে বড় সমস্যার সম্মুখীন হচ্ছেন তা হলো, ব্যবহারের সময় সিলিকন অ্যানোড ফুলে ওঠে। এর ফলে ব্যাটারি খুব দ্রুত নষ্ট হয়ে যেতে পারে। এছাড়াও, বিপুল পরিমাণে অ্যানোড উৎপাদন করাও কঠিন।
গ্রাফিন ব্যাটারি
গ্রাফিন হলো এক প্রকার কার্বন কণা যা পেন্সিলের মতোই একই উপাদান দিয়ে তৈরি, কিন্তু এই কণাগুলোর সাথে গ্রাফাইট যুক্ত করতে অনেক সময় লাগে। গ্রাফিন তার বহুবিধ ব্যবহারের ক্ষেত্রে চমৎকার কার্যকারিতার জন্য প্রশংসিত, এবং ব্যাটারি তার মধ্যে অন্যতম।
কিছু কোম্পানি এমন গ্রাফিন ব্যাটারি নিয়ে কাজ করছে যা কয়েক মিনিটের মধ্যে সম্পূর্ণ চার্জ হতে পারে এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে ৩৩ গুণ দ্রুত ডিসচার্জ হয়। বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য এটি অত্যন্ত মূল্যবান।
ফোম ব্যাটারি
বর্তমানে, প্রচলিত ব্যাটারিগুলো দ্বিমাত্রিক। এগুলো হয় লিথিয়াম ব্যাটারির মতো স্তূপীকৃত থাকে, অথবা সাধারণ AA বা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মতো পেঁচানো থাকে।
ফোম ব্যাটারি একটি নতুন ধারণা, যার মাধ্যমে ত্রিমাত্রিক স্থানে বৈদ্যুতিক আধানের চলাচল ঘটে।
এই ত্রিমাত্রিক কাঠামোটি চার্জিংয়ের সময়কে ত্বরান্বিত করতে এবং শক্তির ঘনত্ব বাড়াতে পারে, যা ব্যাটারির অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ গুণাবলী। বেশিরভাগ অন্যান্য ব্যাটারির তুলনায়, ফোম ব্যাটারিতে কোনো ক্ষতিকর তরল ইলেকট্রোলাইট থাকে না।
ফোম ব্যাটারিতে তরল ইলেকট্রোলাইটের পরিবর্তে কঠিন ইলেকট্রোলাইট ব্যবহার করা হয়। এই ইলেকট্রোলাইট শুধু লিথিয়াম আয়নই পরিবহন করে না, বরং অন্যান্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসকেও তাপ নিরোধক হিসেবে কাজ করে।
যে অ্যানোডটি ব্যাটারির ঋণাত্মক চার্জ ধরে রাখে, সেটি ফোমযুক্ত তামা দিয়ে তৈরি এবং প্রয়োজনীয় সক্রিয় উপাদান দিয়ে প্রলেপ দেওয়া থাকে।
এরপর অ্যানোডের চারপাশে একটি কঠিন ইলেকট্রোলাইট প্রয়োগ করা হয়।
অবশেষে, ব্যাটারির ভেতরের ফাঁকা স্থানগুলো পূরণ করার জন্য তথাকথিত ‘পজিটিভ পেস্ট’ ব্যবহার করা হয়।
অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ব্যাটারি
এই ব্যাটারিগুলোর শক্তি ঘনত্ব অন্য যেকোনো ব্যাটারির চেয়ে অন্যতম সর্বোচ্চ। এর শক্তি বর্তমান লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে বেশি শক্তিশালী এবং হালকা। কেউ কেউ দাবি করেন যে এই ব্যাটারিগুলো বৈদ্যুতিক যানবাহনকে ২,০০০ কিলোমিটার পর্যন্ত চলতে সাহায্য করতে পারে। এই ধারণাটি কী? প্রসঙ্গত উল্লেখ্য, টেসলার সর্বোচ্চ চলার পরিসীমা প্রায় ৬০০ কিলোমিটার।
এই ব্যাটারিগুলোর সমস্যা হলো এগুলো চার্জ করা যায় না। এগুলো একটি জল-ভিত্তিক ইলেকট্রোলাইটে অ্যালুমিনিয়াম ও অক্সিজেনের বিক্রিয়ার মাধ্যমে অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইড তৈরি করে এবং শক্তি নির্গত করে। ব্যাটারির ব্যবহারে অ্যানোড হিসেবে অ্যালুমিনিয়াম খরচ হয়।
সোডিয়াম ব্যাটারি
বর্তমানে জাপানি বিজ্ঞানীরা লিথিয়ামের পরিবর্তে সোডিয়াম ব্যবহার করে এমন ব্যাটারি তৈরির ওপর কাজ করছেন।
এটি একটি বিঘ্ন সৃষ্টিকারী বিষয় হবে, কারণ সোডিয়াম ব্যাটারি তাত্ত্বিকভাবে লিথিয়াম ব্যাটারির চেয়ে ৭ গুণ বেশি কার্যকর। এর আরেকটি বড় সুবিধা হলো, পৃথিবীর মজুদে সোডিয়াম ষষ্ঠ সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল, যেখানে লিথিয়াম একটি দুর্লভ মৌল।
পোস্ট করার সময়: ০২-১২-২০১৯