লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির পরিচিতি
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কাজের নীতি
একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রধানত একটি ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড, একটি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড, একটি ইলেক্ট্রোলাইট যা লিথিয়াম আয়ন পরিচালনা করে এবং একটিবিভাজকএবং কেসিং যা ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডকে পৃথক করে। ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদান হল একটি যৌগ যা লিথিয়াম আয়নগুলির বিপরীতমুখী সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের অনুমতি দেয়, যেমন লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO₂), লিথিয়াম নিকেল অক্সাইড (LiNiO₂), লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (LiMn₂O₄), বা টার্নারি উপাদান। (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂)। ইলেক্ট্রোলাইট লিথিয়াম লবণের সমন্বয়ে গঠিত (সাধারণ লিথিয়াম লবণের মধ্যে রয়েছে LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB, ইত্যাদি) একটি নির্দিষ্ট দ্রাবক (প্রধানত ইথিলিন কার্বনেট (EC), ডাইথাইল কার্বোনেট (DEC), ডাইমিথাইল কার্বোনেট (এমসিপিসি), নির্দিষ্ট দ্রাবক (প্রধানত ইথিলিন কার্বোনেট (ইসি), ডাইমিথাইল কার্বোনেট (এমসিপিসি), কার্বোনেট (এমসি) এর মিশ্রণ। অনুপাত)। বিভাজক উপাদান সাধারণত একটি পলিওলিফিন রজন, সাধারণত একক-স্তর বা বহু-স্তর পলিপ্রোপিলিন (PP) এবং পলিথিন (PE) মাইক্রোপোরাস মেমব্রেন, যেমন সেলগার্ড 2300 বিভাজক ব্যবহার করে। নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সাধারণত লিথিয়াম ইন্টারক্যালেশনে সক্ষম পদার্থ ব্যবহার করে, যেমন পেট্রোলিয়াম কোক, বিশুদ্ধ গ্রাফাইট এবং স্তরযুক্ত গ্রাফাইট মিশ্রিত কার্বন। একটি লিথিয়াম{10}}আয়ন ব্যাটারিতে কার্বন (C₆) ব্যবহার করে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড হিসেবে এবং ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড হিসেবে ট্রানজিশন মেটাল অক্সাইড LiMeO₂ ব্যবহার করে বিক্রিয়াটি নিম্নরূপ।
চার্জ করার সময়:
স্রাবের সময়:
চার্জ করার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে মুক্তি পায় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে ঢোকানো হয়; নিষ্কাশনের সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে মুক্তি পায় এবং ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডে ঢোকানো হয়। অন্য কথায়, চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে পিছনে পিছনে সরে যায়, অনেকটা রকিং চেয়ারের মতো। তাই, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিকে "রকিং চেয়ার ব্যাটারি"ও বলা হয়৷ তাদের কাজের নীতি চিত্র 1.1 দ্বারা চিত্রিত করা যেতে পারে।
স্বাভাবিক চার্জ এবং ডিসচার্জ অবস্থার অধীনে, স্তরযুক্ত কার্বন উপাদান এবং অক্সাইড কণার মধ্যে বা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির স্তরগুলির মধ্যে লিথিয়াম আয়ন সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশন সাধারণত শুধুমাত্র ইন্টারলেয়ার ব্যবধানে পরিবর্তন ঘটায় এবং স্ফটিক কাঠামোর ক্ষতি করে না। চার্জ এবং স্রাবের সময়, ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পদার্থের রাসায়নিক কাঠামো মূলত অপরিবর্তিত থাকে। তাই, চার্জের রিভার্সিবিলিটি-ডিসচার্জ প্রতিক্রিয়ার দৃষ্টিকোণ থেকে, ব্যাটারি পদার্থে লিথিয়াম আয়ন সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশন একটি আদর্শ প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া। এই বৈশিষ্ট্যগুলির উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি নিকেল-ক্যাডমিয়াম এবং নিকেল-মেটাল হাইড্রাইড ব্যাটারির থেকে পারফরম্যান্সে উন্নত।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শ্রেণীবিভাগ
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি ব্যবহৃত ক্যাথোড উপাদান, চেহারা এবং আকার, কোষ উত্পাদন পদ্ধতি, প্যাকেজিংয়ের ধরন এবং প্রয়োগের বৈশিষ্ট্য অনুসারে শ্রেণিবদ্ধ করা যেতে পারে।
ব্যবহৃত ক্যাথোড উপাদানের উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারি, লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড ব্যাটারি, টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারি এবং লিথিয়াম আয়রন ফসফেট ব্যাটারিতে ভাগ করা যায়।
লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারির নামমাত্র ভোল্টেজ 3.7V এবং অপারেটিং ভোল্টেজের পরিসীমা 2.4~4.2V। লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারিগুলির একটি স্থিতিশীল গঠন, উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং অসামান্য সামগ্রিক কার্যকারিতা রয়েছে, তবে তাদের নিরাপত্তা দুর্বল এবং তাদের খরচ বেশি, প্রধানত ছোট এবং মাঝারি আকারের কক্ষে ব্যবহৃত হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, উচ্চ-ভোল্টেজের লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড উপাদান তৈরি করা হয়েছে, যা ব্যাটারির ঊর্ধ্বসীমা ভোল্টেজকে 4.3V বা 4.35V-এ বৃদ্ধি করতে পারে, যার ফলে ব্যাটারির ক্ষমতা এবং শক্তির ঘনত্ব কার্যকরভাবে উন্নত হয়৷ বর্তমানে, লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারির সর্বোচ্চ ভলিউমেট্রিক এনার্জি ডেনসিটি রয়েছে, যা 550Wh/kg-এ পৌঁছায়, উচ্চ{11}মোবাইল ফোন এবং অন্যান্য ইলেকট্রনিক পণ্য পাওয়ার জন্য তাদের একমাত্র পছন্দ করে তোলে।
লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (MMANO) ব্যাটারির একটি নামমাত্র ভোল্টেজ 3.8V এবং একটি অপারেটিং ভোল্টেজের পরিসীমা 2.5V থেকে 4.2V। ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 4.28V ± 0.025V, এবং ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 2.5V ± 0.1V। MMANO ব্যাটারির দাম কম{10}}এবং ভালো নিরাপত্তা আছে। যাইহোক, লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড উপাদান নিজেই তুলনামূলকভাবে অস্থির এবং পচনের প্রবণতা, গ্যাস এবং ফোলা তৈরি করে। এটির চক্রের জীবন তুলনামূলকভাবে দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, এর আয়ুষ্কাল তুলনামূলকভাবে ছোট, এবং এর উচ্চ{13}}তাপমাত্রার কার্যকারিতা খারাপ। এটি প্রধানত কম-খরচ, মাঝারি-থেকে-বড়-কোষে পাওয়ার ব্যাটারি তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয়।
টারনারি লিথিয়াম-আয়ন (TLC) ব্যাটারির একটি নামমাত্র ভোল্টেজ 3.6V এবং একটি অপারেটিং ভোল্টেজের পরিসর 2.75V থেকে 4.2V। ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 4.28V ± 0.025V, এবং ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 2.75V ± 0.1V। TLC ব্যাটারির সামগ্রিক কার্যক্ষমতা ভালো, লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LCO) থেকে সস্তা এবং উন্নত নিরাপত্তা অফার করে। এগুলি পাওয়ার ব্যাটারিগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং ক্যাথোড উপাদানের বাজারে তাদের বাজারের অংশ বছর বছর বাড়ছে। ছোট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ব্যবহার করে ট্রানারি লিথিয়াম-আয়ন উপাদানগুলি বাজারে ধীরে ধীরে গৃহীত হচ্ছে৷ স্টিল-কেস, অ্যালুমিনিয়াম{17}}কেস, থলি, পলিমার এবং নলাকার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহারের জন্য লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড এবং লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডের সাথে টারনারি উপাদানগুলিও মিশ্রিত করা যেতে পারে, যা ব্যাটারির খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে পারে এবং সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে৷ বর্তমানে, টারনারি ম্যাটেরিয়াল ব্যাটারি 180 Wh/kg শক্তির ঘনত্ব অর্জন করতে পারে (26650 স্টিল-কেসযুক্ত ব্যাটারি 90g ওজন সহ 4600 mAh/kg ধারণক্ষমতায় পৌঁছতে পারে), খরচের কার্যকারিতার একটি স্পষ্ট সুবিধা প্রদান করে।
লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LFP) ব্যাটারির নামমাত্র ভোল্টেজ 3.2V এবং অপারেটিং ভোল্টেজের পরিসীমা 2.5~3.75V। ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 3.75V±0.025V, এবং ওভারচার্জ সুরক্ষা ভোল্টেজ হল 2.5V±0.1V। LFP ব্যাটারির সবচেয়ে বড় সুবিধা হল ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের স্থিতিশীলতা এবং অ{10}}পচন, যা তাদের অন্যান্য ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান সিস্টেমের তুলনায় অতুলনীয় নিরাপত্তা দেয়। LFP ব্যাটারির একটি দীর্ঘ চক্র জীবন আছে, সম্পদে প্রচুর এবং পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ। যাইহোক, তাদের একটি কম স্রাব প্ল্যাটফর্ম এবং দুর্বল{13}}তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা।
চেহারা এবং আকারের উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে নলাকার ব্যাটারি এবং প্রিজম্যাটিক ব্যাটারি ইত্যাদিতে ভাগ করা যায়।
কোষ উৎপাদন পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে ক্ষত ব্যাটারি (নলাকার ক্ষত এবং সমতল ক্ষত), স্ট্যাক করা ব্যাটারি ইত্যাদিতে ভাগ করা যায়।
প্যাকেজিং উপাদানের প্রকারের উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে ইস্পাত-কেসযুক্ত ব্যাটারি, অ্যালুমিনিয়াম-কেসযুক্ত ব্যাটারি, প্লাস্টিক-কেসযুক্ত ব্যাটারি, নরম-প্যাক ব্যাটারি ইত্যাদিতে ভাগ করা যায়।
প্রয়োগ বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে উচ্চ-তাপমাত্রার ব্যাটারি, নিম্ন-তাপমাত্রার ব্যাটারি, পাওয়ার ব্যাটারি, এবং ক্ষমতার ব্যাটারি ইত্যাদিতে ভাগ করা যায়।
তাদের প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলির উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: ব্যাকআপ ব্যাটারি, পাওয়ার ব্যাটারি এবং শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারি৷
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির প্রয়োগ
এটা বলা যেতে পারে যে ব্যাটারি আবিষ্কারের পর থেকে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মতো দ্রুত এবং ব্যাপকভাবে অন্য কোনো ব্যাটারি পণ্য ব্যবহার করা হয়নি। কম্পিউটার CPU-এর জন্য ঘড়ির পাওয়ার সাপ্লাই থেকে শুরু করে অটোমোবাইল এবং সাবমেরিনে ব্যবহৃত বড় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্যাক পর্যন্ত, ক্ষমতার পার্থক্য 10 মিলিয়ন গুণেরও বেশি। তাদের দৈনন্দিন জীবন, চিকিৎসা সরঞ্জাম, বৈদ্যুতিক যানবাহন, শক্তি সঞ্চয় পাওয়ার স্টেশন, মহাকাশ এবং সামরিক ক্ষেত্রে ব্যাপক প্রয়োগ রয়েছে।
জনপ্রিয়তার 10 বছরেরও বেশি সময় পরে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি মোবাইল ফোন এবং ল্যাপটপের মতো ডিজিটাল পণ্যগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত একমাত্র পাওয়ার সিস্টেমে পরিণত হয়েছে৷ তাদের উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তির কারণে, তারা ব্যাপকভাবে পাওয়ার টুলস, বৈদ্যুতিক সাইকেল, বৈদ্যুতিক বাস, বায়ু এবং সৌর শক্তি স্টোরেজ পাওয়ার স্টেশন, মোবাইল কমিউনিকেশন বেস স্টেশন, মাইনিং ল্যাম্প পাওয়ার সাপ্লাই, মাইনিং রেসকিউ ক্যাপসুল পাওয়ার সাপ্লাই, সামরিক স্বতন্ত্র সৈনিক পাওয়ার সাপ্লাই, রেডিও, স্যাটেলাইট ব্যাটারি এবং অন্যান্য অনেক অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত হয়। পরিসংখ্যান অনুসারে, 2011 সালে, চীনের লিথিয়াম ব্যাটারি শিল্পের বাজারের আকার 39.7 বিলিয়ন ইউয়ানে পৌঁছেছে, এক বছরে--বছরে 43% বৃদ্ধি পেয়েছে, এবং লিথিয়াম ব্যাটারির বার্ষিক আউটপুট 2.97 বিলিয়ন ইউনিটে পৌঁছেছে, এক বছর{10}}বছরে{116}% বৃদ্ধি পেয়েছে৷ লিথিয়াম ব্যাটারি শিল্প জাতীয় অর্থনীতির একটি গুরুত্বপূর্ণ শিল্প দিক হয়ে উঠেছে²¹।
