সলিড ইলেক্ট্রোলাইট পরিচিতি

 

তরল ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনায় কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের অনেক সুবিধা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, তারা চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের সময় ইলেক্ট্রোডের বিকৃতি প্রশমিত করতে পারে, নিরাপত্তার উন্নতি করতে পারে। তারা চমৎকার স্থায়িত্ব আছে, প্রক্রিয়া করা সহজ, এবং বৃদ্ধিলিথিয়ামদ্রাবক-মুক্ত কঠিন পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটে ডেনড্রাইটকে ছোট করা যেতে পারে।

কঠিন পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তরল ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে সম্পর্কিত ফুটো সমস্যা প্রতিরোধ করতে পারে।

পলিমারগুলি প্রক্রিয়া করা সহজ এবং ছোট করা যেতে পারে। তাদের উচ্চ প্লাস্টিকতার কারণে, পলিমারগুলি পাতলা ফিল্ম ব্যাটারি তৈরি করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। বিভিন্ন ব্যাটারি কাঠামো পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন প্রয়োজনীয়তা মেটাতে তৈরি করা যেতে পারে। অধিকন্তু, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি তরল ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনায় উচ্চতর রাসায়নিক, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা প্রদান করে, ইলেক্ট্রোডগুলির সাথে কম পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া এবং একটি বিস্তৃত অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা সহ। পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের নমনীয়তা চার্জ এবং স্রাবের সময় ইলেক্ট্রোডের ভলিউম পরিবর্তনগুলিকে বাফার করতে পারে, ব্যাটারির গঠনকে স্থিতিশীল করে। তাই, তরল-আয়ন ব্যাটারির বাণিজ্যিকীকরণের পরে, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের উপর ভিত্তি করে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রযুক্তি দ্রুত বিকাশ লাভ করবে এবং সফল বাণিজ্যিকীকরণ অর্জন করবে।

পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট শ্রেণীবদ্ধ করার জন্য অনেক পদ্ধতি আছে, এবং মান পরিবর্তিত হয়। বর্তমানে, কঠিন পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি প্রধানত ব্যবহৃত পলিমারের ধরন অনুসারে আলাদা করা হয়, যেমন সবচেয়ে বিখ্যাত পলিথার-ভিত্তিক পলিথিন অক্সাইড (PEO), সেইসাথে পলিমিথাইল মেথাক্রাইলেট (PMMA) এবং পলিঅ্যাক্রিলোনিট্রিল (PAN)। সাধারণভাবে বলতে গেলে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহারিকভাবে ব্যবহার করার জন্য পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলিকে নিম্নলিখিত শর্তগুলি পূরণ করতে হবে।

বর্তমান পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমে, পলিমারগুলি ঘরের তাপমাত্রায় উল্লেখযোগ্য স্ফটিকতা প্রদর্শন করে, যা ব্যাখ্যা করে কেন ঘরের তাপমাত্রায় কঠিন পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা তরল ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনায় অনেক কম। পলিমারের বেশিরভাগ স্ফটিক হল স্ফেরুলাইট, তাদের মধ্যে নিরাকার অঞ্চল রয়েছে। এটি সাধারণত বিশ্বাস করা হয় যে লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহী প্রাথমিকভাবে এই নিরাকার অঞ্চলে ঘটে।

তাই, পলিমারের ফেজ গঠন বোঝা লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহী প্রক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য সহায়ক।

বাইনারি পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের জন্য, ফেজ গঠন প্রধানত দুটি ধরনের গঠিত: স্ফটিক অঞ্চল এবং নিরাকার অঞ্চল। স্ফটিক অঞ্চলগুলির গঠন গতিগতভাবে চালিত এবং নির্দিষ্ট প্রস্তুতির অবস্থা এবং সময়ের সাথে সরাসরি সম্পর্কিত। কঠোরভাবে বলতে গেলে, পলিমার সিস্টেমে স্ফটিক অঞ্চলগুলির উপস্থিতির কারণে এবং বিভিন্ন অবস্থার সাথে এই অঞ্চলগুলির উল্লেখযোগ্য পরিবর্তনের কারণে, বিভিন্ন ধরণের পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা তুলনা করা খুব বৈজ্ঞানিক নয়। যাইহোক, কিছু শর্তে, যদি স্ফটিক অঞ্চলগুলির বৃদ্ধি ধীর হয় এবং আয়নিক পরিবাহিতার বিচ্যুতি একটি গ্রহণযোগ্য সীমার মধ্যে থাকে, তবে পরিবাহিতা তুলনা করা গ্রহণযোগ্য। এই কারণেই আমরা প্রায়শই বিভিন্ন ফলাফলের তুলনা করি।

যেহেতু পলিমারে স্ফেরুলাইটের বৃদ্ধি সময়-নির্ভর, তাই পলিমারের গলনাঙ্কের নিচের তাপমাত্রায় আয়নিক পরিবাহিতাও সময়-নির্ভর। অধিকন্তু, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহিতা গরম করার হার, শীতল করার হার এবং শিথিলকরণ সময়ের সাথে সম্পর্কিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি দীর্ঘ শিথিলকরণ সময় একটি আরও সম্পূর্ণ পলিমার স্ফটিক গঠন এবং উচ্চতর স্ফটিকতা তৈরি করে, যার ফলে আয়নিক পরিবাহিতা ক্রমবর্ধমান বিশ্রামের সময় বৃদ্ধির সাথে সর্বনিম্ন পর্যন্ত হ্রাস পায়। একইভাবে, একটি ধীর শীতল হারের ফলে আরও সম্পূর্ণ স্ফটিককরণ হয়, এবং সংশ্লিষ্ট আয়নিক পরিবাহিতাও ধীরে ধীরে সর্বনিম্নে হ্রাস পাবে।

আরও জানুন

PEO এবং LiCIO4 এর বাইনারি সলিড পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটকে উদাহরণ হিসাবে নিলে, এই কাঠামোতে একাধিক ফেজ কাঠামো রয়েছে। প্রথমত, LiClO4 এবং PEO PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4 এবং PEO-LiClO4 সহ বিভিন্ন কমপ্লেক্স গঠন করতে পারে। তাদের মধ্যে, যখন O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 50 ডিগ্রি গলনাঙ্কের সাথে PEO-এর সাথে একটি ইউটেকটিক গঠন করতে পারে। উপরন্তু, যখন তাপমাত্রা 160 ডিগ্রীতে উন্নীত হয়, তখন একটি বড় ইউটেক্টিক গঠন করা যেতে পারে। শীতলকরণ প্রক্রিয়া চলাকালীন, বড় ইউটেটিক তিনটি ভিন্ন ধরনের স্ফেরুলাইট তৈরি করবে: প্রথম প্রকারটি 120 ডিগ্রির উপরে গলে যায় এবং এতে লবণের পরিমাণ বেশি থাকে; দ্বিতীয় প্রকার 45 থেকে 60 ডিগ্রির মধ্যে গলে যায়, লবণের পরিমাণ কম থাকে এবং ধীরে ধীরে গঠন করে; তৃতীয় প্রকারের একটি গলনাঙ্ক হোস্ট পলিমারের চেয়ে সামান্য কম এবং আরও দ্রুত গঠন করে। গবেষণা এবং বিশ্লেষণ থেকে জানা যায়: প্রথম ধরনের স্ফেরুলাইট সম্ভবত PEO3-LiCIO4; দ্বিতীয় প্রকার PEO-LiCIO4 এবং PEO3-LiCIO4 কমপ্লেক্সের মিশ্রণ হতে পারে; এবং তৃতীয় প্রকারটি PEO-এর সাথে মিলে যায়। তদুপরি, লিথিয়াম লবণের পরিমাণ এবং তাপ চিকিত্সা প্রক্রিয়া উভয়ই কাঠামোগত পরিবর্তনের দিকে নিয়ে যেতে পারে।

পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট হল উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা সহ কার্যকরী পলিমার পদার্থের একটি শ্রেণী, যা পলিমার এবং ধাতব লবণের মধ্যে জটিল প্রতিক্রিয়া দ্বারা পলিমারকে ম্যাট্রিক্স হিসাবে ব্যবহার করে। পলিমার ম্যাট্রিক্সের উপর নির্ভর করে, সাধারণ পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে রয়েছে PEO-ভিত্তিক পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট, PVDE-ভিত্তিক পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট, PMMA-ভিত্তিক পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট এবং অন্যান্য। অজৈব কঠিন-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটের বিপরীতে, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি হালকা, স্থিতিস্থাপক এবং স্থিতিশীল। অজৈব কঠিন-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটের মতো, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি শুধুমাত্র লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে আয়ন পরিচালনা করে না বরং ব্যাটারি বিভাজক হিসেবেও কাজ করে। পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলির প্রধানত নিম্নলিখিত সুবিধা রয়েছে:

বিভিন্ন লিথিয়াম সল্ট দ্বারা গঠিত কমপ্লেক্সগুলি (LBF4, LIPF6, LiCFSO4, এবং LiASF6 সহ) PEO-এর সাথে মূলত LiCIO4 দ্বারা গঠিতগুলির অনুরূপ, অর্থাৎ লিথিয়াম লবণের প্রকারের PEO-এর সাথে গঠিত কমপ্লেক্সের ধরণের উপর সরাসরি প্রভাব নেই। বিশেষত, LiBF PEO এর সাথে দুটি কমপ্লেক্স গঠন করতে পারে: PEO4-LIBF এবং PEO,S-LiBF। যখন O/Li অনুপাত 16 এবং 20 এর মধ্যে হয়, তখন PEO2.5-LIBF4 PEO-এর সাথে একটি ইউটেকটিক গঠন করতে পারে। LPF6 এছাড়াও PEO এর সাথে দুটি কমপ্লেক্স গঠন করতে পারে: PEO6-LiPF6 এবং PEO:-LiPF6। PEO-এর সাথে LiASF6 দ্বারা গঠিত দুটি কমপ্লেক্স LiPF6-এর অনুরূপ, কিন্তু তুলনামূলকভাবে উচ্চতর গলনাঙ্কের সাথে। বৃহৎ অ্যানিয়ন লিথিয়াম সল্টও PEO এর সাথে কমপ্লেক্স গঠন করতে পারে, কিন্তু গতিবিদ্যা অনেক ধীর। উপরন্তু, চাপ কিছু পরিমাণে স্ফটিক বৃদ্ধি প্রভাবিত করে। উচ্চ চাপ স্ফেরুলাইট বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে, নিরাকার অঞ্চলকে হ্রাস করে এবং একইভাবে লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহিতা হ্রাস করে।