লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটের অর্থ?

◆জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট কি?

◆সলিড ইলেক্ট্রোলাইট পরিচিতি

ইলেক্ট্রোলাইট, এর একটি অপরিহার্য উপাদানলিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, ব্যাটারির চার্জ-ডিসচার্জ চক্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

এটি শুধুমাত্র লিথিয়াম আয়নগুলির দক্ষ পরিবহন এবং কারেন্টের সঞ্চালনের জন্য দায়ী নয়, ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সরাসরি ইলেকট্রন প্রবাহকে কার্যকরভাবে প্রতিরোধ করার জন্য ইলেকট্রনিক নিরোধক বৈশিষ্ট্যও ধারণ করে। রূপকভাবে বলতে গেলে, ইলেক্ট্রোলাইট একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভিতরের "রক্তের" মতো, যা ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির মধ্যে সংযোগ নিশ্চিত করে, যার ফলে সম্পূর্ণ চার্জ-নিঃসরণ প্রক্রিয়ার মসৃণ অগ্রগতির নিশ্চয়তা দেয়৷

একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য একটি আদর্শ ইলেক্ট্রোলাইট নিম্নলিখিত পাঁচটি প্রয়োজনীয়তা পূরণ করবে:

ব্যাটারি শক্তি ঘনত্ব এবং শক্তি ঘনত্বের জন্য ক্রমবর্ধমান চাহিদার সাথে, ব্যাটারি প্রযুক্তি দ্রুত বিকাশ করছে, এবং ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলি অসাধারণ অগ্রগতি করেছে৷ বিপরীতে, ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের বিকাশ পিছিয়ে গেছে। বর্তমানে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটের বিকাশকে বিস্তৃতভাবে তিন প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: অ-জলীয় দ্রাবক ইলেক্ট্রোলাইট, জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট এবং কঠিন-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট৷

অ-জলীয় দ্রাবক ইলেক্ট্রোলাইট

 

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে অ-জলীয় দ্রাবক ইলেক্ট্রোলাইটগুলি ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমকে বোঝায় যেগুলিতে জল থাকে না, প্রধানত দ্রাবক, দ্রাবক (সাধারণত লিথিয়াম লবণ) এবং সংযোজনগুলির সমন্বয়ে গঠিত। এই অ-জলীয় দ্রাবকগুলি সাধারণত জলীয় দ্রাবকের পরিবর্তে জৈব দ্রাবক, জলের ইলেক্ট্রোলাইসিস বা ইলেক্ট্রোড পদার্থের প্রতিকূল প্রতিক্রিয়া এড়াতে। লিথিয়াম লবণ হল লিথিয়াম-আয়ন পরিবহনের জন্য প্রাথমিক বাহক, দ্রাবকগুলি লিথিয়াম লবণের দ্রবীভূতকরণ, বিচ্ছুরণ এবং সমর্থন হিসাবে কাজ করে এবং অ্যাডিটিভগুলি প্রাথমিকভাবে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বৈদ্যুতিক রাসায়নিক কর্মক্ষমতা বা নিরাপত্তা উন্নত করতে কাজ করে।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহৃত বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ ইলেক্ট্রোলাইট (অর্থাৎ, তরল ইলেক্ট্রোলাইট) প্রাথমিকভাবে দুই বা ততোধিক জৈব দ্রাবকগুলিতে দ্রবীভূত এক বা একাধিক লিথিয়াম লবণের সমন্বয়ে গঠিত; একটি একক দ্রাবক দ্বারা গঠিত ইলেক্ট্রোলাইট খুবই বিরল। একাধিক দ্রাবক ব্যবহার করার কারণ হল বাস্তব-বিশ্বের ব্যাটারির বিভিন্ন, এমনকি পরস্পরবিরোধী, প্রয়োজনীয়তা রয়েছে যা একটি একক দ্রাবক ব্যবহার করে পূরণ করা কঠিন। উদাহরণস্বরূপ, ইলেক্ট্রোলাইটগুলির উচ্চতর তরলতার প্রয়োজন হতে পারে যখন উচ্চ অস্তরক ধ্রুবক থাকে; তাই, বিভিন্ন ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সহ দ্রাবকগুলি প্রায়শই একত্রে ব্যবহৃত হয়, একই সাথে বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। অধিকন্তু, লিথিয়াম লবণগুলি সাধারণত একযোগে ব্যবহার করা হয় না কারণ লিথিয়াম লবণের নির্বাচন সীমিত, এবং তাদের সুবিধাগুলি সহজে স্পষ্ট নয়।

আদর্শ জৈব দ্রাবকগুলির নিম্নলিখিত মূল বৈশিষ্ট্যগুলি থাকা উচিত: প্রথমত, লিথিয়াম লবণের ভাল দ্রবীভূতকরণ নিশ্চিত করার জন্য তাদের একটি উচ্চ অস্তরক ধ্রুবক প্রয়োজন; দ্বিতীয়ত, ইলেক্ট্রোলাইটের অপারেটিং তাপমাত্রা পরিসীমা প্রসারিত করার জন্য তাদের একটি কম গলনাঙ্ক এবং একটি উচ্চ স্ফুটনাঙ্ক থাকা উচিত; তৃতীয়, কম সান্দ্রতা মধ্যম লিথিয়াম আয়নগুলির দক্ষ স্থানান্তর প্রচারে সাহায্য করে; এবং অবশেষে, এই দ্রাবকগুলি সস্তা হওয়া উচিত এবং কম বিষাক্ততা (আদর্শভাবে অ{0}}বিষাক্ত) হওয়া উচিত। কার্বনেট যৌগগুলি, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি শিল্পে প্রাচীনতম এবং সর্বাধিক ব্যবহৃত জৈব দ্রাবকগুলির মধ্যে একটি হিসাবে, ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ অবস্থান দখল করে৷

বর্তমানে, এই ধরনের দ্রাবক প্রধানত দুটি কাঠামোগত ফর্ম অন্তর্ভুক্ত করে: চক্রীয় এবং চেইন। নীচের সারণীটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত অ{1}}জলীয় দ্রাবক, ইলেক্ট্রোলাইট এবং জৈব দ্রাবকের প্রাসঙ্গিক শারীরিক পরামিতিগুলির সারসংক্ষেপ করে৷

বর্তমানে, অ্যালকাইল কার্বনেট দ্রাবকগুলি ইলেক্ট্রোলাইটে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই দ্রাবকগুলি ভাল অক্সিডেশন প্রতিরোধের অধিকারী এবং উচ্চ ভোল্টেজ অবস্থার অধীনে চমৎকার স্থায়িত্ব প্রদর্শন করে। সাইক্লিক কার্বনেট, যেমন ইথিলিন কার্বনেট এবং প্রোপিলিন কার্বনেট, তাদের উচ্চ অস্তরক ধ্রুবকগুলির জন্য পরিচিত, যার অর্থ তারা আরও কার্যকরভাবে লিথিয়াম লবণ দ্রবীভূত করতে পারে; যাইহোক, শক্তিশালী আন্তঃআণবিক শক্তির কারণে, এই দ্রাবকগুলির উচ্চ সান্দ্রতা রয়েছে, যা তাদের মধ্যে লিথিয়াম আয়নের গতি কমিয়ে দেয়। বিপরীতে, ডাইমিথাইল কার্বনেট এবং ডাইথাইল কার্বোনেটের মতো চেইন কার্বনেট, কম সান্দ্রতা থাকা সত্ত্বেও তুলনামূলকভাবে কম অস্তরক ধ্রুবক থাকে, যার ফলে লিথিয়াম লবণের জন্য তুলনামূলকভাবে দুর্বল দ্রবীভূত কার্যকারিতা হয়। অতএব, উচ্চতর আয়নিক পরিবাহিতা সহ সমাধান ব্যবস্থা প্রস্তুত করার জন্য, বিভিন্ন ধরণের দ্রাবকগুলি প্রায়শই মিশ্রিত হয়, যেমন PC+DEC বা EC+DMC সংমিশ্রণ। লিথিয়াম লবণ, ইলেক্ট্রোলাইটে লিথিয়াম আয়নের উৎস হিসেবে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়ার সময় লিথিয়াম-আয়ন পরিবহনে প্রধান ভূমিকা পালন করে। তাদের কর্মক্ষমতা সরাসরি লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অনেক দিককে প্রভাবিত করে, যার মধ্যে রয়েছে শক্তির ঘনত্ব, পাওয়ার ঘনত্ব, অপারেটিং ভোল্টেজ পরিসীমা, চক্রের জীবন এবং নিরাপত্তা। বর্তমানে, ল্যাবরেটরি গবেষণা এবং শিল্প অনুশীলনে, বড় অ্যানিওনিক রেডিআই এবং উচ্চ রেডক্স স্থায়িত্ব সহ লিথিয়াম লবণ সাধারণত নির্বাচন করা হয়। তাদের রাসায়নিক গঠনের উপর ভিত্তি করে, লিথিয়াম লবণকে বিস্তৃতভাবে দুটি বিভাগে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: অজৈব লিথিয়াম লবণ এবং জৈব লিথিয়াম লবণ। LiPF6, LiClO4, LIBF, এবং LIASF সহ বেশ কিছু অজৈব লিথিয়াম লবণ তৈরি করা হয়েছে। বিপরীতে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে সাধারণত ব্যবহৃত জৈব লিথিয়াম লবণগুলি এই অজৈব লিথিয়াম লবণের অ্যানয়নগুলিতে ইলেকট্রন যোগ করার মাধ্যমে তৈরি করা হয়-, যেমন লিথিয়াম ডাইঅক্সালাটো-বোরেট (LiBOB), লিথিয়াম ডিফ্লুবোরোক্সালা (OOD){20}} difluorosulfonylimide (LiFSI), এবং লিথিয়াম ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI)। নীচের সারণীটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে সাধারণত ব্যবহৃত লিথিয়াম লবণের প্রাসঙ্গিক ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য দেখায়।

সংযোজন হল এমন পদার্থ যা ইলেক্ট্রোলাইটে কম ঘনত্বে যোগ করা হয় (সাধারণত ভর দ্বারা 10% এর বেশি নয়) যেগুলির নির্দিষ্ট ফাংশন রয়েছে এবং ব্যাটারির বৈদ্যুতিন রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। তাদের কার্যাবলীর উপর ভিত্তি করে, এই সংযোজনগুলিকে বিস্তৃতভাবে বিভিন্ন বিভাগে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: ফিল্ম-গঠনকারী সংযোজন, শিখা প্রতিরোধক, এবং অতিরিক্ত চার্জিং প্রতিরোধ করার জন্য সংযোজন। উপরন্তু, ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণে পরিবাহিতা বাড়াতে, কম-তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করতে, বা ট্রেস পরিমাণ এবং এইচএফ ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত সংযোজন রয়েছে।