শক্তি স্টোরেজ ব্যাটারির কাজের নীতি
আশক্তি স্টোরেজ ব্যাটারিএকটি যন্ত্র যা বৈদ্যুতিক শক্তি এবং রাসায়নিক শক্তির মধ্যে শক্তি রূপান্তর করে এবং সঞ্চয় করে। স্রাবের সময়, রাসায়নিক শক্তি সরাসরি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়; চার্জ করার সময়, বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয়ের জন্য রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। ব্যাটারির ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড বিভিন্ন উপকরণ দিয়ে তৈরি। যখন একই ইলেক্ট্রোলাইট ঢোকানো হয়, তখন উভয় ইলেক্ট্রোড তাদের নিজস্ব ইলেক্ট্রোড পটেনশিয়াল স্থাপন করবে, যেমনটি চিত্র 1-4-এ ABCD ভাঙ্গা লাইন দ্বারা দেখানো হয়েছে (ড্যাশড লাইন এবং ইলেক্ট্রোডের মধ্যবর্তী স্থানটি গঠিত বৈদ্যুতিক ডাবল স্তরকে প্রতিনিধিত্ব করে)। ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে ভারসাম্য ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতার পার্থক্যটি ব্যাটারির ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (EMF) E গঠন করে।
চিত্র 14 এনার্জি স্টোরেজ ব্যাটারির কাজের নীতির পরিকল্পিত চিত্র
যখন ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলি একটি বাহ্যিক লোডের সাথে সংযুক্ত থাকে, তখন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদান ইলেকট্রন লাভ করে এবং একটি হ্রাস প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়, ক্যাথোডিক মেরুকরণ তৈরি করে, এইভাবে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড সম্ভাবনা হ্রাস করে; নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান ইলেকট্রন হারায় এবং একটি অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়, অ্যানোডিক মেরুকরণ তৈরি করে, এইভাবে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা বাড়ায়। বাহ্যিক সার্কিটের জন্য, ইলেকট্রন ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড থেকে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডে প্রবাহিত হয়, তাই বর্তমান দিকটি ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে। ইলেক্ট্রোলাইটে, আয়ন চলাচলের মাধ্যমে চার্জ স্থানান্তর ঘটে, এইভাবে অভ্যন্তরীণ বর্তনীতে বর্তমান দিকটি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডে। ডিসচার্জ অবস্থায়, ব্যাটারি সম্ভাব্য বন্টন চিত্র 1-4-এ ভাঙা লাইন A'B'C'D' দ্বারা দেখানো হয়েছে। সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি একটি সম্পূর্ণ বন্ধ লুপ গঠন করে, যা ইলেক্ট্রোডগুলিতে অক্সিডেশন এবং হ্রাস প্রতিক্রিয়াগুলিকে অবিচ্ছিন্নভাবে চালিয়ে যেতে দেয়, এইভাবে বন্ধ লুপের মধ্যে একটি অবিচ্ছিন্ন বর্তমান প্রবাহ নিশ্চিত করে। যখন ব্যাটারি কাজ করে, ইলেক্ট্রোডগুলিতে যে বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলি বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন করে তাকে প্রবাহ-উৎপাদনকারী বিক্রিয়া বলা হয় এবং এই বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী পদার্থগুলিকে সক্রিয় পদার্থ বলা হয়।
একটি ব্যাটারির চার্জিং প্রক্রিয়া মূলত এর ডিসচার্জিং প্রক্রিয়ার বিপরীত। চার্জ করার সময়, ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডে অক্সিডেশন ঘটে, যখন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে হ্রাস ঘটে; একইসাথে, ইলেক্ট্রোলাইটে আয়নগুলির স্থানান্তরের দিকটি স্রাবের সময় তার বিপরীত, এবং এই রাসায়নিক রূপান্তর প্রক্রিয়াটি চালানোর জন্য ব্যাটারির খোলা-সার্কিট ভোল্টেজের বেশি একটি বাহ্যিক শক্তির উত্স প্রয়োজন, যেমনটি চিত্র 1-4-এ ভাঙা লাইন A"B"C"D দ্বারা দেখানো হয়েছে৷
রাসায়নিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে সরাসরি রূপান্তর করার সুবিধার্থে, একটি এনার্জি স্টোরেজ ব্যাটারির মধ্যে সংঘটিত রেডক্স প্রক্রিয়াটি প্রচলিত রেডক্স প্রতিক্রিয়া থেকে মৌলিকভাবে আলাদা। একটি ব্যাটারিতে, ইলেকট্রন হারানোর (অক্সিডেশন) এবং ইলেকট্রন অর্জন (হ্রাস) প্রক্রিয়াগুলিকে অবশ্যই বিভিন্ন অঞ্চলে আলাদা করতে হবে। তদ্ব্যতীত, সক্রিয় উপাদানগুলি প্রতিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করলে ইলেকট্রনগুলিকে একটি বাহ্যিক সার্কিটের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে হবে। এই দুটি মূল উপাদান একটি ব্যাটারির মধ্যে রেডক্স প্রক্রিয়াটিকে সাধারণ রাসায়নিক রেডক্স বিক্রিয়া এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্ষয়জনিত ঘটনার মাইক্রো-কোষ বিক্রিয়া থেকে আলাদা করে।
শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারির রচনা
একটি মৌলিক শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারিতে চারটি মৌলিক উপাদান থাকা উচিত: ইলেক্ট্রোড, ইলেক্ট্রোলাইট, বিভাজক এবং ব্যাটারির আবরণ।
ইলেক্ট্রোড
ইলেক্ট্রোড, একটি ব্যাটারির মূল উপাদান হিসাবে, ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে বিভক্ত, প্রধানত সক্রিয় পদার্থ এবং একটি পরিবাহী কাঠামোর সমন্বয়ে গঠিত। তাদের মধ্যে, সক্রিয় পদার্থগুলি ব্যাটারি নিষ্কাশনের সময় রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন করে এবং ব্যাটারির কার্যক্ষমতা নির্ধারণের প্রধান কারণ। সক্রিয় পদার্থগুলি বেশিরভাগই কঠিন, তবে তরল বা গ্যাস হিসাবেও থাকতে পারে।
সক্রিয় উপাদানগুলির একটি ব্যাটারির সামগ্রিক কর্মক্ষমতার উপর একটি নিষ্পত্তিমূলক প্রভাব রয়েছে এবং তাই সাধারণত নিম্নলিখিত কার্যকারিতা প্রয়োজনীয়তা থাকে: ① ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের একটি উচ্চ সম্ভাবনা থাকা উচিত, যখন ব্যাটারি একটি বড় ইলেক্ট্রোমোটিভ শক্তি তৈরি করতে পারে তা নিশ্চিত করার জন্য নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির একটি কম সম্ভাবনা বজায় রাখা প্রয়োজন; ② সক্রিয় পদার্থগুলির অবশ্যই ভাল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রতিক্রিয়াশীলতা থাকতে হবে, অর্থাৎ, তারা সহজেই রেডক্স প্রক্রিয়াগুলিতে অংশগ্রহণ করা উচিত; ③ সক্রিয় উপাদানগুলির ওজন এবং ভলিউম দ্বারা উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা থাকা প্রয়োজন; ④ সক্রিয় পদার্থের ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণে চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতা থাকা প্রয়োজন এবং স্ব-দ্রবীকরণের হার যতটা সম্ভব কম হওয়া উচিত; ⑤ সক্রিয় উপকরণ উচ্চ ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা থাকা উচিত; ⑥ অর্থনীতি এবং টেকসই উন্নয়নের দৃষ্টিকোণ থেকে, আদর্শ সক্রিয় উপকরণ হতে হবে সম্পদ যা পৃথিবীতে প্রচুর এবং সস্তা; ⑦ সক্রিয় উপাদানগুলি মানব স্বাস্থ্য এবং প্রাকৃতিক পরিবেশের জন্য ক্ষতিকারক হওয়া উচিত।
একটি নির্দিষ্ট সক্রিয় উপাদানের জন্য উপরের সমস্ত মান পূরণ করা বেশ চ্যালেঞ্জিং; অতএব, একটি সক্রিয় উপাদান নির্বাচন করার সময় একটি ব্যাপক বিবেচনা প্রয়োজন। বর্তমানে, সর্বাধিক ব্যবহৃত ক্যাথোড উপাদান হল ধাতব অক্সাইড, যেমন সীসা ডাই অক্সাইড, ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড এবং নিকেল অক্সাইড, সেইসাথে বায়ু থেকে অক্সিজেন। অ্যানোড উপাদানগুলির জন্য, রাসায়নিকভাবে প্রতিক্রিয়াশীল ধাতুগুলির একটি পরিসর পছন্দ করা হয়, যেমন জিঙ্ক, সীসা, ক্যাডমিয়াম, লোহা, লিথিয়াম এবং সোডিয়াম।
পরিবাহী কাঠামোর কাজ হল সক্রিয় উপাদানকে বাহ্যিক সার্কিটের সাথে সংযুক্ত করা এবং একটি সুষম বর্তমান বন্টন নিশ্চিত করা। এটি সক্রিয় উপাদান সমর্থন করে। একটি আদর্শ পরিবাহী কাঠামোর চমৎকার যান্ত্রিক শক্তি, উচ্চ রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, কম প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ভাল প্রক্রিয়াযোগ্যতা থাকা উচিত।
ইলেক্ট্রোলাইটস
ইলেক্ট্রোলাইটের প্রাথমিক কাজ হল আয়ন পরিবহনের কাজটি গ্রহণ করে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে কার্যকর আয়ন পরিবাহিতা নিশ্চিত করা। কিছু ক্ষেত্রে, এটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়াতেও অংশগ্রহণ করতে পারে। একটি ব্যাটারিতে ব্যবহৃত ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য, এর কার্যকারিতা নিম্নলিখিত প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করা উচিত: ① স্টোরেজের সময় ইলেক্ট্রোলাইট এবং সক্রিয় উপাদানের মধ্যে ইন্টারফেসে উল্লেখযোগ্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করার জন্য এটির ভাল রাসায়নিক স্থিতিশীলতা থাকা উচিত, যার ফলে ব্যাটারির স্বয়ং -স্রাব হ্রাস করা; ② এটি উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা থাকা উচিত। বিভিন্ন ধরণের ব্যাটারির মধ্যে ইলেক্ট্রোলাইটের গঠন পরিবর্তিত হয় এবং সাধারণত, অ্যাসিড, ক্ষার বা লবণের জলীয় দ্রবণকে চমৎকার পরিবাহিতা ইলেক্ট্রোলাইট হিসেবে বেছে নেওয়া হয়। যাইহোক, কিছু নতুন শক্তি প্রযুক্তি অভিনব উপকরণ ব্যবহার করতে পারে যেমন জৈব দ্রাবক ইলেক্ট্রোলাইট, গলিত লবণ ইলেক্ট্রোলাইট বা কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট।
আলাদা করা
একটি বিভাজক, যা একটি ঝিল্লি বা পার্টিশন নামেও পরিচিত, একটি ব্যাটারির ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে স্থাপন করা হয়। এর প্রধান কাজ হল ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ প্রতিরোধ করা, যা একটি শর্ট সার্কিট হতে পারে। বিভাজকগুলির জন্য মৌলিক কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তাগুলির মধ্যে রয়েছে: ① অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট প্রতিরোধ করার জন্য একটি ভাল ইলেকট্রনিক ইনসুলেটর হওয়া; ② ইলেক্ট্রোলাইটে আয়ন স্থানান্তরের কম প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, যার ফলে পুরো ডিভাইসের অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পায় এবং উচ্চ-বর্তমান স্রাব অবস্থার অধীনে শক্তির ক্ষতি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে; ③ ভাল রাসায়নিক স্থিতিশীলতা, ইলেক্ট্রোলাইট ক্ষয় এবং ইলেক্ট্রোড সক্রিয় পদার্থের রেডক্স প্রতিক্রিয়া সহ্য করে; ④ পর্যাপ্ত যান্ত্রিক শক্তি এবং বাঁকানো প্রতিরোধ ক্ষমতা কার্যকরভাবে ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে আটকাতে এবং ক্ষুদ্র সক্রিয় কণাগুলিকে ঝিল্লিতে প্রবেশ করতে বাধা দিতে; ⑤অর্থনৈতিক কারণ বিবেচনা করে, এটি সহজলভ্য এবং সস্তা হওয়া উচিত।
সাধারণ বিভাজক উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে তুলার কাগজ, সজ্জা কাগজ, মাইক্রোপোরাস প্লাস্টিক, মাইক্রোপোরাস রাবার, হাইড্রেটেড সেলুলোজ, নাইলন কাপড় এবং গ্লাস ফাইবার ইত্যাদি।
ব্যাটারি আবরণ
ব্যাটারি কেসিং, ব্যাটারি কন্টেইনার নামেও পরিচিত, বিদ্যমান শক্তি সঞ্চয়কারী ব্যাটারিতে একমাত্র ব্যাটারি যেখানে জিঙ্ক ইলেক্ট্রোডও কেসিং হিসেবে কাজ করে। বিপরীতে, অন্যান্য ব্যাটারি প্রকারগুলি সক্রিয় উপাদানের পরিবর্তে বাহ্যিক এনক্যাপসুলেশনের জন্য নির্দিষ্ট উপকরণ ব্যবহার করে। একটি আদর্শ ব্যাটারির আবরণে চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য থাকা উচিত, কম্পন এবং শক সহ্য করা উচিত, চরম তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে স্থিতিশীল থাকা উচিত এবং ইলেক্ট্রোলাইট থেকে ক্ষয় প্রতিরোধ করা উচিত। অনুশীলনে, ধাতু, প্লাস্টিক এবং হার্ড রাবারের মতো উপকরণগুলি তাদের নিজ নিজ সুবিধার কারণে ব্যাটারি কেসিং হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।