গ্ৰেফাইট এনোড কি?

গ্ৰেফাইট এনোড হৈছে a ত থকা ঋণাত্মক ইলেক্ট্ৰ’ডলিথিয়াম আয়ন বেটাৰী, স্তৰযুক্ত শ্বীটত সজোৱা কাৰ্বনৰ পৰা তৈয়াৰী যিয়ে চাৰ্জিং আৰু ডিচাৰ্জিঙৰ সময়ত লিথিয়াম আয়ন সংৰক্ষণ আৰু মুক্ত কৰে। ই প্ৰাথমিক গৃহস্থ পদাৰ্থ হিচাপে কাম কৰে য'ত বেটাৰী চাৰ্জ হ'লে গ্ৰেফাইট স্তৰৰ মাজত লিথিয়াম আয়ন সুমুৱাই দিয়া হয়, যিয়ে বেটাৰীৰ মুঠ ওজনৰ ১০-২০% ভাগ লয়।

ইয়াক কাম কৰা গাঁথনি

এনোড হিচাপে গ্ৰেফাইটৰ ফলপ্ৰসূতা ইয়াৰ পাৰমাণৱিক স্থাপত্যৰ পৰাই আহিছে। কাৰ্বন পৰমাণুবোৰ গ্ৰেফিন স্তৰ নামৰ সমতল, ষড়ভুজযুক্ত শ্বীটত বান্ধ খায়, যিবোৰ ইটোৱে সিটোৰ ওপৰত ৩.৩৫৪ এংষ্ট্ৰমৰ ব্যৱধানত থুপ খায়। দুৰ্বল ভান ডেৰ ৱালছ বলে এই স্তৰবোৰক একেলগে ধৰি ৰাখে-গঠন বজাই ৰাখিবলৈ যথেষ্ট শক্তিশালী, কিন্তু ইহঁতৰ মাজত লিথিয়াম আয়ন পিছলি যাবলৈ যথেষ্ট দুৰ্বল।

এই স্তৰযুক্ত গঠনে আয়ন গতিৰ বাবে প্ৰাকৃতিক পথ সৃষ্টি কৰে। বেটাৰী চাৰ্জ হ’লে লিথিয়াম আয়ন কেথ’ডৰ পৰা ইলেক্ট্ৰ’লাইটৰ মাজেৰে প্ৰব্ৰজন কৰে আৰু ইন্টাৰকেলেচন নামৰ প্ৰক্ৰিয়াৰ জৰিয়তে গ্ৰেফাইট স্তৰৰ মাজত নিজকে সোমাই পৰে। এই আয়নসমূহ গ্ৰহণ কৰিবলৈ স্তৰৰ মাজৰ ব্যৱধান প্ৰায় ১০% বৃদ্ধি পায়। যেতিয়া বেটাৰী ডিচাৰ্জ হয়, তেতিয়া আয়নবোৰ গ্ৰেফাইটৰ পৰা ওলাই যায় আৰু কেথ’ডলৈ উভতি যায়, যাৰ ফলত সংৰক্ষিত শক্তি মুক্ত হয়।

গ্ৰেফাইটে বিভিন্ন পৰ্যায়ত গৱেষকসকলে লিথিয়াম-গ্ৰেফাইট ইন্টাৰকেলেচন যৌগ (Li-GICs) বুলি কোৱা বস্তু গঠন কৰে। সম্পূৰ্ণ আধানত এনোডে LiC1-প্ৰতি ছটা কাৰ্বন পৰমাণুৰ বাবে এটা লিথিয়াম পৰমাণুৰ গঠনত উপনীত হয়- যিয়ে গ্ৰেফাইটে লাভ কৰিব পৰা সৰ্বোচ্চ সংৰক্ষণ ঘনত্বক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে।

লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীয়ে গ্ৰেফাইট কিয় বাছি লয়

গ্ৰেফাইটে বেটাৰীৰ এনোড সামগ্ৰীত আধিপত্য বিস্তাৰ কৰে কাৰণ সৰল উপলব্ধতাৰ বাহিৰলৈ যায়। ইয়াৰ তাত্ত্বিক ক্ষমতা ৩৭২ mAh/g পৰ্যন্ত হয়, হাজাৰ হাজাৰ চাৰ্জ চক্ৰত নিৰ্ভৰযোগ্য পৰিৱেশন প্ৰদান কৰে। তাতোকৈ গুৰুত্বপূৰ্ণ কথাটো হ’ল, গ্ৰেফাইটে লি/লি+ বনাম ০.০১-০.২ ভি কম বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক বিভৱত কাম কৰে, যিয়ে এনোড আৰু কেথ’ডৰ মাজৰ ভল্টেজৰ পাৰ্থক্য সৰ্বাধিক কৰে, যাৰ ফলত সম্পূৰ্ণ বেটাৰী কোষত অধিক শক্তি ঘনত্বৰ প্ৰত্যক্ষ অনুবাদ হয়।

উপাদানটোৱে ভলিউম পৰিৱৰ্তনক ৰূপৱতীভাৱে চম্ভালে। লিথিয়াচনৰ সময়ত নাটকীয়ভাৱে প্ৰসাৰিত হোৱা বিকল্পৰ দৰে নহয়, গ্ৰেফাইটৰ গঠনত নূন্যতম ফুলা-সাধাৰণতে ১০%তকৈ কম লিথিয়াম আয়ন গ্ৰহণ কৰা হয়। এই গাঁথনিগত স্থিৰতাই ব্যাখ্যা কৰে যে কিয় গ্ৰেফাইট এনোডে নিয়মিতভাৱে নূন্যতম ক্ষমতাৰ অৱক্ষয়ৰ সৈতে ১০০০ আধান চক্ৰ অতিক্ৰম কৰে।

খৰচে নিৰ্ণায়ক ভূমিকা পালন কৰে। খনন কাৰ্য্যৰ পৰা পোৱা প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট আৰু পেট্ৰলিয়াম ক'কৰ পৰা কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইট দুয়োটাই বিকল্প সামগ্ৰীতকৈ বহু কম উৎপাদন ব্যয় প্ৰদান কৰে। ২০২৪ চনৰ হিচাপত প্ৰাকৃতিক গোলাকাৰ গ্ৰেফাইট প্ৰতি টনত প্ৰায় ৭,০০০ ডলাৰত বিক্ৰী হয়, আনহাতে কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটৰ মূল্য প্ৰতি টনত ১০,০০০ ডলাৰ। বেটাৰী প্ৰয়োগৰ বাবে পদাৰ্থটোৰ বাবে ৯৯.৯৫%তকৈ অধিক বিশুদ্ধতাৰ মাত্ৰাৰ প্ৰয়োজন হয়, যিটো বিশুদ্ধকৰণ প্ৰক্ৰিয়াৰ দ্বাৰা লাভ কৰা হয় যি শক্তি-নিবিড় হ'লেও, স্কেলত অৰ্থনৈতিকভাৱে কাৰ্য্যক্ষম হৈ থাকে।

সুৰক্ষাৰ বিবেচনাও গ্ৰেফাইটৰ পক্ষত থাকে। প্ৰাৰম্ভিক চাৰ্জিঙৰ সময়ত গ্ৰেফাইটৰ পৃষ্ঠত গঠন হোৱা কঠিন ইলেক্ট্ৰ'লাইট আন্তঃপৰ্যায় (SEI) স্তৰে সুৰক্ষামূলক বাধা হিচাপে কাম কৰে, যিয়ে লিথিয়াম আয়ন পৰিবহণৰ অনুমতি দিয়াৰ লগতে ইলেক্ট্ৰ'লাইটৰ অবিৰত পচন ৰোধ কৰে। ১৯৯০ চনত ইথিলিন কাৰ্বনেট ইলেক্ট্ৰলাইট ব্যৱহাৰ কৰি গৱেষকসকলে আৱিষ্কাৰ কৰা এই আত্মসুৰক্ষামূলক বৈশিষ্ট্যই গ্ৰেফাইট এনোডৰ বাণিজ্যিক জীৱন ধাৰণ ক্ষমতা সক্ষম কৰি তুলিছিল আৰু তাৰ পিছত লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰী বিপ্লৱৰ সূচনা কৰিছিল।

প্ৰাকৃতিক বনাম কৃত্ৰিম: একেটা গন্তব্যস্থানলৈ যোৱা দুটা পথ

বেটাৰী উদ্যোগে দুটা সুকীয়া পথৰ জৰিয়তে গ্ৰেফাইটৰ উৎস আহৰণ কৰে, প্ৰত্যেকৰে নিৰ্দিষ্ট সুবিধা আছে।

প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইটৰ উৎপত্তি খননৰ জৰিয়তে উলিওৱা ফ্লেক স্ফটিকীয় নিক্ষেপৰ পৰা হয়, মূলতঃ চীন, ব্ৰাজিল, মাদাগাস্কাৰ আৰু ভাৰতত। প্ৰস্তুতকাৰীসকলে কেঁচা ফ্লেক গ্ৰেফাইটক গুড়ি কৰা, গোলাকাৰকৰণ-য'ত যান্ত্ৰিক বলৰ দ্বাৰা অনিয়মিত ফ্লেকসমূহক গোলাকাৰ কণালৈ আকৃতি দিয়ে-শ্ৰেণীবিভাজন, আৰু বেটাৰী-গ্ৰেড নিৰ্দিষ্টতাত উপনীত হ'বলৈ বিশুদ্ধকৰণৰ জৰিয়তে প্ৰক্ৰিয়াকৰণ কৰে। প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট উৎপাদনত প্ৰতি টন শক্তিত প্ৰায় ১.১ × ১০৪ মেগাজেল খৰচ হয়।

গোলকীকৰণৰ পদক্ষেপটো জটিল বুলি প্ৰমাণিত হয়। গোলাকাৰ কণিকাৰ সৈতে বেটাৰীৰ কাৰ্য্যক্ষমতা উন্নত হয় কাৰণ ইলেক্ট্ৰ'ডত অধিক ঘনভাৱে পেক কৰে, যাৰ ফলত আয়তনীয় শক্তিৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় আৰু সমগ্ৰ এনোডৰ গঠনত বৈদ্যুতিক পৰিবাহীতা উন্নত হয়। প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইটে সাধাৰণতে কৃত্ৰিম বিকল্পতকৈ অধিক স্ফটিকীয়তা প্ৰদৰ্শন কৰে, যিয়ে উচ্চ বৈদ্যুতিক আৰু তাপ পৰিবাহীতা প্ৰদান কৰে।

কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইট পেট্ৰলিয়াম ক'ক, নিডল ক'ক, বা পিচ ক'ক-তেল শোধনৰ উপজাতৰ পৰা আৰম্ভ হয়। প্ৰস্তুতকাৰীসকলে এই কাৰ্বন পূৰ্বসূৰীবোৰক গ্ৰেফাইটাইজেচনৰ সময়ত ২৫০০ ডিগ্ৰীতকৈ অধিক উষ্ণতালৈ গৰম কৰি কাৰ্বন পৰমাণুবোৰক গ্ৰেফাইটৰ বৈশিষ্ট্যপূৰ্ণ ক্ৰমবদ্ধ, স্তৰযুক্ত গঠনত পুনৰ প্ৰান্তিককৰণ কৰে। এই প্ৰক্ৰিয়াত প্ৰতি টনত প্ৰায় ৪ × ১০৪ MJ-প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট উৎপাদনৰ শক্তিৰ প্ৰয়োজনীয়তাৰ ৩.৬ গুণ প্ৰয়োজন হয়।

কিন্তু কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটে অধিক সামঞ্জস্যপূৰ্ণ ধৰ্ম প্ৰদান কৰে। নিয়ন্ত্ৰিত উৎপাদন প্ৰক্ৰিয়াই একেধৰণৰ কণিকাৰ আকাৰ আৰু ভৱিষ্যদ্বাণীযোগ্য বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক আচৰণ উৎপন্ন কৰে, যিটো বেটাৰী নিৰ্মাতাসকলে গুণগত নিয়ন্ত্ৰণৰ বাবে মূল্য দিয়ে। বৰ্তমান উদ্যোগটোৱে এনোড উৎপাদনৰ বাবে প্ৰায় ৫৫% কৃত্ৰিম আৰু ৪৫% প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট বিভক্ত কৰে, যদিও প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট বিশুদ্ধকৰণ উন্নত হোৱাৰ লগে লগে এই ভাৰসাম্য স্থানান্তৰিত হয়।

২০২০ চনৰ ভিতৰত প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট এনোড সামগ্ৰীয়ে বজাৰৰ ৩৯% দখল কৰিছিল, প্ৰক্ষেপণসমূহে পৰিৱেশৰ প্ৰভাৱ কম আৰু উৎপাদনৰ সময়ত শক্তিৰ ব্যৱহাৰ হ্ৰাসৰ দ্বাৰা পৰিচালিত বৃদ্ধি অব্যাহত থকাৰ ইংগিত দিয়ে।

চাৰ্জিং প্ৰত্যাহ্বান: দ্ৰুত চাৰ্জিং সীমাবদ্ধতা

গ্ৰেফাইটৰ ব্যাপক গ্ৰহণে এটা উল্লেখযোগ্য পৰিৱেশন বাধা ঢাকি ৰাখে: দ্ৰুত চাৰ্জিং। যেতিয়া বেটাৰী দ্ৰুতগতিত চাৰ্জ হয়, তেতিয়া লিথিয়াম আয়ন গ্ৰেফাইটৰ গঠনত সোমাব পৰাতকৈও বেছি দ্ৰুতগতিত এনোডৰ পৃষ্ঠত উপস্থিত হয়। তাৰ পিছত অতিৰিক্ত আয়নবোৰ এনোডৰ পৃষ্ঠত ধাতুৰ লিথিয়াম- হিচাপে জমা হয় যিটো পৰিঘটনাক লিথিয়াম প্লেটিং বোলা হয়।

লিথিয়াম প্লেটিঙে একাধিক সমস্যাৰ সৃষ্টি কৰে। প্লেট কৰা ধাতুই বেটাৰীৰ ক্ষমতাত অৰিহণা যোগোৱা নাই, যিয়ে ফলপ্ৰসূভাৱে উপলব্ধ শক্তিৰ সংৰক্ষণ হ্ৰাস কৰে। অধিক চিন্তনীয় কথাটো হ'ল, বাৰে বাৰে প্লেটিং আৰু ষ্ট্ৰিপিং কৰিলে এনোডৰ গঠন ক্ষতিগ্ৰস্ত হয় আৰু তৰল ইলেক্ট্ৰ'লাইট খৰচ হয়, যাৰ ফলত ক্ষমতা ম্লান হোৱাটো ত্বৰান্বিত হয়। চৰম ক্ষেত্ৰত ইলেক্ট্ৰ’ডৰ মাজৰ বিভাজকৰ মাজেৰে লিথিয়াম ডেণ্ড্ৰাইট বৃদ্ধি হ’ব পাৰে, যাৰ ফলত আভ্যন্তৰীণ শ্বৰ্ট চাৰ্কিটৰ সৃষ্টি হয়।

ইয়াৰ মূল কাৰণ লিথিয়াম প্ৰসাৰণ গতিবিদ্যাত নিহিত হৈ আছে। গ্ৰেফাইট স্তৰৰ মাজত লিথিয়াম আয়ন সুমুৱাই দিলে ইলেক্ট্ৰলাইটৰ পৰা কঠিন গঠনলৈ যোৱাৰ লগে লগে শক্তিৰ বাধা অতিক্ৰম কৰিব লাগে। উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ হাৰৰ অধীনত ঘনত্ব মেৰুকৰণ বিকশিত হয়-এন'ডৰ পৃষ্ঠত লিথিয়ামৰ ঘনত্বই পদাৰ্থটোৱে শোষণ কৰিব পৰাতকৈ অধিক হয়, যাৰ ফলত বিভৱক যথেষ্ট কম হয় যাতে ইয়াৰ পৰিৱৰ্তে ধাতুৰ লিথিয়াম প্লেট কৰিব পৰা যায়।

গৱেষকসকলে এই সীমাবদ্ধতাসমূহ কেইবাটাও পদ্ধতিৰ জৰিয়তে সমাধান কৰিছে। আকাৰহীন কাৰ্বন বা লিথিয়াম-আয়ন পৰিবাহী পদাৰ্থ ব্যৱহাৰ কৰি পৃষ্ঠৰ আৱৰণে গ্ৰেফাইটৰ পৃষ্ঠত অধিক একেধৰণৰ লিথিয়াম বিতৰণ আৰু দ্ৰুত আয়ন পৰিবহণৰ সৃষ্টি কৰে। নিৰ্দিষ্ট যোগকৰণৰ সৈতে ইলেক্ট্ৰ'লাইট অনুকূলনে অধিক সুস্থিৰ SEI স্তৰ গঠন কৰাত সহায় কৰে যিয়ে আয়ন স্থানান্তৰক সহজ কৰি তোলে। কিছুমান প্ৰস্তুতকাৰীয়ে গ্ৰেফাইটৰ কণিকাৰ আকৃতি পৰিৱৰ্তন কৰে বা লিথিয়ামৰ প্ৰসাৰণ ত্বৰান্বিত কৰিবলৈ আন্তঃস্তৰৰ ব্যৱধান বৃদ্ধি কৰে।

২০২৪ চনত শেহতীয়াকৈ কৰা অধ্যয়নে প্ৰমাণ কৰিছে যে অনুকূলিত আৱৰণ আৰু ইলেক্ট্ৰলাইট প্ৰস্তুতিৰ সৈতে গ্ৰেফাইট এনোডে ৫০০ চক্ৰৰ বাহিৰত চক্ৰৰ জীৱন বজাই ৰাখি ৬C (১০ মিনিটত সম্পূৰ্ণ চাৰ্জ)ৰ ওচৰ চাপিব পৰা চাৰ্জিং হাৰ বজাই ৰাখিব পাৰে। কিন্তু বৈদ্যুতিক বাহন নিৰ্মাতাসকলে আৰু অধিক দ্ৰুত চাৰ্জিং ক্ষমতাক লক্ষ্য কৰি লোৱাৰ বাবে এইটো উন্নয়নৰ এক সক্ৰিয় ক্ষেত্ৰ হৈয়েই আছে।

ছিলিকন: ক্ষমতা প্ৰতিযোগী

ছিলিকন-ভিত্তিক এনোডে গ্ৰেফাইটৰ প্ৰাধান্যৰ প্ৰাথমিক প্ৰত্যাহ্বানক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে, যিটো গ্ৰেফাইটৰ দহগুণতকৈ অধিক ৪,২০০ mAh/g-চিলিকনৰ নাটকীয়ভাৱে অধিক তাত্ত্বিক ক্ষমতাৰ দ্বাৰা পৰিচালিত হয়। এই ক্ষমতাৰ সুবিধা ছিলিকনৰ প্ৰতিটো চিলিকন পৰমাণুৰ (Li4.4Si) ৪.৪টা লিথিয়াম পৰমাণুৰ সৈতে বন্ধন স্থাপন কৰাৰ ক্ষমতাৰ পৰাই উদ্ভৱ হয়, আনহাতে গ্ৰেফাইটৰ বাবে এটা লিথিয়াম আয়নৰ সৈতে সংযোগ স্থাপন কৰিবলৈ ছটা কাৰ্বন পৰমাণুৰ প্ৰয়োজন হয়।

আবেদন স্পষ্ট। আনকি ১০-২০% গ্ৰেফাইটৰ ঠাইত চিলিকন সলনি কৰিলে বেটাৰীৰ শক্তিৰ ঘনত্ব ১০-৩০% বৃদ্ধি পাব পাৰে, যাৰ ফলত বৈদ্যুতিক বাহনত দীঘলীয়া ড্ৰাইভিং ৰেঞ্জৰ পোনপটীয়া অনুবাদ হয়। কেইবাটাও ষ্টাৰ্টআপ আৰু প্ৰধান নিৰ্মাতাই চিলিকন এনোড বিকাশত যথেষ্ট বিনিয়োগ কৰিছে, চিলা নেন’টেকন’লজিছ আৰু বিএমডব্লিউৰ দৰে কোম্পানীয়ে ২০২০ চনৰ মাজভাগৰ বাবে লক্ষ্য কৰি বাণিজ্যিক প্ৰয়োগৰ ক্ষেত্ৰত অংশীদাৰিত্ব কৰিছে।

কিন্তু চিলিকনৰ সুবিধাৰ সৈতে এটা জটিল ত্ৰুটি আছে: আয়তন সম্প্ৰসাৰণ। লিথিয়াচনৰ সময়ত ছিলিকনৰ কণাবোৰ ৩০০%তকৈ অধিক ফুলি উঠে, গ্ৰেফাইটৰ সামান্য ১০%। এই বৃহৎ প্ৰসাৰণে কণাবোৰ ভাঙি পেলায়, বৈদ্যুতিক সংযোগ বিঘ্নিত কৰে আৰু SEI স্তৰটোক অস্থিৰ কৰি পেলায়। এনোডে মূলতঃ স্বাভাৱিক কাৰ্য্যৰ জৰিয়তে নিজকে গুড়ি কৰি লয়, যাৰ ফলত দ্ৰুত ক্ষমতা ম্লান হয়। প্ৰাথমিক ছিলিকন এনোডসমূহে ১০০টা আধান চক্ৰৰ পৰা কষ্টেৰে বাচিছিল।

অভিযন্তাসকলে সমাধান বিকশিত কৰি আছে। নেন'মিটাৰ স্কেলত নেন'গাঁথনিযুক্ত চিলিকন-কণাসমূহে প্ৰসাৰণ চাপক ভালদৰে গ্ৰহণ কৰে। ছিদ্ৰযুক্ত ছিলিকন গঠনে প্ৰসাৰণৰ বাবে আভ্যন্তৰীণ শূন্য স্থান প্ৰদান কৰে। ছিলিকন অক্সাইড (SiOx) এ বিশুদ্ধ চিলিকনৰ তুলনাত ২,৬৭৫ mAh/g তাত্ত্বিক ক্ষমতা আৰু হ্ৰাস পোৱা প্ৰসাৰণৰ সৈতে আপোচ প্ৰদান কৰে। উন্নত বাইণ্ডাৰ-এন'ডৰ কণাসমূহক একেলগে ধৰি ৰখা পদাৰ্থসমূহ-আয়তন পৰিৱৰ্তনৰ সময়ত বৈদ্যুতিক সংস্পৰ্শ বজাই ৰাখিবলৈ ইলাষ্টিক ধৰ্মসমূহ অন্তৰ্ভুক্ত কৰে।

ছিলিকন-গ্ৰেফাইট কম্পোজিটে বৰ্তমান আটাইতকৈ বাণিজ্যিকভাৱে কাৰ্য্যকৰী পদ্ধতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। গ্ৰেফাইট এনোডত ৫-১৫% চিলিকন মিহলাই প্ৰস্তুতকাৰীসকলে চিলিকন প্ৰসাৰণৰ ধ্বংসাত্মক প্ৰভাৱ সীমিত কৰাৰ লগতে অৰ্থপূৰ্ণ ক্ষমতা উন্নতি লাভ কৰে। এই হাইব্ৰিড কৌশলে বিশুদ্ধ গ্ৰেফাইট এনোডতকৈ ১৫-২০% অধিক শক্তি ঘনত্ব প্ৰদান কৰে আৰু বহু প্ৰয়োগৰ বাবে ৫০০-৮০০ চক্ৰ জীৱন-গ্ৰহণযোগ্য বজাই ৰাখে।

খৰচ এতিয়াও এক উল্লেখযোগ্য বাধা হৈয়ে আছে। ছিলিকন-কাৰ্বন কম্পোজিট এনোডৰ মূল্য ২০২৪ চনত প্ৰতি টনত প্ৰায় ৭৫০,০০০ চিএনৱাই আছিল, যিটো গ্ৰেফাইট এনোডৰ বাবে প্ৰতি টনত ৫০,০০০-১০০,০০০ চিএনৱাই আছিল। উদ্যোগ বিশ্লেষকসকলে প্ৰকল্প কৰিছে যে ছিলিকন এনোড সামগ্ৰীসমূহ ব্যাপক বাণিজ্যিকভাৱে গ্ৰহণৰ বাবে প্ৰতি টনত ১ লাখ ১০,০০০-১৭০,০০০ চিএনৱাইলৈ খৰচ হ্ৰাস কৰাৰ প্ৰয়োজন।

বজাৰ গতিশীলতা আৰু যোগানৰ বিবেচনা

গ্ৰেফাইট এনোডৰ বজাৰখন যথেষ্ট বৃদ্ধি পাইছে। ২০২২ চনত ১১.৯ বিলিয়ন ডলাৰৰ মূল্যৰ উদ্যোগৰ প্ৰক্ষেপণ অনুসৰি ২০৩০ চনৰ ভিতৰত বজাৰখন ৫০.৮৩ বিলিয়ন ডলাৰত উপনীত হ’ব, যিয়ে ১৯.৯% চক্রবৃদ্ধিৰ বাৰ্ষিক বৃদ্ধিৰ হাৰক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। এই সম্প্ৰসাৰণে বৈদ্যুতিক বাহন গ্ৰহণ আৰু গ্ৰীড-স্কেল শক্তি সংৰক্ষণ নিয়োগক প্ৰত্যক্ষভাৱে অনুসৰণ কৰে।

যোগান গতিশীলতাই মনোযোগ দিয়াৰ যোগ্য। প্ৰতিটো বৈদ্যুতিক বাহনৰ বেটাৰীত ৫০-১০০ কিলোগ্ৰাম গ্ৰেফাইট থাকে-লিথিয়ামতকৈ প্ৰায় দহগুণ বেছি গ্ৰেফাইট। উদাহৰণস্বৰূপে, এটা টেছলা মডেল এছৰ বেটাৰী পেকৰ বাবে প্ৰায় ৮৫ কিলোগ্ৰাম গ্ৰেফাইটৰ প্ৰয়োজন হয়। বিশ্বব্যাপী ইভি উৎপাদন দ্ৰুতগতিত বৃদ্ধি পাইছে, ইলেক্ট্ৰিক বাহনে অটোমোটিভ বিক্ৰীৰ শতাংশ বৃদ্ধি পাইছে।

চীনে গ্ৰেফাইট যোগান শৃংখলত আধিপত্য বিস্তাৰ কৰে, প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট খনন আৰু কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইট উৎপাদন দুয়োটাকে নিয়ন্ত্ৰণ কৰে। এই কেন্দ্ৰীভূতকৰণে অন্যান্য অঞ্চলৰ বেটাৰী নিৰ্মাতাসকলৰ মাজত যোগান সুৰক্ষাৰ চিন্তাৰ সৃষ্টি কৰিছে। ২০২৩ চনত চীনে গ্ৰেফাইট সামগ্ৰীৰ ওপৰত ৰপ্তানি নিষেধাজ্ঞা আৰোপ কৰাৰ ফলত এই উদ্বেগ বৃদ্ধি পাইছিল, যাৰ ফলত পশ্চিমীয়া দেশসমূহে ঘৰুৱা গ্ৰেফাইট উৎপাদন আৰু প্ৰক্ৰিয়াকৰণ ক্ষমতা বিকাশৰ ক্ষেত্ৰত বিনিয়োগ কৰিবলৈ বাধ্য হৈছিল।

বিশুদ্ধকৰণ প্ৰক্ৰিয়াই প্ৰাথমিক খৰচৰ চালকক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। খনি কৰা প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইটক বেটাৰী-গ্ৰেডৰ পদাৰ্থলৈ ৰূপান্তৰিত কৰিবলৈ শক্তিশালী এচিড আৰু একাধিক প্ৰক্ৰিয়াকৰণ পদক্ষেপৰ প্ৰয়োজন হয়, যাৰ ফলত পৰিৱেশৰ বিবেচনা সৃষ্টি হয়। কিন্তু প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট উৎপাদনৰ সামগ্ৰিক কাৰ্বন ফুটপ্ৰিণ্ট কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটতকৈ যথেষ্ট কম হৈয়েই থাকে, মূলতঃ কৃত্ৰিম পদাৰ্থৰ বাবে প্ৰয়োজনীয় শক্তি-নিবিড় গ্ৰেফাইটাইজেচন প্ৰক্ৰিয়াৰ বাবে।

পুনঃব্যৱহাৰে সুযোগ আৰু প্ৰত্যাহ্বান দুয়োটাকে উপস্থাপন কৰে। অৱসৰপ্ৰাপ্ত লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীত পুনঃব্যৱহাৰৰ পৰা উদ্ধাৰ কৰা "ক'লা ভৰ"ৰ ৪০-৫০% যথেষ্ট পৰিমাণৰ গ্ৰেফাইট-সততে থাকে। কিন্তু, এই গ্ৰেফাইট নিষ্কাশন আৰু পুনৰ-বেটাৰী{8}}গ্ৰেড স্পেচিফিকেশনলৈ বিশুদ্ধ কৰাটো বৰ্তমানৰ স্কেলত কাৰিকৰীভাৱে কঠিন আৰু অৰ্থনৈতিকভাৱে প্ৰান্তীয় হৈয়েই আছে। গৱেষকসকলে অধিক কাৰ্যক্ষম পুনঃব্যৱহাৰ প্ৰক্ৰিয়া বিকশিত কৰিছে, এই কথা স্বীকাৰ কৰি যে বেটাৰীৰ আয়তন বৃদ্ধিৰ লগে লগে বন্ধ-লুপ গ্ৰেফাইট পুনৰুদ্ধাৰ ক্ৰমান্বয়ে গুৰুত্বপূৰ্ণ হৈ পৰিব।

বেটাৰীৰ বাহিৰত প্ৰয়োগ

লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীয়ে গ্ৰেফাইট এনোডৰ সৰ্ববৃহৎ প্ৰয়োগক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে যদিও এই পদাৰ্থই অন্যান্য বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক ব্যৱস্থাত কাম কৰে। ইন্ধন কোষত, বিশেষকৈ প্ৰ’টন বিনিময় মেমব্ৰেন ইন্ধন কোষত (PEMFC) গ্ৰেফাইটে কেথ’ড প্ৰবাহ ক্ষেত্ৰ প্লেট গঠন কৰে যিয়ে ইলেক্ট্ৰন পৰিবাহী কৰাৰ সময়ত বিক্ৰিয়া স্থানলৈ অক্সিজেন সমানে বিতৰণ কৰে।

ইলেক্ট্ৰ’লাইটিক গলনা প্ৰক্ৰিয়াত এলুমিনিয়াম উৎপাদন গ্ৰেফাইট এনোডৰ ওপৰত বহু পৰিমাণে নিৰ্ভৰশীল। প্ৰায় সকলো প্ৰাথমিক এলুমিনিয়াম উৎপাদন কৰা হল-হেৰ'ল্ট প্ৰক্ৰিয়াত বৃহৎ গ্ৰেফাইট এনোড ব্যৱহাৰ কৰা হয় যিবোৰ ক্ৰমান্বয়ে অক্সিডাইজ হয় আৰু সময়ে সময়ে সলনি কৰিব লাগে। এই ঔদ্যোগিক প্ৰয়োগে বিশ্বজুৰি যথেষ্ট পৰিমাণৰ গ্ৰেফাইট খৰচ কৰে।

উদীয়মান বেটাৰী ৰসায়ন বিজ্ঞানেও গ্ৰেফাইটৰ সন্ধান কৰি আছে। ছডিয়াম-আয়ন বেটাৰী আৰু পটাছিয়াম-আয়ন বেটাৰীয়ে গ্ৰেফাইট এনোড ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰে, যদিও লিথিয়াম ব্যৱস্থাৰ তুলনাত বিভিন্ন আন্তঃসংযোগ ব্যৱস্থা আৰু ক্ষমতা থাকে। এই বিকল্প বেটাৰী প্ৰযুক্তিসমূহ পৰিপক্ক হোৱাৰ লগে লগে ই গ্ৰেফাইট এনোড পদাৰ্থৰ অতিৰিক্ত চাহিদাৰ সৃষ্টি কৰিব পাৰে।

বৰ্তমানৰ গৱেষণাৰ দিশ

বেটাৰীৰ গৱেষকসকলে এই পদাৰ্থটোৰ মৌলিক সুবিধাসমূহ পৰিত্যাগ নকৰাকৈয়ে গ্ৰেফাইট এনোডৰ কাৰ্য্যক্ষমতা বৃদ্ধিৰ বাবে কেইবাটাও পথ অনুসৰণ কৰিছে।

আন্তঃপৰ্যায় অভিযান্ত্ৰিকীয়ে এস ই আই স্তৰ গঠনক অনুকূল কৰি তোলাত গুৰুত্ব আৰোপ কৰে। SEI এ লিথিয়াম পৰিবহণৰ গতিবিদ্যা, চক্ৰীয়তা, আৰু সুৰক্ষাৰ বৈশিষ্ট্য নিৰ্ধাৰণ কৰে। উন্নত ইলেক্ট্ৰ'লাইট যোগকৰণ আৰু পৃষ্ঠীয় চিকিৎসাৰ লক্ষ্য হৈছে পাতল, অধিক একেধৰণৰ SEI স্তৰ সৃষ্টি কৰা যিয়ে গঠনৰ সময়ত লিথিয়ামৰ ব্যৱহাৰ কম কৰাৰ লগতে আয়নিক পৰিবাহীতা সৰ্বাধিক কৰে।

কণা অভিযান্ত্ৰিকীকৰণে গ্ৰেফাইটৰ আকৃতিৰ পৰিৱৰ্তন কৰি কাৰ্য্যক্ষমতা উন্নত কৰে। গৱেষকসকলে নিয়ন্ত্ৰিত ছিদ্ৰ গঠনৰ সৈতে কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইট, উন্নত ইলেক্ট্ৰ'লাইট তিতা থকা পৃষ্ঠ-সংশোধিত কণা, আৰু ক্ষমতা আৰু হাৰ দুয়োটাকে অনুকূল কৰিবলৈ বিভিন্ন ধৰণৰ গ্ৰেফাইটৰ সংমিশ্ৰণ ঘটোৱা সংমিশ্ৰিত গঠনৰ অনুসন্ধান কৰি আছে।

আন্তঃস্তৰৰ ব্যৱধান পৰিৱৰ্তনে আন এটা পদ্ধতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। গ্ৰেফিন স্তৰৰ মাজৰ ব্যৱধান সামান্য বৃদ্ধি কৰি-উদাহৰণস্বৰূপে, ৰাসায়নিক আন্তঃসংযোগ বা গাঁথনিগত দোষৰ জৰিয়তে-গৱেষকসকলে লিথিয়ামৰ প্ৰসাৰণৰ হাৰ ত্বৰান্বিত কৰিব পাৰে। ২০২৪ চনত শেহতীয়াকৈ কৰা কামে প্ৰমাণ কৰিছে যে ০.৩৩৫৪ এন এমৰ পৰা ০.৩৪২ এন এমলৈ সযতনে নিয়ন্ত্ৰিত আন্তঃস্তৰীয় সম্প্ৰসাৰণে গাঁথনিগত স্থিৰতা বজাই ৰাখি দ্ৰুত-চাৰ্জিং ক্ষমতা যথেষ্ট উন্নত কৰে।

আৱৰণ প্ৰযুক্তিৰ উন্নতি অব্যাহত আছে। হাৰ্ড কাৰ্বন আৰু কোমল কাৰ্বন আৱৰণ দুয়োটাই বিভিন্ন সুবিধা প্ৰদান কৰে: হাৰ্ড কাৰ্বন আৱৰণে বিশেষকৈ উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত হাৰৰ কাৰ্য্যক্ষমতা বৃদ্ধি কৰে, আনহাতে কোমল কাৰ্বন আৱৰণে প্ৰাৰম্ভিক ক'লম্বিক কাৰ্যক্ষমতা আৰু চক্ৰৰ স্থিৰতা উন্নত কৰে। প্ৰয়োগৰ প্ৰয়োজনীয়তাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি উপযুক্ত আৱৰণ সামগ্ৰী নিৰ্ব্বাচন কৰিলে ক্ষমতা-হাৰ-জীৱন ত্ৰিভুজৰ অনুকূলন অনুমতি দিয়ে যি বেটাৰীৰ পৰিৱেশন সংজ্ঞায়িত কৰে।

সঘনাই সোধা প্ৰশ্ন

বেটাৰীৰ এনোডৰ বাবে গ্ৰেফাইটে অন্য সামগ্ৰীতকৈ কিয় ভাল কাম কৰে?

গ্ৰেফাইটে একাধিক প্ৰয়োজনীয়তাৰ ভাৰসাম্য ৰক্ষা কৰে যিবোৰ অন্য সামগ্ৰীয়ে একেলগে মিলাবলৈ সংগ্ৰাম কৰে। ইয়াৰ স্তৰযুক্ত গঠনে স্বাভাৱিকতে নূন্যতম আয়তন পৰিৱৰ্তন (১০%তকৈ কম প্ৰসাৰণ)ৰ সৈতে লিথিয়াম আয়নক গ্ৰহণ কৰে, যাৰ ফলত হাজাৰ হাজাৰ আধান চক্ৰ সক্ষম হয়। পদাৰ্থটোৱে অতি কম বিভৱত (০.০১-০.২ ভি) কাম কৰে, যাৰ ফলত বেটাৰীৰ ভল্টেজ সৰ্বাধিক হয়। ই প্ৰচুৰ, তুলনামূলকভাৱে কম খৰচী, আৰু দশক দশক ধৰি ব্যৱসায়িকভাৱে ব্যৱহাৰ কৰাৰ পিছত ভালদৰে বুজা যায়। ছিলিকনৰ দৰে পদাৰ্থই অধিক ক্ষমতা প্ৰদান কৰে যদিও ইহঁতে গুৰুতৰ আয়তন প্ৰসাৰণৰ সমস্যাত ভুগি থাকে যিটো গ্ৰেফাইটে এৰাই চলিব পাৰে।

বেটাৰীত থকা প্ৰাকৃতিক আৰু কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটৰ মাজত পাৰ্থক্য কি?

প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট খনন কাৰ্য্যৰ পৰা আহে আৰু সাধাৰণতে অধিক স্ফটিকীয়তাৰ বাবে ই উন্নত বৈদ্যুতিক পৰিবাহীতা প্ৰদান কৰে। ইয়াৰ বাবে কম শক্তিৰ প্ৰয়োজন হয়-প্ৰতি টনত প্ৰায় ১.১ × ১০৪ MJ বনাম কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটৰ বাবে প্ৰতি টনত ৪ × ১০৪ MJ। পেট্ৰলিয়াম ক'ক ২,৫০০ ডিগ্ৰীতকৈ অধিক গৰম কৰি তৈয়াৰ কৰা কৃত্ৰিম গ্ৰেফাইটে অধিক সামঞ্জস্যপূৰ্ণ গুণ আৰু বিশুদ্ধতা প্ৰদান কৰে। বৰ্তমান উদ্যোগটোৱে প্ৰায় ৫৫% কৃত্ৰিম আৰু ৪৫% প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট ব্যৱহাৰ কৰে যদিও পৰিৱেশ আৰু খৰচৰ সুবিধাৰ বাবে প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইটৰ বজাৰ অংশীদাৰিত্ব বৃদ্ধি পাইছে।

গ্ৰেফাইট এনোডে দ্ৰুত চাৰ্জিং চম্ভালিব পাৰেনে?

গ্ৰেফাইট এনোডসমূহে দ্ৰুত চাৰ্জিঙৰ ক্ষেত্ৰত প্ৰত্যাহ্বানৰ সন্মুখীন হয়। যেতিয়া চাৰ্জিং কাৰেণ্ট অতি বেছি হয়, তেতিয়া লিথিয়াম আয়ন গ্ৰেফাইটৰ গঠনত সোমাব পৰাতকৈ বেছি দ্ৰুতগতিত উপস্থিত হয়, যাৰ ফলত ইয়াৰ পৰিৱৰ্তে এনোডৰ পৃষ্ঠত ধাতুৰ লিথিয়াম হিচাপে প্লেট হয়। এই লিথিয়াম প্লেটিঙে ক্ষমতা হ্ৰাস কৰে আৰু বেটাৰীৰ ক্ষতি কৰে। গৱেষকসকলে পৃষ্ঠৰ আৱৰণ, ইলেক্ট্ৰ'লাইট অনুকূলন, আৰু কণা অভিযান্ত্ৰিকীৰ জৰিয়তে দ্ৰুত-চাৰ্জিং ক্ষমতা উন্নত কৰিছে, শেহতীয়া ২০২৪ চনৰ অধ্যয়নসমূহে গ্ৰহণযোগ্য চক্ৰ জীৱন বজাই ৰাখি 6C চাৰ্জিং হাৰ (১০ মিনিটৰ চাৰ্জ) লাভ কৰিছে।

বেটাৰীৰ এনোডত গ্ৰেফাইটৰ ঠাই চিলিকনে ল’বনে?

অদূৰ ভৱিষ্যতে ছিলিকনে গ্ৰেফাইটৰ ঠাই সম্পূৰ্ণৰূপে ল’ব নোৱাৰিব যদিও ই সমাধানৰ অংশ হৈ পৰিছে। ছিলিকনে গ্ৰেফাইটতকৈ ১০গুণ বেছি ক্ষমতা প্ৰদান কৰে যদিও চাৰ্জিঙৰ সময়ত ৩০০% প্ৰসাৰিত হয়, যাৰ ফলত দ্ৰুত অৱক্ষয় ঘটে। ব্যৱহাৰিক পদ্ধতিত চিলিকন-গ্ৰেফাইট কম্পোজিট ব্যৱহাৰ কৰা হয়, ৫-১৫% চিলিকনক গ্ৰেফাইট এনোডত মিহলাই ১৫-২০% অধিক শক্তি ঘনত্ব লাভ কৰাৰ লগতে প্ৰসাৰণৰ সমস্যা পৰিচালনা কৰা হয়। বিশুদ্ধ চিলিকন এনোডসমূহৰ বিকাশ অব্যাহত আছে, বাণিজ্যিকীকৰণ সম্ভৱতঃ গ্ৰহণযোগ্য চক্ৰ জীৱন আৰু খৰচ হ্ৰাস পোৱাৰ ওপৰত নিৰ্ভৰশীল।

গ্ৰেফাইট এনোডে উদাহৰণ দাঙি ধৰে যে সহজ যেন লগা পদাৰ্থবোৰে প্ৰায়ে সেই সৰলতাৰ বাবেই কেনেকৈ কাম কৰে। লিথিয়াম আয়নক চাৰ্জিঙৰ সময়ত ক'ৰবালৈ যাব লাগে-য'ত সুস্থিৰ, উলটিব পৰা, আৰু কেইটামান চক্ৰৰ পিছত ছিন্নভিন্ন নহয়। গ্ৰেফাইটৰ স্তৰযুক্ত গঠনে ঠিক সেইটোৱেই প্ৰদান কৰে, নাটক বা জটিলতা নোহোৱাকৈ। গৱেষকসকলে অধিক ক্ষমতা আৰু দ্ৰুত চাৰ্জিঙৰ পিছত খেদি ফুৰিলেও তেওঁলোকে বিচাৰি উলিয়াইছে যে গ্ৰেফাইটৰ মৌলিক বৈশিষ্ট্যৰ পৰা বহু দূৰলৈ আঁতৰি গ’লে এনে সমস্যাৰ সৃষ্টি হয় যিয়ে প্ৰায়ে লাভতকৈ বেছি। লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীত পদাৰ্থটোৰ অবিৰত প্ৰাধান্য সম্ভৱতঃ ইয়াৰ সীমাবদ্ধতাৰ সত্ত্বেও দশক দশক ধৰি টিকি থাকে, কিন্তু কাৰণ সেই সীমাবদ্ধতাসমূহ পৰিচালনাযোগ্য আৰু ভালদৰে বুজা যায়।

তথ্যৰ উৎস:

এনোড সামগ্ৰী হিচাপে গ্ৰেফাইট: মৌলিক ব্যৱস্থা, শেহতীয়া অগ্ৰগতি আৰু অগ্ৰগতি - শক্তি সংৰক্ষণ সামগ্ৰী (২০২০)

গ্লোবেল গ্ৰেফাইট এনোড বজাৰ বিশ্লেষণ - গুণ বজাৰ গৱেষণা (২০২৪)

উন্নত লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীৰ বাবে প্ৰাকৃতিক গ্ৰেফাইট এনোড - ৰাসায়নিক অভিযান্ত্ৰিক জাৰ্নেল (২০২৪)

লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীৰ বাবে কাৰ্বন এনোডৰ ভৱিষ্যত - কাৰ্বন ভৱিষ্যত (২০২৪)

লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীৰ বাবে দ্ৰুত-চাৰ্জিং গ্ৰেফাইট এনোড - প্ৰয়োগ পদাৰ্থ বিজ্ঞান চিঠি (২০২৪)

দ্ৰুত-লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰী চাৰ্জিং - উন্নত কাৰ্য্যকৰী সামগ্ৰীৰ বাবে গ্ৰেফাইট এনোডৰ ওপৰত পৰ্যালোচনা (2024)

গ্ৰেফাইট: নতুন জটিল খনিজ - প্ৰকৃতিৰ পৰ্যালোচনা সামগ্ৰী (২০২৫)