লিথিয়াম বেটাৰীত LiFePO4 কি??
লিথিয়াম আইৰন ফছফেট পদাৰ্থৰ পৰিচয়
লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট (আণৱিক সূত্ৰ LiFePO4, লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট, LFP, লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট বা ফেৰাছ লিথিয়াম ফছফেট বুলিও জনা যায়) হৈছে লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীত ব্যৱহৃত কেথ'ড পদাৰ্থ। ইয়াৰ বৈশিষ্ট্য হ’ল ইয়াত কোবাল্ট বা নিকেলৰ দৰে বহুমূলীয়া মৌল নাথাকে, কেঁচামালৰ দাম কম; আৰু পৃথিৱীৰ খোলাত কাৰ্বন, লিথিয়াম আৰু লোহাৰ প্ৰচুৰ পৰিমাণে থাকে, যিয়ে বছৰি ১০ লাখ টনতকৈ অধিক বজাৰৰ চাহিদা পূৰণ কৰিব পাৰে। কেথ'ড পদাৰ্থ হিচাপে লিথিয়াম আইৰণ ফছফেটৰ মধ্যমীয়া কৰ্ম ভল্টেজ (৩.২ ভি), উচ্চ নিৰ্দিষ্ট ক্ষমতা (১৭০ mA·h/g), উচ্চ নিৰ্গমন শক্তি, দ্ৰুত চাৰ্জিং ক্ষমতা আৰু দীঘলীয়া চক্ৰ জীৱন থাকে, উচ্চ-উষ্ণতা আৰু উচ্চ-তাপৰ পৰিৱেশত ভাল স্থিৰতা থাকে।
লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট স্ফটিক এটা প্ৰকাৰৰ অলিভাইন গঠনৰ অন্তৰ্গত। খনিজ বিজ্ঞানত ইয়াক ট্ৰাইফাইলাইট বুলি কোৱা হয়, যিটো গ্ৰীক শব্দৰ মূল ট্ৰাই আৰু লাইলনৰ পৰা উদ্ভৱ হৈছে। অক্সিজেনত ৰং ধূসৰ, ৰঙা-বাদামী ধূসৰ, বাদামী বা ক'লা হ'ব পাৰে, আনহাতে প্ৰকৃত উৎপাদন ক'লা বা ধূসৰ-ক'লা। কিছুমান প্ৰাকৃতিক খনিজ পদাৰ্থত লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট থাকে যদিও গ্ৰেড কম আৰু ব্যৱহাৰিক প্ৰয়োগৰ স্তৰত উপনীত নহয়। লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট কম্পোজিট ফছফেট শ্ৰেণীৰ অন্তৰ্গত, আৰু ইয়াৰ সাধাৰণ ৰাসায়নিক সূত্ৰ হ’ব লাগে LiMPO4, য’ত M Fe, Co, Mn, Ti আদিকে ধৰি যিকোনো দ্বিসম্বন্ধীয় ধাতু হ’ব পাৰে। কিন্তু অলিভাইন গঠন থকা যৌগসমূহৰ বাবে লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰীত কেথ’ড পদাৰ্থ হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিব পৰা একমাত্ৰ লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট নহয়। বৰ্তমানৰ জ্ঞান অনুসৰি LiMnPO4, LiMnFePO4, LiVPO4, LiCoPO4, আৰু আন বহুতো সামগ্ৰীও আছে।
লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থৰ উৎপত্তি ১৯৯৬ চনৰ পৰাই অনুসন্ধান কৰিব পাৰি, যেতিয়া জাপানৰ দূৰসংযোগ কোম্পানী এন টি টিয়ে প্ৰথমবাৰৰ বাবে আৱিষ্কাৰ কৰিছিল যে অলিভাইন গঠন থকা AMPO4 (A হৈছে এটা ক্ষাৰকীয় ধাতু, M হৈছে Co বা Fe)ক LiFeCoPO4ৰ সংমিশ্ৰণত লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰী কেথ'ড পদাৰ্থ হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি। তাৰ পিছত আমেৰিকাৰ মেছাচুচেটছ ইনষ্টিটিউট অৱ টেকন’লজিৰ গুডেনাফ গৱেষণা গোটে কাঠামো যৌগ অধ্যয়ন কৰি থকাৰ সময়তে আৱিষ্কাৰ কৰে যে লিথিয়াম আইৰন ফছফেট পদাৰ্থৰ লিথিয়াম-আয়ন (Li+) আন্তঃসংযোগ আৰু বিঅন্তৰ্ভুক্তিৰ উলটিব পৰা গুণ আছে। ১৯৯৭ চনৰ ২৩ এপ্ৰিলত অষ্টিনৰ টেক্সাছ বিশ্ববিদ্যালয়ে "Cathode materials for rechargeable lithium secondary batteries" (WO1997010541) শীৰ্ষক পেটেণ্ট দাখিল কৰে, যাৰ ফলত লিথিয়াম আইৰন ফছফেট সামগ্ৰীৰ ওপৰত পেটেণ্ট একচেটিয়া অধিকাৰৰ আৰম্ভণি হয়।
আমেৰিকা আৰু জাপানে একেলগে অলিভাইন-গাঁথনিযুক্ত ফছফেট (LiMPO4) কেথ'ড পদাৰ্থ প্ৰকাশ কৰাটোৱে যথেষ্ট মনোযোগ আকৰ্ষণ কৰিছিল, বিস্তৃত গৱেষণাৰ সূচনা কৰিছিল আৰু ঔদ্যোগীকৰণ প্ৰক্ৰিয়াক দ্ৰুতগতিত আগুৱাই লৈ গৈছিল। পৰম্পৰাগত লিথিয়াম-আয়ন গৌণ বেটাৰী কেথ'ড পদাৰ্থৰ সৈতে তুলনা কৰিলে-স্পিনেল-গাঁথনিযুক্ত লিথিয়াম মেংগানিজ অক্সাইড (LiMn2O4) আৰু স্তৰযুক্ত-গাঁথনিযুক্ত লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2){6}}LiMPO4-ৰ কেঁচামাল অধিক ব্যাপকভাৱে উপলব্ধ আৰু পৰিৱেশগত নথকা সস্তা প্ৰদূষণ। বিশেষকৈ সুৰক্ষাৰ বহুখিনি উন্নতি হৈছে, যাৰ ফলত গৱেষক আৰু উদ্যোগৰ পৰা যথেষ্ট আগ্ৰহ জগাই তোলা হৈছে।
শেহতীয়া বছৰবোৰৰ গৱেষণাৰ ফলাফল অনুসৰি লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থৰ এটা ভালদৰে স্ফটিকীয় অলিভাইন গঠন থাকে আৰু ইয়াৰ লিথিয়াম-আয়ন প্ৰসাৰণ চ্যানেল পৰম্পৰাগত কেথ'ড পদাৰ্থৰ পৰা পৃথক। পৰম্পৰাগত কেথ'ড পদাৰ্থৰ স্তৰযুক্ত বা স্পিনেল গঠন থাকে, যাৰ ফলত লিথিয়াম আয়ন স্তৰৰ মাজত বা ডাঙৰ চ্যানেলত দ্ৰুতগতিত গতি কৰিব পাৰে, যাৰ ফলত পদাৰ্থবোৰে ভাল নিৰ্গমন কাৰ্য্যক্ষমতা লাভ কৰে। ইয়াৰ বিপৰীতে লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থত লিথিয়াম-আয়ন প্ৰসাৰণ চ্যানেল এক-মাত্ৰিক, অৰ্থাৎ স্ফটিকৰ ভিতৰত লিথিয়াম-আয়ন প্ৰসাৰণৰ বাবে মাত্ৰ এটা "সুৰংগ" থাকে, গতিকে লিথিয়াম-আয়ন প্ৰব্ৰজনৰ হাৰ তুলনামূলকভাৱে লেহেমীয়া আৰু প্ৰসাৰণৰ দূৰত্ব কম। বিশেষকৈ উচ্চ-হাৰৰ নিৰ্গমনৰ অৱস্থাত আভ্যন্তৰীণ লিথিয়াম আয়নসমূহে সময়ৰ লগে লগে বাহিৰলৈ প্ৰব্ৰজন কৰিব নোৱাৰে, যাৰ ফলত উল্লেখযোগ্য বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক মেৰুকৰণ হয়।
ওপৰৰ সিদ্ধান্তসমূহ পৰীক্ষা কৰিবলৈ বিশুদ্ধ লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থ ব্যৱহাৰ কৰি বেটাৰী নিৰ্মাণ কৰিব পাৰি। পৰীক্ষাত দেখা গৈছে যে বিশুদ্ধ লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থৰ ক্ষমতা ব্যৱহাৰ অতি কম, আৰু বেটাৰীয়ে চাইকেল চলোৱাৰ সময়ত দ্ৰুত ক্ষমতা ক্ষয়ৰ সন্মুখীন হয়। চিত্ৰ ২.১ত হাইড্ৰ'থাৰ্মেল সংশ্লেষিত বিশুদ্ধ লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট (কাৰ্বন আৱৰণ অবিহনে) ব্যৱহাৰ কৰি লেখকে নিৰ্মাণ কৰা লিথিয়াম-আয়ন মুদ্ৰা কোষৰ চক্ৰীয় কাৰ্য্যক্ষমতা দেখুওৱা হৈছে। দেখা যায় যে প্ৰায় ১৫টা চাৰ্জ–ডিচাৰ্জ চক্ৰৰ পিছত বেটাৰীৰ ক্ষমতা ২০%তকৈ অধিক হ্ৰাস পাইছে। গতিকে বিশুদ্ধ লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থ লিথিয়াম-আয়ন বেটাৰী ব্যৱস্থাৰ বাবে উপযোগী নহয়।
২০০০ চনত কানাডাৰ ৰাষ্ট্ৰীয় ৰাজহুৱা উপযোগী প্ৰতিষ্ঠান হাইড্ৰ'-কিউবেকে (H-Q) লিথিয়াম আইৰণ ফছফেট পদাৰ্থৰ ওপৰত কাৰ্বন আৱৰণৰ ব্যৱহাৰকে ধৰি পৰিবাহী পদাৰ্থৰে লিথিয়াম আইৰণ ফছফেটক আৱৰণ দিয়াৰ পেটেণ্ট দাখিল কৰে। ইয়াৰ ফলত লিথিয়াম আইৰণ ফছফেটে উচ্চ নিৰ্দিষ্ট ক্ষমতা লাভ কৰিবলৈ সক্ষম হয় আৰু ইয়াৰ চক্ৰৰ জীৱনকাল ২০০০ চক্ৰতকৈও অধিকলৈ বৃদ্ধি পায়। ইয়াৰ ফলত লিথিয়াম আইৰণ ফছফেটক কেথ’ড পদাৰ্থ হিচাপে ঔদ্যোগীকৰণ প্ৰক্ৰিয়া আৰম্ভ হয়।
