কখনও কখনও সেল ফোনগুলি প্রত্যাশার চেয়ে শীঘ্রই মারা যায় বা বৈদ্যুতিক যানবাহনের তাদের গন্তব্যে পৌঁছানোর জন্য পর্যাপ্ত চার্জ থাকে না। এই এবং অন্যান্য ডিভাইসে রিচার্জেবল লিথিয়াম-আয়ন (লি-আয়ন) ব্যাটারি সাধারণত চার্জিংয়ের মধ্যে শেষ ঘন্টা বা দিন। যাইহোক, বারবার ব্যবহারের সাথে, ব্যাটারিগুলি হ্রাস পায় এবং আরও ঘন ঘন রিচার্জ করা প্রয়োজন। এখন, গবেষকরা রেডিওকার্বনকে নিরাপদ, ছোট এবং সাশ্রয়ী মূল্যের পারমাণবিক ব্যাটারির উত্স হিসাবে বিবেচনা করছেন যা চার্জ ছাড়াই কয়েক দশক বা তার বেশি সময় ধরে থাকতে পারে।
ডেগু গিয়ংবুক ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির অধ্যাপক সু-ইল ইন আমেরিকান কেমিক্যাল সোসাইটির (এসিএস) বসন্ত সভায় তার ফলাফল উপস্থাপন করবেন।
লি-আয়ন ব্যাটারিগুলির জন্য প্রয়োজনীয় ঘন ঘন চার্জিং কেবল কোনও অসুবিধা নয়। এটি প্রযুক্তির ইউটিলিটিকে সীমাবদ্ধ করে যা ব্যাটারিগুলি পাওয়ারের জন্য ব্যবহার করে যেমন ড্রোন এবং দূরবর্তী সংবেদনশীল সরঞ্জাম। ব্যাটারিগুলি পরিবেশের জন্যও খারাপ: খনির লিথিয়াম হ’ল শক্তি-নিবিড় এবং লি-আয়ন ব্যাটারিগুলির অনুপযুক্ত নিষ্পত্তি বাস্তুতন্ত্রকে দূষিত করতে পারে। তবে সংযুক্ত ডিভাইস, ডেটা সেন্টার এবং অন্যান্য কম্পিউটিং প্রযুক্তির ক্রমবর্ধমান সর্বব্যাপীতার সাথে, দীর্ঘস্থায়ী ব্যাটারির চাহিদা বাড়ছে।
এবং আরও ভাল লি-আয়ন ব্যাটারি সম্ভবত এই চ্যালেঞ্জের উত্তর নয়। “লি-আয়ন ব্যাটারিগুলির পারফরম্যান্স প্রায় স্যাচুরেটেড,” ভবিষ্যতে শক্তি প্রযুক্তি নিয়ে গবেষণা করে বলেছেন। সুতরাং, ইন এবং তার দলের সদস্যরা লিথিয়ামের বিকল্প হিসাবে পারমাণবিক ব্যাটারি বিকাশ করছেন।
পারমাণবিক ব্যাটারি তেজস্ক্রিয় পদার্থ দ্বারা নির্গত উচ্চ-শক্তি কণাগুলি ব্যবহার করে শক্তি উত্পন্ন করে। সমস্ত তেজস্ক্রিয় উপাদানগুলি জীবন্ত জীবের জন্য ক্ষতিকারক বিকিরণগুলি নির্গত করে না এবং কিছু বিকিরণ নির্দিষ্ট উপকরণ দ্বারা অবরুদ্ধ করা যায়। উদাহরণস্বরূপ, বিটা কণাগুলি (বিটা রশ্মি নামেও পরিচিত) অ্যালুমিনিয়ামের একটি পাতলা শীট দিয়ে রক্ষা করা যেতে পারে, যা বিটাভোলটাইককে পারমাণবিক ব্যাটারির জন্য একটি সম্ভাব্য নিরাপদ পছন্দ করে তোলে।
গবেষকরা কার্বন -14 সহ একটি প্রোটোটাইপ বেটাভোলটাইক ব্যাটারি তৈরি করেছিলেন, এটি রেডিওকার্বন নামে পরিচিত কার্বনের একটি অস্থির এবং তেজস্ক্রিয় রূপ। “আমি কার্বনের একটি তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি কারণ এটি কেবল বিটা রশ্মি উত্পন্ন করে,” ইন বলেছেন। তদুপরি, পারমাণবিক বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলির একটি উপ-পণ্য, রেডিওকার্বন সস্তা, সহজেই উপলব্ধ এবং পুনর্ব্যবহারযোগ্য সহজ। এবং যেহেতু রেডিওকার্বন খুব ধীরে ধীরে হ্রাস পায়, তাই একটি রেডিওকার্বন চালিত ব্যাটারি তাত্ত্বিকভাবে সহস্রাব্দের জন্য স্থায়ী হতে পারে।
একটি সাধারণ বেটাভোলটাইক ব্যাটারিতে, ইলেক্ট্রনগুলি একটি অর্ধপরিবাহীকে আঘাত করে, যার ফলস্বরূপ বিদ্যুৎ উত্পাদন হয়। সেমিকন্ডাক্টরগুলি বেটাভোলটাইক ব্যাটারিগুলির একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান, কারণ তারা প্রাথমিকভাবে শক্তি রূপান্তরকরণের জন্য দায়ী। ফলস্বরূপ, বিজ্ঞানীরা উচ্চতর শক্তি রূপান্তর দক্ষতা অর্জনের জন্য উন্নত অর্ধপরিবাহী উপকরণগুলি অন্বেষণ করছেন – একটি ব্যাটারি কীভাবে কার্যকরভাবে ইলেক্ট্রনগুলিকে ব্যবহারযোগ্য বিদ্যুতে রূপান্তর করতে পারে তার একটি পরিমাপ।
তাদের নতুন ডিজাইনের শক্তি রূপান্তর দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে, ইন এবং দলটি একটি টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড-ভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর ব্যবহার করেছিল, এটি একটি রুথেনিয়াম-ভিত্তিক ডাইয়ের সাথে সংবেদনশীল সৌর কোষগুলিতে সাধারণত ব্যবহৃত একটি উপাদান। তারা সাইট্রিক অ্যাসিড চিকিত্সার সাথে টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড এবং ডাইয়ের মধ্যে বন্ধনকে শক্তিশালী করে। যখন রেডিওকার্বন থেকে বিটা রশ্মিগুলি চিকিত্সা করা রুথেনিয়াম-ভিত্তিক ডাইয়ের সাথে সংঘর্ষ হয়, তখন ইলেক্ট্রন ট্রান্সফার প্রতিক্রিয়াগুলির একটি ক্যাসকেড, যাকে একটি বৈদ্যুতিন তুষারপাত বলা হয়, ঘটে। তারপরে তুষারপাতের মাধ্যমে ছোপানো এবং টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড কার্যকরভাবে উত্পন্ন ইলেক্ট্রন সংগ্রহ করে।
নতুন ব্যাটারিটিতে ডাই-সংবেদনশীল অ্যানোড এবং একটি ক্যাথোডে রেডিওকার্বনও রয়েছে। উভয় ইলেক্ট্রোডকে তেজস্ক্রিয় আইসোটোপের সাথে চিকিত্সা করে গবেষকরা দুটি কাঠামোর মধ্যে বিটা রশ্মি উত্পন্ন এবং দূরত্ব-সম্পর্কিত বিটা-রেডিয়েশন শক্তি হ্রাসের পরিমাণ বাড়িয়ে তোলে।
প্রোটোটাইপ ব্যাটারির বিক্ষোভের সময়, গবেষকরা দেখতে পেয়েছেন যে উভয় ইলেক্ট্রোডে রেডিওকার্বন থেকে প্রকাশিত বিটা রশ্মি অ্যানোডে রুথেনিয়াম-ভিত্তিক ডাইকে ট্রিগার করেছিল যা টাইটানিয়াম ডাইঅক্সাইড স্তর দ্বারা সংগ্রহ করা একটি বৈদ্যুতিন তুষারপাত তৈরি করতে এবং ব্যবহারযোগ্য বিদ্যুতের ফলে একটি বাহ্যিক সার্কিটের মধ্য দিয়ে যায়। কেবল ক্যাথোডে রেডিওকার্বনের সাথে পূর্ববর্তী ডিজাইনের সাথে তুলনা করে, ক্যাথোড এবং আনোডের রেডিওকার্বন সহ গবেষকদের ব্যাটারিটির আরও বেশি শক্তি রূপান্তর দক্ষতা ছিল, 0.48% থেকে 2.86% এ চলে গেছে।
এই দীর্ঘস্থায়ী পারমাণবিক ব্যাটারি অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশন সক্ষম করতে পারে, বলেছে। উদাহরণস্বরূপ, একজন পেসমেকার একজন ব্যক্তির জীবদ্দশায় স্থায়ী হবে, অস্ত্রোপচারের প্রতিস্থাপনের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।
যাইহোক, এই বেটাভোলটাইক ডিজাইনটি কেবল তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের একটি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে, প্রচলিত লি-আয়ন ব্যাটারির তুলনায় কম পারফরম্যান্সের দিকে পরিচালিত করে। পরামর্শ অনুসারে যে বিটা-রে ইমিটারের আকারটি অনুকূল করতে এবং আরও দক্ষ বিটা-রে শোষণকারী বিকাশের আরও প্রচেষ্টা ব্যাটারির কার্যকারিতা বাড়িয়ে তুলতে এবং বিদ্যুৎ উত্পাদন বাড়িয়ে তুলতে পারে।
জলবায়ু উদ্বেগ বাড়ার সাথে সাথে পারমাণবিক শক্তি সম্পর্কে জনসাধারণের উপলব্ধি পরিবর্তিত হচ্ছে। তবে এটি এখনও কেবল একটি প্রত্যন্ত স্থানে একটি বৃহত বিদ্যুৎকেন্দ্রে উত্পাদিত শক্তি হিসাবে ভাবা হয়। এই দ্বৈত-সাইট-উত্স ডাই-সংবেদনশীল বেটাভোলটাইক সেল ব্যাটারিগুলির সাথে, “আমরা একটি আঙুলের আকারের ডিভাইসে নিরাপদ পারমাণবিক শক্তি রাখতে পারি।”
গবেষণাটি কোরিয়ার জাতীয় গবেষণা ফাউন্ডেশন, পাশাপাশি অর্থায়ন করেছিল কোরিয়ার বিজ্ঞান ও তথ্য ও যোগাযোগ প্রযুক্তি মন্ত্রকের বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি গবেষণা ও উন্নয়ন কর্মসূচী দেগু গিয়ংবুক ইনস্টিটিউট।