শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয় প্রিটজকার স্কুল অফ মলিকুলার ইঞ্জিনিয়ারিং থেকে একটি নতুন কৌশল একই জাহাজে একই সময়ে অজৈব এবং পলিমার ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করে। এই “ওয়ান-পট” ইন-সিটু পদ্ধতিটি একটি নিয়ন্ত্রিত, সমজাতীয় মিশ্রণ তৈরি করে, পলিমারগুলির নমনীয়তার সাথে অজৈব দ্রবণগুলির পরিবাহিতা জুড়ে।
ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করা – এমন উপাদান যা ব্যাটারির দুটি টার্মিনালের মধ্যে চার্জযুক্ত কণাগুলি বহন করে – সর্বদা একটি ট্রেড অফ হয়ে থাকে।
সলিড-স্টেট অজৈব ইলেক্ট্রোলাইটগুলি কণাগুলি অত্যন্ত দক্ষতার সাথে সরিয়ে দেয়, তবে দৃ solid ় এবং অজৈব হওয়ার অর্থ তারাও ভঙ্গুর, কাজ করা শক্ত এবং টার্মিনালের সাথে নির্বিঘ্নে সংযোগ স্থাপন করা কঠিন। পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি কাজ করার স্বপ্ন, তবে কেবল চার্জযুক্ত আয়নগুলিও সরান না।
হাইব্রিড ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করতে দুটি মিশ্রণ তৈরি করে, ভাল, মিশ্র ফলাফল।
“একটি দ্বিধা আছে। পলিমার থেকে অজৈব এবং ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য থেকে উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা হিসাবে উভয় বিশ্বের মধ্যে একটি হাইব্রিড কি সেরা, বা এটি তাদের সবচেয়ে খারাপ বৈশিষ্ট্যের সংমিশ্রণ?” অ্যাসস্ট বলেছেন। শিকাগো ইউনিভার্সিটি প্রিটজকার স্কুল অফ মলিকুলার ইঞ্জিনিয়ারিং (উচিকাগো পিএমই) এর অধ্যাপক চিবিউজে আমানচুকু।
আমানচুকু ল্যাব থেকে একটি নতুন কৌশল একই জাহাজে একই সময়ে অজৈব এবং পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করে। এই “ওয়ান-পট” ইন-সিটু পদ্ধতিটি একটি নিয়ন্ত্রিত, সমজাতীয় মিশ্রণ তৈরি করে, পলিমারগুলির নমনীয়তার সাথে অজৈব দ্রবণগুলির পরিবাহিতা জুড়ে।
“আপনি যখন লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারি তৈরি করেন, তখন ইন-সিটু পদ্ধতিটি শারীরিক মিশ্রণের পদ্ধতিটিকে যথেষ্ট পরিমাণে ছাড়িয়ে যায়,” আমানচুকু বলেছেন।
তাদের কাজ প্রকাশিত হয়েছিল উপকরণ রসায়ন।
যদিও অধ্যয়নটি ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটগুলিতে মনোনিবেশ করেছে, নতুন কৌশলটি সেমিকন্ডাক্টর গবেষণা, ইলেকট্রনিক্স, শিল্প আবরণ, সিলেন্টস এবং হাইব্রিড উপকরণগুলির উপর নির্ভর করে এমন অন্য কোনও ক্ষেত্রে প্রভাব ফেলবে।
“আসুন আমরা বলি যে আপনি এমন কিছু চান যা সত্যিই ভালভাবে প্রসারিত হয় এবং মোচড়াতে এবং ঘুরিয়ে দিতে পারে – যেমন পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্স – আপনি যা করতে পারেন তা পলিমার ইঞ্জিনিয়ার এমন যে আপনার সেই উপাদানটির সাথে যান্ত্রিক নমনীয়তা রয়েছে,” প্রথম লেখক প্রিয়াডারশিনি মির্মিরা, পিএইচডি’ 24 বলেছেন।
স্রোত একত্রিত করা
হাইব্রিড উপকরণ তৈরি করা বর্তমানে সংশ্লেষণের দুটি স্ট্রিম জড়িত। অজৈব এবং পলিমার উপকরণগুলি পৃথকভাবে তৈরি করা হয় এমনকি যদি উভয়ই একই সময়ে সংশ্লেষিত হয় – তবে দুটি উপকরণ একসাথে মিশ্রিত করার জন্য অতিরিক্ত সময় প্রয়োজন।
এটি ল্যাবটিতে বিরক্তি, তবে ভর উত্পাদন স্কেল শিল্পের একটি অর্থনৈতিক বাধা প্রয়োজন।
“একটি শিল্প দৃষ্টিকোণ থেকে, এটি স্কেল করার চেষ্টা করা সত্যিই কঠিন এবং ব্যয়বহুল,” মিরমিরা বলেছিলেন। “আপনি যদি তাদের দু’জনকে এক-পট পদ্ধতির মধ্যে তৈরি করতে পারেন তবে হাইব্রিড উপাদান তৈরির জন্য আপনার প্রয়োজনীয় শ্রমটি এখন আপনি হ্রাস করেছেন।”
উচ্চ প্রযুক্তির সিন্থেটিক উপকরণগুলির মিশ্রণে ওটমিল-গলদা মিশ্রণের মতো একই সমস্যা রয়েছে। একটি জমাট বাঁধা, লম্পট মিশ্রণের অর্থ অকার্যকর ব্যাটারি, ক্লাম্পড সিলান্টস, কম ইউটিল ইলেকট্রনিক্স।
“আমি পাউডার তৈরি করেছি, সিরামিক, আমি পলিমার তৈরি করেছি, আমাকে তাদের মিশ্রিত করতে দিন,” আমানচুকু বলেছেন। “চ্যালেঞ্জটি হ’ল একটি ভাল মিশ্রণ তৈরি করে? আপনি কি ভাল মিশ্রণ চান? আপনি কি না? কণাগুলি কি অগ্রসর হয়? তারা কি না?”
একটি পাত্রে কেবল উপকরণগুলি তৈরি করা একটি নিখুঁত শারীরিক মিশ্রণ তৈরি করে না, তবে দলটি কিছু উপকরণ রাসায়নিকভাবে একত্রিত হতে দেখেছিল।
“অজৈব পূর্ববর্তী এবং পলিমার পূর্ববর্তী কিছু সংমিশ্রণের জন্য আমরা ক্রস লিঙ্কিংয়ের প্রমাণ দেখেছি, যার অর্থ অজৈব এবং পলিমারের মধ্যে একটি রাসায়নিক বন্ধন,” আমানচুকু বলেছেন। “এটি কেবল নতুন উপকরণ রসায়ন যা আমাদের উত্তেজিত করেছিল।”
একাধিক অ্যাপ্লিকেশন
কাগজটি লিথিয়াম ব্যাটারির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে কারণ তারা ইভিএস, গ্রিড স্টোরেজ এবং অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সর্বাধিক সাধারণ। তবে কৌশলটি সোডিয়াম ব্যাটারিগুলির সাথেও কাজ করতে পারে, যা লিথিয়ামের কম ব্যয়বহুল, আরও প্রচুর বিকল্প হিসাবে অগ্রসর হয়।
মির্মিরা বলেছিলেন, “এটি সোডিয়াম ব্যাটারি কোষের জন্যও প্রযোজ্য করার জন্য অজৈবটিতে থাকা একজন বিক্রিয়াকে পরিবর্তন করার বিষয়।”
মিরমিরা বলেছিলেন, শিল্প উত্পাদন জন্য প্রয়োজনীয় স্তরগুলি পর্যন্ত এক পাত্র প্রক্রিয়াটি স্কেল করার জন্য “টিউন করার জন্য বেশ কয়েকটি বিভিন্ন নকবের প্রয়োজন হবে”। প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণরূপে বায়ু-মুক্ত হওয়া দরকার, প্রারম্ভিকদের জন্য, আর্গন বা অন্য কোনও জড় গ্যাসের অধীনে প্রক্রিয়াজাত করা। কারখানার মেঝেতে ল্যাবটিতে বজায় রাখা সহজ।
দ্বিতীয়ত, পাত্র গরম হয়ে যায়। শিল্প স্তরে পৌঁছানোর জন্য সুনির্দিষ্ট সুরের প্রয়োজন হবে – পাত্রটি পলিমারটিকে সংশ্লেষিত করার জন্য যথেষ্ট গরম পেতে হবে, তবে এতটা গরম নয় যে এটি উপকরণগুলির অবক্ষয় তাপমাত্রার পাশ দিয়ে যায়।
“আপনি যখন এই প্রতিক্রিয়াটি স্কেল করেন, আপনি আরও উপাদান রাখবেন, জাহাজটি আরও বেশি গরম হয়ে উঠবে, মূলত,” মির্মিরা বলেছিলেন। “সুতরাং আপনাকে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ সম্পর্কে চিন্তা করতে হবে।”
এই বাধাগুলি কাটিয়ে উঠলে, গবেষণাটি অর্থনৈতিক ও রাসায়নিকভাবে দক্ষ পদ্ধতিতে তৈরি নিখুঁত, সমজাতীয় সংকরগুলির দিকে পরিচালিত করবে।
মির্মিরা বলেছিলেন, “পুরোপুরি একীভূত অজৈব পলিমার উপাদান পেতে সক্ষম হওয়ার এই ধরণের নিয়ন্ত্রণটি একটি চ্যালেঞ্জ ছিল যা আমরা সমাধান করার চেষ্টা করছিলাম এবং একটি দুর্দান্ত শীতল জিনিস যা আমরা অর্জন করতে পেরেছিলাম,” মির্মিরা বলেছিলেন।