অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারি এবং তাদের সুবিধা এবং অসুবিধাগুলি বিশ্লেষণ করুন
অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারির পাঁচটি বৈশিষ্ট্য
উচ্চ নিরাপত্তা:
তরল ব্যাটারির নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যা সবসময়ই সমালোচিত হয়েছে। উচ্চ তাপমাত্রা বা গুরুতর প্রভাবের অধীনে ইলেক্ট্রোলাইট সহজেই দাহ্য। উচ্চ স্রোতের অধীনে, লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলি বিভাজককে ছিদ্র করতে এবং একটি শর্ট সার্কিট সৃষ্টি করতে দেখা যাবে। কখনও কখনও ইলেক্ট্রোলাইট পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া সহ্য করতে পারে বা উচ্চ তাপমাত্রায় পচে যেতে পারে। তরল ইলেক্ট্রোলাইটের তাপীয় স্থিতিশীলতা শুধুমাত্র 100 ডিগ্রি পর্যন্ত বজায় রাখা যেতে পারে, যখন অক্সাইড কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট 800 ডিগ্রিতে পৌঁছাতে পারে, এবং সালফাইড এবং হ্যালাইডগুলিও 400 ডিগ্রিতে পৌঁছাতে পারে। সলিড অক্সাইড তরল পদার্থের চেয়ে বেশি স্থিতিশীল এবং কঠিন আকারের কারণে তাদের প্রভাব প্রতিরোধ ক্ষমতা তরলের তুলনায় অনেক বেশি। অতএব, সলিড-স্টেট ব্যাটারি নিরাপত্তার জন্য মানুষের চাহিদা মেটাতে পারে।
উচ্চ শক্তি ঘনত্ব:
বর্তমানে, সলিড-স্টেট ব্যাটারিগুলি তরল ব্যাটারির চেয়ে বেশি শক্তির ঘনত্ব অর্জন করেনি, তবে তাত্ত্বিকভাবে, সলিড-স্টেট ব্যাটারিগুলি খুব উচ্চ শক্তির ঘনত্ব অর্জন করতে পারে। তরল ব্যাটারির মতো ফুটো প্রতিরোধ করার জন্য সলিড-স্টেট ব্যাটারিগুলিকে তরলে মোড়ানো দরকার নেই। অতএব, অপ্রয়োজনীয় শেল, মোড়ানো ফিল্ম, তাপ অপচয় উপকরণ ইত্যাদি নির্মূল করা যেতে পারে এবং শক্তির ঘনত্ব ব্যাপকভাবে উন্নত করা যেতে পারে।
উচ্চ ক্ষমতা:
তরল ব্যাটারিতে লিথিয়াম আয়নগুলি পরিবাহিত হয়, যখন সলিড-স্টেট ব্যাটারিতে লিথিয়াম আয়ন হয় জাম্প কন্ডাকশনের মাধ্যমে, যা দ্রুততর এবং উচ্চ চার্জ এবং স্রাবের হার রয়েছে। দ্রুত চার্জিং সবসময়ই তরল ব্যাটারি প্রযুক্তিতে একটি অসুবিধা ছিল কারণ চার্জিং গতি খুব দ্রুত হলে লিথিয়াম ক্ষয় হবে, কিন্তু এই সমস্যাটি অল-সলিড-স্টেট ব্যাটারিতে বিদ্যমান নেই।
নিম্ন-তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা:
তরল ব্যাটারি সাধারণত -10 ডিগ্রী থেকে 45 ডিগ্রীতে স্থিরভাবে কাজ করে, কিন্তু শীতকালে তাদের ক্রুজিং রেঞ্জ গুরুতরভাবে কমে যায়। কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটগুলির অপারেটিং তাপমাত্রা -30 ডিগ্রী এবং 100 ডিগ্রীর মধ্যে, তাই অত্যন্ত ঠান্ডা এলাকা ছাড়া ব্যাটারির আয়ুতে কোন হ্রাস হবে না, এবং কোন জটিল তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেমের প্রয়োজন হয় না।
দীর্ঘ জীবনকাল:
তরল ব্যাটারির মধ্যে, টারনারি ব্যাটারির গড় আয়ু হল 500-1000 চক্র, এবং লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের আয়ু 2000 চক্রে পৌঁছতে পারে। পাতলা ফিল্ম অল-সলিড-স্টেট ভবিষ্যতে 45,000 চক্রে পৌঁছতে পারে এবং পরীক্ষাগারে 5C জীবনকাল 10,000 বার পৌঁছতে পারে। যখন একই শক্তির ঘনত্বের উৎপাদন খরচ একত্রিত করা যায়, তখন সলিড-স্টেট ব্যাটারির খরচ-কার্যকারিতা অতুলনীয়।
4টি কঠিন অজৈব ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনা
কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের উপাদানগুলিকে চারটি ভাগে ভাগ করা যায়: অক্সাইড, সালফাইড, পলিমার এবং হ্যালাইড। এই চার ধরনের ইলেক্ট্রোলাইটের প্রত্যেকটির আলাদা আলাদা ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা গবেষণা ও উন্নয়ন, উৎপাদন এবং শিল্পায়ন এবং এর ভবিষ্যত বাজার অবস্থানের অসুবিধা নির্ধারণ করে।
অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটস:
সুবিধাদি:আয়নিক পরিবাহিতা মাঝখানে, এবং এটির সর্বোত্তম ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতা, যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা রয়েছে। এটি উচ্চ-ভোল্টেজ ক্যাথোড উপকরণ এবং ধাতব লিথিয়াম অ্যানোডের সাথে অভিযোজিত হতে পারে। চমৎকার বৈদ্যুতিন পরিবাহিতা এবং আয়ন নির্বাচন. একই সময়ে, সরঞ্জামের ধারাবাহিকতা এবং উত্পাদন ব্যয়ের ডিগ্রিরও দুর্দান্ত সুবিধা রয়েছে। ব্যাপক ক্ষমতা হল সবচেয়ে ব্যাপক।
অসুবিধা:হ্রাস স্থিতিশীলতা সামান্য কম, ভঙ্গুর, এবং ফাটল হতে পারে।
অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলির উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি, ভাল তাপ এবং বায়ু স্থিতিশীলতা এবং প্রশস্ত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো রয়েছে। অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলিকে স্ফটিক এবং নিরাকার অবস্থায় ভাগ করা যায়। সাধারণ স্ফটিক অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে রয়েছে পেরোভস্কাইট-টাইপ, লিসিকন টাইপ, নাসিকন টাইপ এবং গারনেট টাইপ। অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলি উচ্চ ভোল্টেজ সহ্য করতে পারে, উচ্চ পচনশীল তাপমাত্রা থাকতে পারে এবং ভাল যান্ত্রিক শক্তি থাকতে পারে। যাইহোক, এর ঘরের তাপমাত্রা আয়নিক পরিবাহিতা কম (<10-4 S/cm), it has poor contact with the solid-solid interface of the positive and negative electrodes, and it is usually thick (>200μm), যা ব্যাটারির ভলিউম শক্তি ঘনত্বকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। উপাদান ডোপিং এবং শস্য সীমানা পরিবর্তনের মাধ্যমে, অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটের ঘরের তাপমাত্রা পরিবাহিতাকে 10-3 S/সেমি ক্রমে বাড়ানো যেতে পারে। স্ফটিক ভলিউম নিয়ন্ত্রণ করা এবং পলিমার আবরণ যোগ করা অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইট এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে ইন্টারফেসিয়াল যোগাযোগ উন্নত করতে পারে। দ্রবণ/স্লারি আবরণ পদ্ধতি অতি থিন কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ঝিল্লি তৈরি করতে পারে।
সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট:
সুবিধাদি:সর্বোচ্চ আয়ন পরিবাহিতা, ছোট শস্যের সীমানা প্রতিরোধ, ভাল নমনীয়তা এবং ভাল আয়ন নির্বাচনীতা।
অসুবিধা:দরিদ্র রাসায়নিক স্থায়িত্ব, লিথিয়াম ধাতু সঙ্গে প্রতিক্রিয়া, এবং সহজে আর্দ্র বায়ু সঙ্গে প্রতিক্রিয়া. খরচ বেশি এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য খারাপ। বর্তমানে, উত্পাদন এখনও একটি গ্লাভ বাক্সে করা দরকার, এটি বড় আকারে ব্যাপক উত্পাদন করা কঠিন করে তোলে।
সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলির উচ্চ কক্ষ-তাপমাত্রার পরিবাহিতা এবং ভাল নমনীয়তা রয়েছে এবং ডোপিং এবং আবরণের মাধ্যমে তাদের স্থিতিশীলতা উন্নত করা যেতে পারে। সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট বর্তমানে তিনটি প্রধান আকারে আসে: কাচ, কাচের সিরামিক এবং স্ফটিক। সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের উচ্চ কক্ষ তাপমাত্রার পরিবাহিতা থাকে, যা তরল ইলেক্ট্রোলাইট (10-4-10-2 S/cm), মাঝারি কঠোরতা, ভাল ইন্টারফেস শারীরিক যোগাযোগ এবং ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কাছাকাছি হতে পারে। তারা সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রার্থী উপকরণ। যাইহোক, সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলির একটি সংকীর্ণ ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো রয়েছে, ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের সাথে দুর্বল ইন্টারফেস স্থায়িত্ব এবং আর্দ্রতার প্রতি খুব সংবেদনশীল। এটি বাতাসে পানির ট্রেস পরিমাণের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে এবং বিষাক্ত হাইড্রোজেন সালফাইড গ্যাস ছেড়ে দিতে পারে। উত্পাদন, পরিবহন, এবং প্রক্রিয়াকরণের খুব উচ্চ পরিবেশগত প্রয়োজনীয়তা আছে। পরিবর্তন পদ্ধতি যেমন ডোপিং এবং আবরণ সালফাইড এবং ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে ইন্টারফেসকে স্থিতিশীল করতে পারে, এগুলিকে বিভিন্ন ধরণের ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সামগ্রীর জন্য উপযুক্ত করে তোলে এবং এমনকি লিথিয়াম-সালফার ব্যাটারিতেও ব্যবহৃত হয়।
সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট ব্যাটারির প্রস্তুতির উচ্চ পরিবেশগত প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট উচ্চ পরিবাহিতা তুলনামূলকভাবে নরম, এবং আবরণ পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত হতে পারে. উৎপাদন প্রক্রিয়া বিদ্যমান তরল ব্যাটারি উত্পাদন প্রক্রিয়া থেকে খুব আলাদা নয়, কিন্তু ব্যাটারির ইন্টারফেস যোগাযোগ উন্নত করার জন্য, এটি সাধারণত আবরণ পরে একাধিক গরম প্রেসিং সঞ্চালন এবং ইন্টারফেস যোগাযোগ উন্নত করতে একটি বাফার স্তর যোগ করার প্রয়োজন হয়। সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটগুলি আর্দ্রতার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল এবং বিষাক্ত গ্যাস হাইড্রোজেন সালফাইড তৈরি করতে বাতাসে পানির ট্রেস পরিমাণের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে, তাই ব্যাটারি উত্পাদনের জন্য পরিবেশগত প্রয়োজনীয়তাগুলি খুব বেশি।
পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট:
সুবিধাদি:ভাল নিরাপত্তা, নমনীয়তা, ইন্টারফেস যোগাযোগ, এবং ফিল্ম গঠন করা সহজ।
অসুবিধা:আয়নিক পরিবাহিতা ঘরের তাপমাত্রায় খুবই কম এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা দুর্বল।
এটি নমনীয় এবং প্রক্রিয়া করা সহজ, এবং ক্রস-লিঙ্কিং, ব্লেন্ডিং, গ্রাফটিং এবং প্লাস্টিকাইজার যোগ করার মাধ্যমে পরিবাহিতা উন্নত করা যেতে পারে। পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলিতে ব্যবহৃত প্রধান পলিমার সাবস্ট্রেটগুলির মধ্যে রয়েছে PEO, PAN, PVDF, PA, PEC, PPC, ইত্যাদি৷ ব্যবহৃত প্রধান লিথিয়াম সল্টগুলির মধ্যে রয়েছে LiPF6, LiFSI, LiTFSI, ইত্যাদি৷ পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি প্রস্তুত করা সহজ, ভাল নমনীয়তা এবং প্রক্রিয়াযোগ্যতা, এবং নমনীয় ইলেকট্রনিক পণ্য বা অপ্রচলিত আকারের ব্যাটারিতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটির ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের সাথে ভাল শারীরিক যোগাযোগ রয়েছে এবং প্রক্রিয়াটি বিদ্যমান লিথিয়াম ব্যাটারির তুলনায় তুলনামূলকভাবে কাছাকাছি। এটি বিদ্যমান সরঞ্জামের রূপান্তরের মাধ্যমে ব্যাটারির ব্যাপক উত্পাদনে সহজেই ব্যবহার করা যেতে পারে। যাইহোক, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের ঘরের তাপমাত্রা আয়নিক পরিবাহিতা সাধারণত খুব কম হয় (<10-6 S/cm). The most common PEO-based polymer electrolyte also has poor oxidation stability and can only be used for LFP-positive electrodes. The room temperature conductivity of polymer electrolytes can be improved by cross-linking, blending, grafting, or adding a small amount of plasticizers with a variety of polymers. In-situ curing can improve the physical contact between the polymer electrolyte and the positive and negative electrodes to the level of liquid batteries. The design of asymmetric electrolytes can broaden the electrochemical window of polymer electrolytes. The battery manufacturing process developed earlier and is relatively mature. The polymer electrolyte layer can be prepared by dry or wet methods. Battery cell assembly is achieved through roll-to-roll compounding between electrodes and electrolytes. Both dry and wet methods are very mature, easy to manufacture large batteries, and are closest to the existing liquid battery preparation methods.
হ্যালাইড ইলেক্ট্রোলাইট:
সুবিধাদি:কম ইলেকট্রনিক প্রতিরোধ, উচ্চ আয়ন নির্বাচন, উচ্চ হ্রাস স্থায়িত্ব, এবং ক্র্যাক করা সহজ নয়।
অসুবিধা:এটি এখনও পরীক্ষাগার পর্যায়ে রয়েছে, দরিদ্র রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং অক্সিডেটিভ স্থিতিশীলতা রয়েছে এবং উচ্চ আয়ন প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে।
হ্যালাইড এবং পলিমারগুলির বিশিষ্ট সুবিধা এবং অসুবিধাগুলির কারণে, সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য ভবিষ্যতের বৈশ্বিক প্রতিযোগিতা প্রধানত অক্সাইড এবং সালফাইডগুলিতে ফোকাস করবে। প্রকৃতপক্ষে, এর দরিদ্র রাসায়নিক স্থিতিশীলতার কারণে, সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য যে ধরনের উপকরণ নির্বাচন করা যেতে পারে তা খুবই সংকীর্ণ, কিন্তু যতক্ষণ পর্যন্ত উপযুক্ত উপকরণ এবং প্রক্রিয়ার অগ্রগতি পাওয়া যায়, ততক্ষণ এই ঘাটতি পূরণ করা যেতে পারে।
যাইহোক, একটি শিল্পায়নের দৃষ্টিকোণ থেকে, জটিল প্রক্রিয়াগুলি উচ্চতর খরচ এবং একটি স্কেল সিলিং নিয়ে যাবে, তাই অক্সাইড সলিড ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বর্তমানে সলিড-স্টেট ব্যাটারির বিকাশের মূলধারা। তরল ব্যাটারি থেকে সলিড-স্টেট ব্যাটারি পর্যন্ত, একটি আধা-কঠিন ব্যাটারি পর্যায় থাকবে এবং এই পর্যায়ে সবচেয়ে উপযুক্ত হল অক্সাইড পথ। এটি তার ব্যাপক কর্মক্ষমতা এবং খরচ সুবিধার কারণে। সেমি-সলিড-স্টেট ব্যাটারিগুলি বর্তমান তরল ব্যাটারিগুলিকে আরও দ্রুত প্রতিস্থাপন করতে পারে, ধীরে ধীরে সলিড-স্টেট ব্যাটারির সুবিধা এবং ব্যয়-কার্যকারিতার সুবিধা গ্রহণ করে।
প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে, ভবিষ্যতে অক্সাইড বা সালফাইডের দ্বারা বিশ্বে আধিপত্য থাকবে কিনা তা এখনও স্পষ্ট নয়। সলিড-স্টেট ব্যাটারি প্রযুক্তির মূল হ'ল সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটগুলির গবেষণা এবং বিকাশ। যদিও বর্তমান কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট উপাদানগুলি দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছে, তবুও তাদের এখনও দুর্বল পরিবাহিতা, বড় ইন্টারফেস প্রতিরোধের এবং উচ্চ প্রস্তুতির খরচের মতো সমস্যা রয়েছে। কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা এবং স্থিতিশীলতা উন্নত করার জন্য অবিরত মৌলিক গবেষণা এবং প্রযুক্তিগত অগ্রগতি প্রয়োজন।
