ব্যাটারিতে অ্যালুমিনিয়ামের প্রয়োগ: ভূমিকা এবং উদ্ভাবন

ক্যাথোড বর্তমান সংগ্রাহক হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম

অ্যালুমিনিয়াম হল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ক্যাথোড বর্তমান সংগ্রাহকদের জন্য আদর্শ উপাদান কারণ এটি একটি পাতলা, স্ব-প্যাসিভেটিং অক্সাইড স্তর গঠন করে যা ক্যাথোডের উচ্চ পরিচালন সম্ভাবনা, সাধারণত 3-4.5 V, যেখানে তামা অক্সিডাইজ এবং অক্সিডাইজ হয়। অ্যালুমিনিয়াম ব্যবহারিক সুবিধাও দেয়: এর ঘনত্ব প্রায় 2.7 g/cm³ তামার তুলনায় প্রায় 60% কম, বৈদ্যুতিক যান এবং বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক্সের জন্য ব্যাটারির ওজন হ্রাস করে, এবং এটি তামার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম ব্যয়বহুল, বড় আকারের উৎপাদনের জন্য উৎপাদন খরচ কমিয়ে দেয়। যদিও অ্যালুমিনিয়ামের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা তামার তুলনায় কম, এটি ক্যাথোড সংগ্রাহকদের জন্য যথেষ্ট থাকে এবং কার্বন{11}}কোটেড ফয়েলের মতো পৃষ্ঠের চিকিত্সা ইলেক্ট্রন স্থানান্তরকে আরও উন্নত করে। 10-20 মাইক্রন পুরুত্বের অ্যালুমিনিয়াম ফয়েল রোল-টু-রোল ইলেক্ট্রোড প্রক্রিয়াকরণের জন্য প্রয়োজনীয় নমনীয়তা প্রদান করে।

শক্তি ঘনত্ব এবং তাপ ব্যবস্থাপনা

হালকা ওজনের অ্যালুমিনিয়াম বর্তমান সংগ্রাহক এবং কাঠামোগত উপাদানগুলি ব্যবহার করে ব্যাটারি প্যাকগুলির মাধ্যাকর্ষণ শক্তি ঘনত্ব উন্নত করে, ভারী ডিজাইনের তুলনায় মোটামুটি 15-20% লাভের রিপোর্ট করা হয়েছে৷ অ্যালুমিনিয়ামের তাপ পরিবাহিতা, প্রায় 237 W/(m·K), এটিকে কুলিং প্লেট, হিট এক্সচেঞ্জার এবং ব্যাটারি হাউজিংগুলির জন্য কার্যকর করে তোলে যা কোষের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে এবং তাপীয় পলাতক প্রতিরোধ করে। এক্সট্রুড অ্যালুমিনিয়াম কুলিং চ্যানেল এবং কোল্ড প্লেটগুলি বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারি প্যাকগুলিতে মানক, এবং উচ্চ-শক্তি 6xxx সিরিজের অ্যালয়গুলি হালকা ওজনের ঘের তৈরি করে যা সক্রিয় পদার্থের জন্য স্থান খালি করার সময় কোষগুলিকে রক্ষা করে। অ্যানোডাইজড বা লেপা অ্যালুমিনিয়াম পৃষ্ঠতল ইলেক্ট্রোলাইট জারা প্রশমিত করে এবং সময়ের সাথে সাথে স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা বজায় রাখে।

চ্যালেঞ্জ এবং প্রশমন

নির্দিষ্ট রসায়নে অ্যালুমিনিয়ামের প্রতিক্রিয়া চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। জলীয় ইলেক্ট্রোলাইটে, যেমন অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার ব্যাটারিতে, অ্যালুমিনিয়াম জলের সঙ্গে বিক্রিয়া করে অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইড তৈরি করে এবং হাইড্রোজেন ছেড়ে দেয়, যা অ্যানোডকে ক্ষয় করে; ইনহিবিটর এবং অপ্টিমাইজড ইলেক্ট্রোলাইট রচনাগুলি এই পরজীবী প্রতিক্রিয়া হ্রাস করে। ক্লোরাইড-সমৃদ্ধ পরিবেশে, পিটিং ক্ষয় ঘটতে পারে এবং প্রতিরক্ষামূলক আবরণ যেমন অ্যানোডাইজড অক্সাইড স্তর বা গ্রাফিন অক্সাইড বাধা ক্লোরাইডের অনুপ্রবেশকে বাধা দেয়। উচ্চ ভোল্টেজে, অন্তরক অক্সাইড স্তর ইন্টারফেসিয়াল প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়, যা পরিবাহী সংকর ধাতু বা কার্বন{5}}কোটেড ফয়েল দিয়ে প্রশমিত হয়। মাল্টি-ধাতু সিস্টেমে গ্যালভানিক ক্ষয়কে অন্তরক আন্তঃস্তর দিয়ে নিয়ন্ত্রিত করা হয়, এবং স্ব-অ্যালুমিনিয়ামে নিঃসরণ-এয়ার সেল ইলেক্ট্রোলাইট ডিজাইন এবং ন্যানোস্ট্রাকচারড অ্যানোডের মাধ্যমে হ্রাস করা হয়।

খাদ এবং আবরণ উদ্ভাবন

অ্যালুমিনিয়াম-ভিত্তিক উদ্ভাবনগুলি অ্যানোড এবং ক্যাথোড উভয়ের কর্মক্ষমতা উন্নত করছে৷ অ্যালুমিনিয়াম ডোপিং জলীয় জিঙ্ক-নিকেল ব্যাটারিতে নিকেল ভিত্তিক ক্যাথোড কাঠামোকে স্থিতিশীল করে, ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইটের অবক্ষয় হ্রাস করে। নিকেল-অ্যালুমিনিয়াম অনুঘটক সংকরগুলি হাইড্রোজেন-সম্পর্কিত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমে প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যাকে উন্নত করে। সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য স্তরযুক্ত অক্সাইডে অ্যালুমিনিয়াম প্রতিস্থাপন স্ফটিক গঠনকে স্থিতিশীল করে এবং চক্রের স্থায়িত্ব উন্নত করে, যখন অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড পৃষ্ঠের আবরণ ম্যাঙ্গানিজ দ্রবীভূত করে এবং ক্যাথোডের আয়ু বাড়ায়। ন্যানোস্কেল ইউটেটিক স্ট্রাকচার সহ সংযোজনীভাবে তৈরি অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়গুলি ব্যাটারি হাউজিং এবং তাপ ব্যবস্থাপনা উপাদানগুলির জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় ক্রীপ প্রতিরোধের সরবরাহ করে।

অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার ব্যাটারি

অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার ব্যাটারি প্রাথমিক শক্তি সঞ্চয়ের জন্য অ্যালুমিনিয়ামের উচ্চ বৈদ্যুতিক রাসায়নিক শক্তির ঘনত্বের ব্যবহার করে, কিন্তু বাণিজ্যিকীকরণ বিভিন্ন বাধার সম্মুখীন হয়। অ্যানোডের পরজীবী ক্ষয় স্টোরেজের সময় ক্ষমতা হ্রাস করে এবং প্রতিরক্ষামূলক অ্যালোয়িং বা আবরণ খরচ এবং জটিলতা যোগ করে। অক্সিজেন হ্রাস করার জন্য দক্ষ অনুঘটকের প্রয়োজন, এবং সস্তা বিকল্পগুলি দ্রুত হ্রাস পায়, চক্রের জীবনকে হ্রাস করে। অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইড প্রসিপিটেট এবং ক্লগ ইলেক্ট্রোডের মতো ডিসচার্জ উপজাত, ইলেক্ট্রোলাইট পরিচালনার প্রয়োজন এবং বেশিরভাগ অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার সিস্টেম একক-ব্যবহার কারণ অ্যালুমিনিয়াম জারণ সহজে বিপরীত হয় না। প্রমিত উপাদান এবং পুনর্ব্যবহার করার জন্য অবকাঠামো এখনও বিকাশ করছে, তাই এই ব্যাটারিগুলি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত যেখানে দীর্ঘ শেলফ লাইফ এবং উচ্চ শক্তির ঘনত্ব প্রতিস্থাপনের খরচকে ছাড়িয়ে যায়।

FAQ

প্রশ্ন 1: ক্যাথোড বর্তমান সংগ্রাহকদের জন্য তামার পরিবর্তে অ্যালুমিনিয়াম কেন ব্যবহার করা হয়?

অ্যালুমিনিয়াম ক্যাথোডের উচ্চ সম্ভাবনায় ক্ষয় প্রতিরোধ করে যেখানে তামা জারিত হবে এবং এটি হালকা এবং কম ব্যয়বহুল। অ্যানোডের পাশে কপার ব্যবহার করা হয়, যেখানে অ্যালুমিনিয়াম লিথিয়ামের সাথে মিশ্রিত হবে।

প্রশ্ন 2: ব্যাটারিতে অ্যালুমিনিয়াম ফয়েলের কী বেধ ব্যবহার করা হয়?

ক্যাথোড বর্তমান সংগ্রাহক ফয়েলগুলি সাধারণত 10-20 মাইক্রন পুরু, শক্তির ঘনত্ব সর্বাধিক করার জন্য যথেষ্ট পাতলা এবং রোল-টু-রোল প্রক্রিয়াকরণের জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী।

প্রশ্ন 3: অ্যালুমিনিয়াম কীভাবে ব্যাটারি তাপ ব্যবস্থাপনায় সহায়তা করে?

অ্যালুমিনিয়ামের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এটিকে কুলিং প্লেট, ঠান্ডা প্লেট এবং তাপ সিঙ্কের জন্য কার্যকর করে তোলে যা কোষ থেকে তাপ অপসারণ করে, তাপীয় পলাতক প্রতিরোধ করতে এবং চক্রের আয়ু বাড়াতে সাহায্য করে।

Q4: অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার ব্যাটারি কি রিচার্জযোগ্য?

বেশিরভাগ বাণিজ্যিক অ্যালুমিনিয়াম-এয়ার ব্যাটারি প্রাথমিক, একক-ব্যবহারকারী সিস্টেম কারণ অ্যালুমিনিয়াম অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়া বিপরীত করা কঠিন। রিচার্জেবল প্রোটোটাইপ বিদ্যমান কিন্তু বর্তমানে কম দক্ষতা এবং সংক্ষিপ্ত চক্র জীবনের সম্মুখীন।

প্রশ্ন 5: ব্যাটারি অ্যালুমিনিয়াম পুনর্ব্যবহৃত করা যেতে পারে?

হ্যাঁ। বর্তমান সংগ্রাহক, হাউজিং এবং কুলিং স্ট্রাকচার সহ ব্যাটারি থেকে অ্যালুমিনিয়াম উপাদানগুলি অ্যালুমিনিয়াম পুনর্ব্যবহারযোগ্য স্ট্রিমগুলির মাধ্যমে পুনরুদ্ধার করা যেতে পারে, শক্তি সঞ্চয়ের জন্য বৃত্তাকার অর্থনীতির লক্ষ্যগুলিকে সমর্থন করে।