বিশ্বব্যাপী কার্বন নিরপেক্ষতার লক্ষ্যের দ্বারা পরিচালিত, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি একটি মূল শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তি হিসাবে দ্রুত বিকশিত হচ্ছে। চারটি মূল ব্যাটারি উপাদানের মধ্যে একটি, অ্যানোড উপকরণ, ঐতিহ্যবাহী গ্রাফাইট থেকে উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন, দ্রুত-চার্জিং উপকরণে একটি বিপ্লবী পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে। এর মধ্যে রজন-ভিত্তিক ছিদ্রযুক্ত কার্বন পরবর্তী প্রজন্মের সিভিডি সিলিকন অ্যানোড উপকরণের মূল সহায়ক হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে। এর অনন্য টিউনেবল পোর স্ট্রাকচার, চমৎকার ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্স এবং সিলিকন উপকরণের সাথে উচ্চতর সামঞ্জস্যের কারণে এটি শিল্প আপগ্রেড তরঙ্গের নেতৃত্ব দিচ্ছে।
পণ্য প্রযুক্তি শ্রেণীবিভাগ
রজন-ভিত্তিক ছিদ্রযুক্ত কার্বন কাঁচামালের উৎস, কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য এবং চূড়ান্ত প্রয়োগের উপর ভিত্তি করে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে।
প্রিকার্সর রজন উৎসের উপর ভিত্তি করে
সিন্থেটিক রজন-ভিত্তিক:
ফেনোলিক রজন-ভিত্তিক: সবচেয়ে সাধারণ উপায়। কাঁচামাল সহজেই পাওয়া যায় এবং প্রক্রিয়াটি পরিপক্ক (দ্রবণ পলিমারাইজেশন, নিরাময়, কার্বনাইজেশন, সক্রিয়করণ)। এটি গোলাকার, আধা-গোলাকার এবং অনিয়মিত ব্লক-আকৃতির ছিদ্রযুক্ত কার্বন তৈরি করে। এর সুবিধাগুলি হল অত্যন্ত নিয়ন্ত্রণযোগ্য ছিদ্র কাঠামো, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি, চমৎকার অ্যান্টি-এক্সপ্যানশন এবং চাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং অভিন্ন সিলিকন জমা। এর ফলে উচ্চ প্রথম-চক্র দক্ষতা (>88%) এবং দীর্ঘ চক্র জীবনকাল পাওয়া যায়।
অন্যান্য সিন্থেটিক রেজিনের মধ্যে রয়েছে পলিঅ্যাক্রিলোনাইট্রাইল (PAN), ইপোক্সি রেজিন এবং পলিমাইড (PI)। প্রতিটির নিজস্ব বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে ব্যাটারি অ্যানোডে ফেনোলিক রেজিন সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়।
জৈববস্তুপুঞ্জ থেকে প্রাপ্ত রজন-ভিত্তিক:
একটি সবুজ, উদীয়মান পথ। জৈববস্তু পরিশোধন পণ্য (যেমন, লিগনিন ডেরিভেটিভস, চিনি ডেরিভেটিভস) রজন সংশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত হয়, যা পরে ছিদ্রযুক্ত কার্বন তৈরি করতে কার্বনাইজ করা হয়। এটি জৈববস্তুর কম খরচের সুবিধার সাথে ঐতিহ্যবাহী রজনের স্থায়িত্বকে একত্রিত করে।
অ্যাসফল্ট-ভিত্তিক:
সাধারণত আলাদাভাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়, অ্যাসফল্ট উচ্চ পলিমার (পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন) পাইরোলাইসিস থেকে উদ্ভূত হয়। এটি ইন্টারমিডিয়েট-ফেজ অ্যাসফল্ট-ডিরিয়েভড কার্বন মাইক্রোস্ফিয়ার (MCMB) তৈরিতে ব্যবহৃত হয়, তবে রজনগুলির তুলনায় ছিদ্র গঠন নিয়ন্ত্রণ করা আরও কঠিন।
পোর স্ট্রাকচার বৈশিষ্ট্য এবং অ্যাপ্লিকেশন ফোকাসের উপর ভিত্তি করে
ছিদ্রযুক্ত কার্বন বাহক হিসেবে সিলিকন-কোবল্ট অ্যানোড উপকরণ: মূল প্রয়োজন হলো একটি সু-বিকশিত মেসোপোর কাঠামো (২-৫০ ন্যানোমিটার)। মেসোপোরগুলি সিলিকন ন্যানো পার্টিকেল এবং বাফার ভলিউম সম্প্রসারণের জন্য স্থান প্রদান করে। মাইক্রোপোরগুলি (<২ ন্যানোমিটার) অতিরিক্ত লিথিয়াম স্টোরেজ সাইট প্রদান করে এবং পরিবাহিতা প্রভাবিত করে। মাইক্রোপোর/মেসোপোর অনুপাত, ছিদ্রের আয়তন, আকার বিতরণ এবং পৃষ্ঠের রসায়ন অবশ্যই সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা উচিত। ফেনোলিক রজন-ভিত্তিক উপকরণগুলি তাদের উচ্চ টিউনেবিলিটির কারণে উৎকৃষ্ট। কর্মক্ষমতা সূচকগুলির মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, ছিদ্রের আয়তন, সিলিকন লোডিং, প্রথম-চক্রের দক্ষতা এবং চক্রের স্থিতিশীলতা।
হার্ড কার্বন অ্যানোড: মূলত সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহৃত হয়। কম তাপমাত্রায় (১০০০-১৪০০°C) কার্বনাইজিং রেজিন (ফেনলিক বা ফুরান রেজিন) বা জৈববস্তুপুঞ্জের মাধ্যমে শক্ত কার্বন উৎপাদিত হয়। এতে অনেক ত্রুটি, বন্ধ ছিদ্র এবং গ্রাফাইটের মতো মাইক্রোক্রিস্টালাইন কাঠামো রয়েছে। এর জন্য উচ্চ ক্ষমতা, চমৎকার হার কর্মক্ষমতা, নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা এবং কম ভোল্টেজ মালভূমি প্রয়োজন।
সুপারক্যাপাসিটর ইলেক্ট্রোড কার্বন: খুব উচ্চ পৃষ্ঠতল এলাকা (প্রধানত মাইক্রোপোর) এবং চমৎকার পরিবাহিতা প্রয়োজন। রজন-ভিত্তিক (বিশেষ করে ফেনোলিক রজন) সক্রিয় কার্বন মাইক্রোস্ফিয়ারগুলি সেরা পছন্দ।
শোষণ/অনুঘটন ছিদ্রযুক্ত কার্বন: শোষণকারী বা অনুঘটক বিক্রিয়ার উপর নির্ভর করে, নির্দিষ্ট ছিদ্র কাঠামো এবং পৃষ্ঠের কার্যকরী গোষ্ঠীর প্রয়োজন হয়।
রূপবিদ্যার উপর ভিত্তি করে
গোলাকার/আধা-গোলাকার: ভালো প্রবাহযোগ্যতা, অভিন্ন ইলেকট্রোড স্লারি আবরণের জন্য আদর্শ, এবং উচ্চ বাল্ক ঘনত্ব। ইমালসন পলিমারাইজেশন বা সাসপেনশন পলিমারাইজেশনের মাধ্যমে ফেনোলিক রজন-ভিত্তিক উপকরণগুলি প্রস্তুত করা সহজ।
অনিয়মিত ব্লক/পাউডার: প্রস্তুত করা তুলনামূলকভাবে সহজ, খরচ কিছুটা কম। তবে, ইলেকট্রোড প্রক্রিয়াকরণের কর্মক্ষমতা প্রভাবিত হতে পারে।
মূল উৎপাদন প্রক্রিয়া
রজন-ভিত্তিক ছিদ্রযুক্ত কার্বনের প্রস্তুতি পলিমার পূর্বসূরী নির্বাচন, ছাঁচনির্মাণ, নিরাময় (ক্রসলিংকিং), কার্বনাইজেশন এবং সক্রিয়করণের উপর নির্ভর করে। এই প্রক্রিয়াগুলি সরাসরি পণ্যের গঠন, কর্মক্ষমতা এবং খরচের উপর প্রভাব ফেলে।
পূর্বসূরী সংশ্লেষণ এবং ছাঁচনির্মাণ
- সিন্থেটিক রজন প্রস্তুতি: উদাহরণস্বরূপ, ফেনল এবং ফর্মালডিহাইডের ঘনীভবনের মাধ্যমে ফেনোলিক রজন সংশ্লেষিত হয়।
- জৈববস্তুপুঞ্জ থেকে প্রাপ্ত রজন সংশ্লেষণ: লিগনিন এবং সেলুলোজের মতো জৈববস্তু পরিশোধন পণ্যগুলিকে ক্রসলিংকেবল রজন ইন্টারমিডিয়েটে রূপান্তরিত করা হয়।
ছাঁচনির্মাণ
- গোলাকার গঠন: ইমালসন পলিমারাইজেশন (জলে তেল বা তেলের মধ্যে জল) এবং সাসপেনশন পলিমারাইজেশন হল গোলাকার ফেনোলিক রজন মাইক্রোস্ফিয়ার তৈরির প্রধান পদ্ধতি। মূল কারণগুলির মধ্যে রয়েছে ইমালসিফায়ার, ডিসপারসেন্ট, নাড়ার গতি এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা।
- ব্লক/অন্যান্য আকার: পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে দ্রবণ ঢালাই, ছাঁচনির্মাণ এবং এক্সট্রুশন।
নিরাময় (ক্রসলিংকিং):
এটি রজন প্রিকার্সারে একটি 3D নেটওয়ার্ক কাঠামো তৈরি করে, যা নিশ্চিত করে যে এটি আকৃতি ধরে রাখে এবং উচ্চ-তাপমাত্রা চিকিত্সার সময় লক্ষ্য ছিদ্র কাঠামো বিকাশ করে। ফেনোলিক রেজিনগুলিকে সাধারণত 150-200°C তাপমাত্রায় তাপ নিরাময়ের প্রয়োজন হয়। ক্রসলিংকিংয়ের মাত্রা সরাসরি কার্বনাইজেশন ফলন এবং কার্বন কাঠামোর শক্তিকে প্রভাবিত করে।
কার্বনাইজেশন
জৈব পলিমারগুলিকে অজৈব কার্বনে রূপান্তর করার জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় (600-1200°C) একটি জড় বায়ুমণ্ডলে (N₂, Ar) প্রিকার্সার প্রক্রিয়াজাত করা হয়। এই প্রক্রিয়ায় পাইরোলাইসিস, সুগন্ধীকরণ এবং ছোট অণু অপসারণ জড়িত। মাইক্রোক্রিস্টালাইন কাঠামো এবং প্রাথমিক ছিদ্র গঠনের জন্য তাপীকরণের হার, চূড়ান্ত তাপমাত্রা এবং সময় অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সক্রিয়করণ (ছিদ্র গঠন)
এই ধাপটি উপাদানটিকে উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং প্রচুর ছিদ্র দেয়।
- শারীরিক সক্রিয়করণ: উচ্চ তাপমাত্রায় (৭০০-১০০০°C) জলীয় বাষ্প বা CO₂ কার্বনকে জারিত করে এবং কার্বন পরমাণুকে বেছে বেছে ছিদ্র তৈরি করে। এই পদ্ধতিটি পরিবেশ বান্ধব কিন্তু এর ফলে মূলত কম মেসোপোর সহ মাইক্রোপোর তৈরি হয়।
- রাসায়নিক সক্রিয়করণ: কার্বনাইজেশনের আগে বা পরে, পূর্বসূরীকে রাসায়নিক অ্যাক্টিভেটর (KOH, NaOH, ZnCl₂, H₃PO₄) দিয়ে গর্ভধারণ করা হয় এবং একটি জড় বায়ুমণ্ডলে (450-900°C) উত্তপ্ত করা হয়। অ্যাক্টিভেটরগুলি উচ্চ দক্ষতার সাথে ছিদ্র গঠনকে সহজতর করে, যার ফলে মাইক্রোপোর এবং মেসোপোরের মিশ্রণ তৈরি হয়।
- টেমপ্লেট পদ্ধতি: রজন সংশ্লেষণ বা ছাঁচনির্মাণের সময় টেমপ্লেট (যেমন, ন্যানো SiO₂ গোলক বা ব্লক কোপলিমার) যোগ করা হয়। কার্বনাইজেশন এবং সক্রিয়করণের পরে, টেমপ্লেটটি সরানো হয়, যার ফলে মেসোপোরাস কার্বনের ক্রম তৈরি হয়। এই পদ্ধতিটি সুনির্দিষ্ট কিন্তু ব্যয়বহুল এবং জটিল, যা বৃহৎ আকারের উৎপাদনকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে।
চিকিৎসার পর
অ্যাসিড ধোয়া/জল ধোয়া (অবশিষ্ট অ্যাক্টিভেটর এবং ছাই অপসারণের জন্য), শুকানো, স্ক্রিনিং এবং পৃষ্ঠ পরিবর্তন (যেমন, পরিবাহিতা এবং ভেজাতা বৃদ্ধির জন্য নাইট্রোজেন ডোপিং)।
মহাকাব্যিক গুঁড়ো
উন্নত অ্যানোড উপকরণের চাহিদা বৃদ্ধির সাথে সাথে, রজন-ভিত্তিক পোরস কার্বন উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এবং সুপারক্যাপাসিটর তৈরিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছে। অতি-সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং এবং প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তিতে দক্ষতার সাথে, এপিক পাউডার এই উদ্ভাবনী উপকরণগুলির উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত সমাধান প্রদান করে। জেট মিল, বল মিল এবং এয়ার ক্লাসিফায়ারের মতো অত্যাধুনিক গ্রাইন্ডিং সরঞ্জাম সরবরাহ করে, এপিক পাউডার রজন-ভিত্তিক পোরস কার্বনের প্রস্তুতিকে অপ্টিমাইজ করতে সহায়তা করে। এর মধ্যে রয়েছে কণার আকার, ছিদ্র গঠন এবং পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যের উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ, সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উপকরণের মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উন্নত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করা। এপিক পাউডারের অত্যাধুনিক সমাধানগুলি উচ্চ-মানের, উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন এবং দ্রুত চার্জিং শক্তি সঞ্চয় উপকরণগুলির দক্ষ উত্পাদনকে সমর্থন করে, যা শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তিতে চলমান বিপ্লবে অবদান রাখে।
