পরিবর্তিত সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণের গবেষণা এবং প্রয়োগ

ইভি এবং ইলেকট্রনিক্সের বিবর্তনের সাথে সাথে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব বৃদ্ধির প্রয়োজন হয়। ঐতিহ্যবাহী গ্রাফাইট অ্যানোডগুলির তাত্ত্বিক ক্ষমতা 372mAh/g কম, যা শক্তি ঘনত্বের উন্নতিকে সীমিত করে। সিলিকন প্রচুর পরিমাণে, পরিবেশ বান্ধব এবং 4200mAh/g এর উচ্চ তাত্ত্বিক ক্ষমতা রয়েছে। এটিকে পরবর্তী প্রজন্মের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয়। তবে, তীব্র আয়তনের প্রসারণ এবং কম প্রাথমিক কুলম্বিক দক্ষতা এর ব্যবহারিক প্রয়োগকে বাধাগ্রস্ত করে। পরিবর্তিত সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপাদানগুলি কার্যকরভাবে তাদের তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে।

সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ব্যর্থতা বিশ্লেষণ

পৃথিবীর ভূত্বকে প্রচুর পরিমাণে সিলিকন রয়েছে এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড হিসেবে এর তাত্ত্বিক ক্ষমতা ৪২০০mAh/g। এর সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, লিথিয়েশনের সময় সমস্যা দেখা দেয়, যেমন আয়তনের প্রসারণ এবং পরিবাহিতা হ্রাস। সক্রিয় উপাদানটি ভেঙে যেতে পারে বা গুঁড়ো হয়ে যেতে পারে এবং ইলেকট্রোড উপাদানটি বর্তমান সংগ্রাহক থেকে আলাদা হতে পারে।

যখন সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলি লিথিয়াম ব্যাটারি অ্যানোড হিসাবে ব্যবহার করা হয়, তখন চার্জ এবং ডিসচার্জের সময় সিলিকন এবং লিথিয়াম একটি সংকর প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। এই প্রক্রিয়ায়, সিলিকনের আয়তন 100%–300% দ্বারা ওঠানামা করে। সিলিকনের পরিমাণের পরিবর্তনের ফলে অ্যানোড উপাদানে ফাটল দেখা দেয়, যার ফলে গুঁড়ো হয়ে যায়। গুঁড়ো হয়ে যাওয়া উপাদান বর্তমান সংগ্রাহক থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, যা অ্যানোড কাঠামোর ক্ষতি করে। এই সময়কালে, ব্যাটারির ক্ষমতা হ্রাস প্রচলিত ব্যাটারির তুলনায় অনেক দ্রুত হয়।

চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের সময়, সিলিকনের বৃহৎ আয়তনের ওঠানামা কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) ফিল্মকে অক্ষত থাকতে বাধা দেয়। যখন SEI ফিল্মটি ফাটল ধরে, তখন নতুন SEI স্তর তৈরি হয়, যার ফলে লিথিয়াম গ্রহণ করা হয়। ক্রমাগত SEI গঠনের ফলে উল্লেখযোগ্য লিথিয়াম ক্ষতি হয়, অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায় এবং দ্রুত ক্ষমতা হ্রাস পায়।

সিলিকনের অভ্যন্তরীণ বাহক ঘনত্ব কম থাকার কারণে, ব্যাটারির কার্যকর রিলিজ এবং চক্র দক্ষতা এবং পরিবাহিতা দুর্বল। এটি বাজারে এর প্রয়োগ সীমিত করে।

পরিবর্তিত সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণ

পৃষ্ঠ পরিবর্তন techniques alter the chemical composition or structure of a material’s surface using chemical or physical methods, while preserving its inherent properties and imparting new surface characteristics.
Currently, Modified Silicon-Based Anode Materials techniques mainly include surface coating, surface functionalization, and artificial SEI films, all of which effectively improve the electrochemical performance of silicon-based anodes.

পৃষ্ঠ আবরণ

সিলিকন পৃষ্ঠ আবরণের প্রধান প্রক্রিয়া হল সিলিকন পৃষ্ঠের উপর এক বা একাধিক প্রতিরক্ষামূলক স্তর তৈরি করা। সিলিকন অ্যানোডের তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য এই স্তরগুলি ভৌত বা রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করে প্রস্তুত করা হয়। সাধারণত, প্রতিরক্ষামূলক স্তরটির নিম্নলিখিত কাজগুলি থাকে।

• সাইক্লিং কর্মক্ষমতা উন্নত করতে সিলিকন অ্যানোড কাঠামো স্থিতিশীল করুন এবং আয়তনের প্রসারণ দমন করুন।
• সিলিকন এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ কমাতে, পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করতে এবং Li+ খরচ কমাতে বাধা হিসেবে কাজ করে, ICE উন্নত করে।
• পৃষ্ঠের প্রতিরক্ষামূলক স্তরটি আয়ন এবং ইলেকট্রন প্রেরণ করার ক্ষমতা রাখে, যা সিলিকন সাবস্ট্রেটের পরিবাহিতা উন্নত করে।

সিলিকন পৃষ্ঠ আবরণ বাণিজ্যিকভাবে সিলিকন-কার্বন অ্যানোড প্রয়োগের অন্যতম প্রধান পদ্ধতি হিসেবে বিবেচিত হয়। সিলিকন পৃষ্ঠ আবরণের পূর্বসূরী প্রস্তুত করার সাধারণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে ভেজা রাসায়নিক পদ্ধতি, যান্ত্রিক বল মিলিং, স্প্রে শুকানো, জমা করা এবং অন্যান্য অনুরূপ পদ্ধতি। এর পরে তাপ চিকিত্সা বা আবরণ কাঠামোর সরাসরি সংশ্লেষণ করা হয়।

এর প্রধান সুবিধা হলো আবরণ পদ্ধতিগুলি বৈচিত্র্যময় এবং ব্যাপকভাবে উৎপাদন করা সহজ।
চার্জ-ডিসচার্জ প্রক্রিয়ার সময় আবরণ স্তরটি কার্যকরভাবে আয়তনের প্রসারণকে দমন করে, সাইক্লিং কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করে।

পৃষ্ঠ কার্যকারিতা

পাউডার উপকরণের পৃষ্ঠ কার্যকরীকরণ হল নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্যযুক্ত উপকরণ প্রস্তুত করার একটি পদ্ধতি। এতে সমজাতীয়তা বা পর্যায় পৃথকীকরণ অর্জনের জন্য কার্যকরী অণু দিয়ে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠকে পরিবর্তন করা জড়িত। এই পদ্ধতিটি উভয় সিস্টেমের কর্মক্ষমতা সুবিধাগুলিকে কাজে লাগায়। গঠন এবং কার্যকারিতা নির্দিষ্ট পদ্ধতির মাধ্যমে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে, যা মূল উপাদানকে বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য প্রদান করে।

বর্তমানে, পৃষ্ঠের কার্যকারিতাকরণ চিকিৎসা পদ্ধতি সিলিকন অ্যানোডের আয়তন সম্প্রসারণ, দুর্বল পরিবাহিতা এবং কম ICE-এর মতো সমস্যাগুলির সমাধান করে। প্রধান প্রক্রিয়া হল সিলিকন পৃষ্ঠের প্রাক-চিকিৎসা, তারপরে কার্যকরী গোষ্ঠীগুলির ইন-সিটু গ্রাফটিং। সিলিকন অ্যানোডগুলির তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পৃষ্ঠের কার্যকরী গোষ্ঠীগুলি ব্যবহার করা হয়। ন্যানোস্ট্রাকচার্ড সিলিকন পৃষ্ঠ পরিবর্তন গবেষণায় প্রায়শই পৃষ্ঠের কার্যকারিতাকরণ প্রয়োগ করা হয়।
এর প্রধান ভূমিকা হল পরিবর্তিত সিলিকন এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া বৃদ্ধি করা। এটি ইলেক্ট্রোলাইট পচনকে একটি স্থিতিশীল SEI ফিল্ম তৈরিতে উৎসাহিত করে, যা সিলিকন অ্যানোডের তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা উন্নত করে।

এর প্রধান সুবিধা হল পরিবর্তন পদ্ধতিটি সহজ। এর অসুবিধা হল এর প্রয়োগের পরিসর ন্যানোস্কেল সিলিকনের মধ্যে সীমাবদ্ধ।

কৃত্রিম SEI ফিল্ম

প্রথম লিথিয়াম সন্নিবেশের সময়, সিলিকন পৃষ্ঠটি ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে অপরিবর্তনীয়ভাবে বিক্রিয়া করে, যা SEI ফিল্ম নামে একটি ফিল্ম তৈরি করে। SEI ফিল্মটি আরও অপরিবর্তনীয় বিক্রিয়া প্রতিরোধ করে, ইলেক্ট্রোডের বিপরীতযোগ্যতা নিশ্চিত করে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। তবে, SEI ফিল্ম গঠনের ফলে কিছু Li+ এবং ইলেক্ট্রোলাইট গ্রহণ করা হয়, যা প্রাথমিক দক্ষতাকে প্রভাবিত করে। যদি SEI ফিল্মটি খুব পুরু হয়, তাহলে এটি Li+ পরিবহনকে বাধা দিতে পারে এবং অ্যানোডের তড়িৎ রাসায়নিক কার্যকলাপের উপর প্রভাব ফেলতে পারে। উচ্চ কার্যকারিতা সম্পন্ন সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড অর্জনের জন্য একটি স্থিতিশীল SEI ফিল্ম অপরিহার্য। একটি "কৃত্রিম SEI" (ASEI) ফিল্ম তৈরির পদ্ধতি সিলিকনের উপর বিশেষ পৃষ্ঠ কাঠামো তৈরি করে। এটি পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া হ্রাস করে এবং ইলেক্ট্রোলাইট অবক্ষয়কে বাধা দেয়, যার ফলে আরও স্থিতিশীল SEI ফিল্ম এবং উচ্চতর ICE তৈরি হয়।

এর সুবিধার মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন পদ্ধতি এবং সমৃদ্ধ ঝিল্লি স্তর মডেল। তবে, অসুবিধাগুলি হল অভিন্ন SEI ফিল্ম গঠন নিয়ন্ত্রণে অসুবিধা এবং উৎপাদন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য স্কেলেবিলিটির অভাব।

সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণের প্রয়োগ

সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডগুলিকে শিল্পায়নের জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল পরবর্তী প্রজন্মের অ্যানোড উপকরণগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচনা করা হয়, যা নতুন শক্তি শিল্পে ব্যাপক ঐক্যমত্য অর্জন করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড ব্যবহার করে বর্তমানে উপলব্ধ অনুরূপ ব্যাটারির তুলনায় শক্তির ঘনত্ব 20% থেকে 40% পর্যন্ত বৃদ্ধি করা যেতে পারে।

প্রক্রিয়া রুটের দৃষ্টিকোণ থেকে, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডগুলিকে সিলিকন-কার্বন এবং সিলিকন-অক্সিজেন অ্যানোড প্রযুক্তিতে ভাগ করা হয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের প্রয়োগ ত্বরান্বিত হয়েছে।
২০১৭ সালে, টেসলা মডেল ৩ বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাপক উৎপাদনে সিলিকন-কার্বন অ্যানোড ব্যবহার করে, যার পরিসর ২০১TP3T বৃদ্ধি করে। এটি ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করার ক্ষেত্রে সিলিকন-কার্বন অ্যানোডের উল্লেখযোগ্য প্রভাব প্রদর্শন করে এবং যথেষ্ট মনোযোগ আকর্ষণ করে। ২০২২ সালের জুনে, CATL কিলিন ব্যাটারি প্রকাশ করে, যার শক্তি ঘনত্ব ২৫৫ Wh/kg। ২০২৩ সালের জুনে, টেসলা ঘোষণা করে যে তার সিলিকন কার্বন ৪৬৮০ ব্যাটারির ক্রমবর্ধমান উৎপাদন ১০ মিলিয়ন ইউনিট ছাড়িয়ে গেছে, যা এর আনুষ্ঠানিক গণ উৎপাদন পর্যায়ে পৌঁছেছে। ৪৬৮০ ব্যাটারি.

উপসংহার

নতুন শক্তির যানবাহনের প্রবণতা এবং কম উচ্চতার অর্থনীতির দ্বারা চালিত, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডগুলি সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য পছন্দের নতুন অ্যানোড উপাদান হিসাবে মনোযোগ আকর্ষণ করছে। বর্তমান গবেষণা থেকে, সিলিকন অ্যানোডের আয়তন সম্প্রসারণের ফলে সৃষ্ট সমস্যাগুলি ব্যাপকভাবে সমাধানের জন্য একটি একক পৃষ্ঠ পরিবর্তন পদ্ধতি অপর্যাপ্ত। অতিরিক্তভাবে, কিছু পরিবর্তন পদ্ধতি জটিল প্রক্রিয়া এবং উচ্চ ব্যয়ের সাথে জড়িত, যা বৃহৎ আকারের শিল্প প্রয়োগকে চ্যালেঞ্জিং করে তোলে।
অতএব, ভবিষ্যতের উন্নয়নের দিকনির্দেশনা একাধিক পরিবর্তন পদ্ধতির সমন্বয়মূলক অপ্টিমাইজেশনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করতে পারে।
পৃষ্ঠ পরিবর্তনের মতো ব্যাপক প্রয়োগের মাধ্যমে, সিলিকন অ্যানোডের আয়তন সম্প্রসারণ এবং সম্পর্কিত সমস্যাগুলির কার্যকর নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা যেতে পারে।

এপিক পাউডার

এপিক পাউডার, আল্ট্রাফাইন পাউডার শিল্পে ২০+ বছরের কাজের অভিজ্ঞতা। আল্ট্রাফাইন পাউডারের ক্রাশিং, গ্রাইন্ডিং, শ্রেণীবিভাগ এবং পরিবর্তন প্রক্রিয়ার উপর মনোযোগ দিয়ে আল্ট্রাফাইন পাউডারের ভবিষ্যত উন্নয়নকে সক্রিয়ভাবে প্রচার করুন। বিনামূল্যে পরামর্শ এবং কাস্টমাইজড সমাধানের জন্য আমাদের সাথে যোগাযোগ করুন! আমাদের বিশেষজ্ঞ দল আপনার পাউডার প্রক্রিয়াকরণের মূল্য সর্বাধিক করার জন্য উচ্চমানের পণ্য এবং পরিষেবা প্রদানের জন্য নিবেদিতপ্রাণ। এপিক পাউডার—আপনার বিশ্বস্ত পাউডার প্রক্রিয়াকরণ বিশেষজ্ঞ!