সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, নতুন শক্তির যানবাহনের দ্রুত বিকাশ ব্যাটারির কর্মক্ষমতার জন্য উচ্চ চাহিদা বাড়িয়েছে। ঐতিহ্যবাহী গ্রাফাইট-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণগুলির নির্দিষ্ট ক্ষমতা কম এবং চাহিদা পূরণ করা কঠিন। সিলিকন এর তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট ক্ষমতা অত্যন্ত উচ্চ, যা কার্যকরভাবে ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে। এটির একটি অ্যানোড উপাদান হিসাবে বিকাশের জন্য প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে। সিলিকন উৎস উপাদান, কণার রূপবিদ্যা এবং প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতিগুলি এর কর্মক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেকট্রোড.
আসুন সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেকট্রোডের সিলিকন উৎসগুলি একবার দেখে নেওয়া যাক।
ডায়াটোমাইট, জিওলাইট, বালি এবং অন্যান্য খনিজ সিলিকন উৎস
Mineral silicon is the most abundant and widely distributed silicon source today. It mainly exists in the form of silicon oxides and silicates, such as sand, zeolite, feldspar, and clay. Silicon minerals have high silicon content and properties like high hardness, thermal stability, and chemical stability. Some silicon minerals contain numerous small pores in their microstructure, giving them a large specific surface area. This makes them suitable for preparing porous silicon-based anode materials.
ডায়াটোমাইট
ডায়াটোমাইট হল প্রাচীন সমুদ্র থেকে ক্ষুদ্র ডায়াটম অবশিষ্টাংশ জমা হওয়ার ফলে তৈরি একটি পলি। এটি পৃথিবীতে উচ্চ ধারণক্ষমতা সম্পন্ন সিলিসিয়াস শিলা হিসাবে ব্যাপকভাবে বিতরণ করা হয়। ডায়াটোমাসিয়াস মাটির প্রধান রাসায়নিক উপাদান হল SiO2, যার সর্বোচ্চ পরিমাণ 94% পর্যন্ত। এছাড়াও, এতে ধাতব অমেধ্য এবং জৈব পদার্থের ট্রেস পরিমাণ রয়েছে। ডায়াটোমাসিয়াস মাটি থেকে প্রাপ্ত SiO2 এর একটি ভাল ছিদ্রযুক্ত গঠন রয়েছে। জৈববস্তুপুঞ্জ সিলিকন উৎসের তুলনায়, এতে কম কার্বন থাকে, তবে এর সিলিকনের পরিমাণ বেশি। সিলিকা কাঠামো একটি অনন্য, অত্যন্ত সুশৃঙ্খল 3D নেটওয়ার্ক কাঠামো প্রদর্শন করে। সহজ নিষ্কাশন এবং যৌগিককরণের মাধ্যমে, ছিদ্রযুক্ত ন্যানো-সিলিকন উপকরণগুলি সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
ক্লিনোপটিলোলাইট
ক্লিনোপটিলোলাইট মূলত সিলিকেট দিয়ে তৈরি, যার মধ্যে উচ্চ সিলিকন উপাদান (57%–70%) এবং একটি জটিল খাঁচার মতো চ্যানেল কাঠামো রয়েছে। এই কাঠামোটি সমানভাবে ছিদ্রযুক্ত সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণ তৈরির জন্য উপকারী। গবেষকরা ক্লিনোপটিলোলাইটের অভ্যন্তরীণ ট্রান্সমিশন চ্যানেলগুলি খোলার জন্য যান্ত্রিক গ্রাইন্ডিং ব্যবহার করেন। তারপরে তারা ম্যাগনেসিয়াম তাপ হ্রাস প্রতিক্রিয়া প্রচারের জন্য তাপ প্রয়োগ করেন, মৌলিক সিলিকন নিষ্কাশন করেন। তদুপরি, ন্যানো-সিলিকনের পৃষ্ঠে টলুইন ফাটানোর জন্য বাষ্প জমা পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যা একটি কার্বন ফিল্ম তৈরি করে। এর ফলে ন্যানোপোরাস সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপকরণের একটি স্পঞ্জের মতো কাঠামো তৈরি হয়। এই ছিদ্রগুলি চার্জ এবং স্রাব চক্রের সময় সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডের আয়তনের পরিবর্তনগুলিকে কার্যকরভাবে বাফার করে। এটি উপাদানের যান্ত্রিক অখণ্ডতা নিশ্চিত করে, যার সুবিধাগুলি সহজ প্রস্তুতি এবং ভাল সাইক্লিং স্থিতিশীলতা।
বালি
The main component of sand is quartz, which has advantages such as abundant reserves, low cost, and easy extraction compared to other silicon ores. However, the silicon dioxide in sand is formed by a large number of SiO4 tetrahedra linked through shared oxygen atoms, forming a strong silicon-oxygen network. This structure is highly stable and difficult to utilize. Researchers use NaCl to absorb the heat generated during the magnesium reduction process, preventing particle melting. Nano-silicon is extracted from sea sand, and the high temperature pyrolysis of acetylene is used to achieve carbon coating on the silicon particles. This results in well-coated silicon-carbon anode materials.
জৈববস্তুপুঞ্জ সিলিকন উৎস যেমন ধানের খোসা এবং নলখাগড়া
সিলিকন সমৃদ্ধ উদ্ভিদের মধ্যে রয়েছে ধানের খোসা, নলখাগড়া, ঘোড়ার লেজ, চা পাতা এবং বাঁশ। বিভিন্ন উদ্ভিদের মধ্যে সিলিকনের পরিমাণ ভিন্ন। জৈববস্তুতে, সিলিকন মূলত কাণ্ড, বাকল এবং পাতায় মুক্ত সিলিকা হিসেবে বিদ্যমান। রাসায়নিক বিক্রিয়া ব্যবহার করে এটিকে মৌলিক ছিদ্রযুক্ত সিলিকনে রূপান্তরিত করা হয়। এরপর সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপকরণ প্রস্তুত করার জন্য একটি কার্বন আবরণ প্রক্রিয়া অনুসরণ করা হয়।
জৈববস্তুপুঞ্জে সিলিকা, হ্রাসের পরে, মূলত তার ছিদ্রযুক্ত কাঠামো ধরে রাখতে পারে। সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড তৈরির সময়, একটি সহজ প্রক্রিয়া তার ছিদ্রযুক্ত কাঠামো সংরক্ষণ করতে পারে। এটি কার্যকরভাবে উপাদানের অভ্যন্তরীণ স্থান বৃদ্ধি করে, চার্জ এবং স্রাব চক্রের সময় সিলিকনের আয়তনের প্রসারণকে হ্রাস করে। সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেকট্রোড উপকরণ প্রস্তুত করার জন্য সিলিকন উৎস হিসাবে জৈববস্তুপুঞ্জ ব্যবহারের সুবিধা রয়েছে যেমন ব্যাপক প্রাপ্যতা এবং স্থায়িত্ব। এটি বর্তমান কম-কার্বন এবং পরিবেশগতভাবে বন্ধুত্বপূর্ণ উন্নয়ন ধারণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, এটিকে একটি আদর্শ সিলিকন উৎস করে তোলে।
ধানের খোসা হলো চালের একটি উপজাত, যা প্রতি বছর বিশ্বব্যাপী ১০০ মিলিয়ন টনেরও বেশি উৎপাদিত হয়। যদিও ধানের খোসার গঠন বিভিন্ন ধরণের এবং উৎপত্তি অনুসারে পরিবর্তিত হয়, তবে এতে প্রধানত লিগনিন, সেলুলোজ, হেমিসেলুলোজ এবং সিলিকা থাকে। সাধারণত, ধানের খোসা পোড়ানোর পরে অবশিষ্ট ছাই ধানের খোসার ভরের প্রায় ২০১TP৩T তৈরি করে, যার মধ্যে সিলিকার পরিমাণ ৮৭-৯৭১TP৩T পৌঁছায়। ক্যালসিনেশন, ধোয়া, অপরিষ্কার অপসারণ এবং হ্রাস বিক্রিয়ার মতো পদ্ধতির মাধ্যমে, ধানের খোসা থেকে মৌলিক সিলিকন বের করা যেতে পারে। ধানের খোসার সিলিকার একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো থাকে এবং সহজ বিক্রিয়ার মাধ্যমে ৩ডি ছিদ্রযুক্ত ন্যানোসিলিকন তৈরি হতে পারে। জৈব কার্বনের সাথে মিলিত হলে, এটি উপাদানের তড়িৎ রাসায়নিক কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করে।
ধানের খোসা ছাড়াও, নলখাগড়াও একটি ভালো সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপাদান। এগুলিতে সুশৃঙ্খলভাবে সাজানো ন্যানোস্কেল সিলিকা এবং একটি ফ্লেক-সদৃশ 3D স্তরযুক্ত কাঠামো রয়েছে। একটি সাধারণ ম্যাগনেসিয়াম তাপীয় হ্রাস বিক্রিয়া ব্যবহার করে, অত্যন্ত ছিদ্রযুক্ত 3D সিলিকন পাওয়া যেতে পারে।
সিলেন এবং অন্যান্য রাসায়নিক গ্যাস সিলিকন উৎস
সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড তৈরিতে সাধারণত গ্যাসীয় সিলিকন উৎস ব্যবহার করা হয়, যার মধ্যে রয়েছে সাইলেন (SiH4), ট্রাইক্লোরোসিলেন (SiHCl3), এবং সিলিকন টেট্রাক্লোরাইড (SiCl4)। এই গ্যাসীয় সিলিকন উৎসগুলি উপযুক্ত পরিস্থিতিতে ন্যানো-সিলিকন তৈরির জন্য CVD-এর মতো বাষ্প জমার কৌশলে ব্যবহার করা যেতে পারে। এর মধ্যে, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড তৈরির জন্য ব্যবহৃত প্রধান গ্যাসীয় সিলিকন উৎস হল সাইলেন। সিলিকন-হাইড্রোজেন যৌগ, সিলেন, মূলত এই উদ্দেশ্যে মিথাইলসিলেন (SiH4) আকারে ব্যবহৃত হয়। সাধারণত, বাষ্প জমার পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, যেখানে সাইলেন পচন ধরে ন্যানো-সিলিকন তৈরি করে যা একটি স্তরের সাথে লেগে থাকে।
এরপর কার্বন-ধারণকারী গ্যাসগুলিকে পচিয়ে কার্বন আবরণ অর্জন করা হয়, যার ফলে সিলিকন-কার্বন অ্যানোড পদার্থ তৈরি হয়।
গ্যাসীয় সিলিকন উৎসগুলি পরবর্তী প্রজন্মের সিলিকন-কার্বন অ্যানোড উপকরণ তৈরির জন্য উপযুক্ত। ছোট ন্যানো-সিলিকন কণা তৈরি করে এবং পৃষ্ঠ পরিবর্তন করে, তারা প্রকৃত ব্যবহারের সময় আয়তন সম্প্রসারণের সমস্যা কার্যকরভাবে মোকাবেলা করে। তবে, গ্যাসীয় সিলিকন উৎসগুলি (যেমন সাইলেন) অত্যন্ত অস্থির, দাহ্য এবং বিষাক্ত। অতএব, সুরক্ষা এবং স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করার জন্য প্রস্তুতি এবং ব্যবহারের সময় তাপমাত্রা, চাপ এবং গ্যাস প্রবাহের কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। এর ফলে উৎপাদন সরঞ্জাম, প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জন্য উচ্চতর প্রয়োজনীয়তা এবং উৎপাদন খরচ বৃদ্ধি পায়।
ফটোভোলটাইক সিলিকন বর্জ্য এবং অন্যান্য বর্জ্য পদার্থ
উৎপাদন প্রক্রিয়ার সময় ফটোভোল্টাইক সিলিকন প্রায়শই কাটা এবং আকার দেওয়ার প্রয়োজন হয়, যার ফলে প্রান্ত এবং কোণার স্ক্র্যাপ থেকে সিলিকন বর্জ্য তৈরি হয়। ফটোভোল্টাইক সিলিকনের ব্যাপক ব্যবহারের সাথে সাথে, সিলিকন বর্জ্যের উৎপাদন বছরের পর বছর বৃদ্ধি পাচ্ছে। সিলিকন বর্জ্য সস্তা এবং সহজেই পাওয়া যায়, তুলনামূলকভাবে উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং কম অমেধ্য উপাদান সহ। এটি সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণ তৈরির জন্য উপযুক্ত।
জটিল প্রস্তুতি প্রক্রিয়া এবং উচ্চ উপাদান খরচের সমস্যা সমাধানের জন্য, গবেষকরা সিলিকন উৎস হিসেবে শিল্পের ফটোভোলটাইক কাটিং সিলিকন বর্জ্য ব্যবহার করেছেন। উচ্চ-শক্তি বল মিলিংয়ের মাধ্যমে, সিলিকনকে ন্যানোস্কেল আকারে ছোট করা হয়। তারপর, ন্যানো-সিলিকনকে আবরণ করার জন্য সুক্রোজকে কার্বন উৎস হিসেবে ব্যবহার করা হয়, যার ফলে Si@C মাইক্রোস্ফিয়ার অ্যানোড উপকরণ তৈরি হয়। এই পদ্ধতিটি উপাদানের খরচ কমায় এবং প্রস্তুতি প্রক্রিয়াকে সহজ করে। আবরণ কাঠামো নকশাটি ন্যানো-সিলিকনকে ভিতরে ধারণ করে, ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে সরাসরি যোগাযোগ রোধ করে এবং ইলেক্ট্রোলাইট খরচ হ্রাস করে। ন্যানো-সিলিকন কার্বন গোলকের মধ্যে আয়তনের ওঠানামার মধ্য দিয়ে যায়, কার্বন উপাদানের সাথে ভাল যোগাযোগ বজায় রাখে এবং দ্রুত লিথিয়াম-আয়ন পরিবহন সক্ষম করে।
পুনর্ব্যবহৃত কোয়ার্টজ গ্লাস, প্রক্রিয়াজাতকরণের পরে, স্থিতিশীল সাইক্লিং কর্মক্ষমতা সহ সিলিকন অ্যানোড উপাদানও তৈরি করতে পারে। গবেষকরা ফেলে দেওয়া ভাঙা কাচ ব্যবহার করেছেন এবং ম্যাগনেসিয়াম তাপীয় হ্রাসের মাধ্যমে সরাসরি একটি Si আন্তঃসংযোগ নেটওয়ার্ক পেয়েছেন। কার্বন উপাদান দিয়ে পৃষ্ঠের আবরণের পরে, উপাদানটি একটি ব্যাটারিতে একত্রিত করা হয়েছিল। C/2 কারেন্ট ঘনত্বে, 400 চক্রের পরে, ক্ষমতা 1420 mAh/g এ রয়ে গেছে। সিলিকন উপাদানের প্রসারণ সীমিত করার ক্ষেত্রে পৃষ্ঠের কার্বন আবরণের সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যা প্রাথমিক চক্রগুলিতে উল্লেখযোগ্য ক্ষমতা হ্রাসের একটি মূল কারণ। যাইহোক, কাচের চিকিত্সার পরে ধরে রাখা কাঠামোটি চমৎকার সম্প্রসারণ-বিরোধী ক্ষমতা প্রদান করে, 74% পর্যন্ত ক্ষমতা ধারণ হার অর্জন করে।
উপসংহার
পরিশেষে, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোডগুলিতে "সিলিকন" বিভিন্ন উৎস থেকে আসে। এটি খনিজ, উদ্ভিদ, বর্জ্য পদার্থ এবং গ্যাসীয় সিলিকন উৎস থেকে পাওয়া যেতে পারে। প্রযুক্তিগত অগ্রগতির সাথে সাথে, এই সিলিকন উৎসগুলির ব্যবহার আরও দক্ষ এবং টেকসই হয়ে উঠছে। এই বৈচিত্র্যময় সিলিকন উৎসগুলি সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপকরণ তৈরির জন্য বিভিন্ন বিকল্প প্রদান করে। এর উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ব্যাটারি প্রযুক্তির বিকাশকে চালিত করার সম্ভাবনা রয়েছে।
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 উন্নয়নে 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!