ঘর-তাপমাত্রার সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির পুনরুজ্জীবন
পৃথিবীর ভূত্বকে প্রচুর পরিমাণে সোডিয়াম (Na) মজুদ থাকার কারণে এবং সোডিয়াম এবং লিথিয়ামের অনুরূপ ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, সোডিয়াম-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল শক্তি সঞ্চয়স্থান বৃহৎ আকারের শক্তি সঞ্চয় এবং গ্রিড বিকাশের জন্য উল্লেখযোগ্য প্রতিশ্রুতি রাখে। উদাহরণস্বরূপ, উচ্চ-তাপমাত্রা শূন্য নির্গমন ব্যাটারি গবেষণা কার্যকলাপ কোষ যা Na/NiCl2 সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে এবং উচ্চ-তাপমাত্রার Na–S কোষ, যা স্থির এবং মোবাইল অ্যাপ্লিকেশনগুলির সফল বাণিজ্যিক ক্ষেত্রে, ইতিমধ্যেই সোডিয়াম-ভিত্তিক রিচার্জেবল ব্যাটারির সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করেছে। যাইহোক, তাদের উচ্চ পরিচালন তাপমাত্রা প্রায় 300 °C নিরাপত্তা সমস্যা সৃষ্টি করে এবং সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারির (SIBs) রাউন্ড-ট্রিপ দক্ষতা হ্রাস করে। রুম-টেম্পারেচার (RT) SIBs তাই ব্যাপকভাবে LIB-এর সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল বিকল্প প্রযুক্তি হিসাবে বিবেচিত হয়।
বিগত 200 বছরের ব্যাটারির ইতিহাসে, SIB-এর উপর গবেষণা LIB বিকাশের সাথে পাশাপাশি করা হয়েছিল। লিথিয়ামের জন্য TiS2 এর বৈদ্যুতিক রাসায়নিক কার্যকলাপ এবং শক্তি সঞ্চয়ের জন্য এর সম্ভাব্যতা প্রথম 1970 এর দশকে সামনে রাখা হয়েছিল। এই আবিষ্কারের পর, 1980-এর দশকের গোড়ার দিকে TiS+2-এ Na আয়ন ঢোকানোর ক্ষমতা উপলব্ধি করা হয়েছিল। LIB-এর জন্য স্বল্প-মূল্যের এবং মাঝারি-ক্ষমতার অ্যানোড উপাদান হিসাবে গ্রাফাইট আবিষ্কার এবং সোডিয়াম আয়নগুলিকে আন্তঃক্যালেট করতে ব্যর্থতার সাথে, 1990-এর দশকে দ্রুত LIB বিকাশ ঘটে, সোডিয়াম রসায়নের বৃদ্ধিকে ছাড়িয়ে যায়। তারপরে, 2000 সালে, হার্ড কার্বনে সোডিয়াম স্টোরেজের প্রাপ্যতা (HC), যা গ্রাফাইটে Li-এর মতো শক্তি সরবরাহ করবে, SIB-তে গবেষণার আগ্রহকে পুনরুজ্জীবিত করে।
সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির তুলনা
SIB-এর পুনরুজ্জীবন — লিথিয়াম মজুদের প্রাপ্যতার অভাব থেকে ক্রমাগত ক্রমবর্ধমান চাপের সাথে মিলিত এবং খরচের অনুরূপ বৃদ্ধি — LIB-কে একটি পরিপূরক কৌশল প্রদান করে। SIBs নবায়নযোগ্য শক্তি প্রযুক্তির ক্রমবর্ধমান অনুপ্রবেশকে সন্তুষ্ট করার ড্রাইভে পদার্থ বিজ্ঞানের মৌলিক অর্জনের সাথে ক্রমবর্ধমান গবেষণা মনোযোগ অর্জন করেছে। কোষের উপাদান এবং SIB-এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়া প্রক্রিয়া মূলত LIB-এর সাথে অভিন্ন, চার্জ ক্যারিয়ার ছাড়া, যার একটিতে Na এবং অন্যটিতে Li। SIB পদার্থের রসায়নে দ্রুত সম্প্রসারণের প্রধান কারণ হল দুটি ক্ষারীয় ধাতুর মধ্যে ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের সমান্তরালতাকে দায়ী করা হয়।
প্রথমত, SIB-এর পরিচালন নীতি এবং সেল নির্মাণ বাণিজ্যিক LIB-এর মতই, যদিও Na চার্জ বাহক হিসাবে কাজ করছে। একটি সাধারণ SIB-তে চারটি প্রধান উপাদান বিদ্যমান: একটি ক্যাথোড উপাদান (সাধারণত একটি Na-যুক্ত যৌগ); একটি anode উপাদান (অগত্যা Na ধারণকারী); একটি ইলেক্ট্রোলাইট (তরল বা কঠিন অবস্থায়); এবং একটি বিভাজক। চার্জ প্রক্রিয়া চলাকালীন, সোডিয়াম আয়নগুলি ক্যাথোডগুলি থেকে বের করা হয়, যা সাধারণত স্তরযুক্ত ধাতব অক্সাইড এবং পলিআনিওনিক যৌগ, এবং তারপরে অ্যানোডে ঢোকানো হয়, যখন বর্তমান বিপরীত দিকে একটি বহিরাগত সার্কিটের মাধ্যমে ভ্রমণ করে। ডিসচার্জ করার সময়, Na অ্যানোড ত্যাগ করে এবং "রকিং-চেয়ার নীতি" হিসাবে উল্লেখ করা একটি প্রক্রিয়াতে ক্যাথোডে ফিরে আসে। এই মিলগুলি SIB প্রযুক্তির প্রাথমিক বোঝা এবং দ্রুত বৃদ্ধিকে সক্ষম করেছে।
অধিকন্তু, Na এর বৃহত্তর আয়নিক ব্যাসার্ধ তার নিজস্ব সুবিধা নিয়ে আসে: বৈদ্যুতিক রাসায়নিক ইতিবাচকতার নমনীয়তা বৃদ্ধি এবং মেরু দ্রাবকগুলিতে ডি-সলভেশন শক্তি হ্রাস। লি এবং ট্রানজিশন ধাতু আয়নগুলির মধ্যে আয়নিক ব্যাসার্ধের বৃহত্তর ব্যবধান সাধারণত উপাদান নকশার নমনীয়তার ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে। বিপরীতে, একটি সোডিয়াম-ভিত্তিক সিস্টেম একটি লিথিয়াম-ভিত্তিক সিস্টেমের তুলনায় আরও নমনীয় কঠিন কাঠামো সক্ষম করে এবং প্রচুর আয়নিক পরিবাহিতা ধারণ করে। একটি সাধারণ উদাহরণ হল β-Al2O3, যার জন্য Na intercalation এর নিখুঁত আকার এবং উচ্চ পরিবাহিতা রয়েছে। একটি সোডিয়াম-ভিত্তিক সিস্টেমে বিভিন্ন M+x+ স্ট্যাকিং পদ্ধতি সহ আরও স্তরযুক্ত ট্রানজিশন মেটাল অক্সাইড সহজেই উপলব্ধি করা যায়। একইভাবে, সোডিয়াম আয়নিক কন্ডাকটর (NaSICON) পরিবারের জন্য পরিচিত বিভিন্ন ধরনের স্ফটিক কাঠামো লিথিয়াম অ্যানালগগুলির তুলনায় অনেক বেশি জটিল। আরও গুরুত্বপূর্ণ, NaSICON যৌগগুলিতে অনেক বেশি আয়নিক পরিবাহিতা অনুমোদিত হতে পারে, যা লিথিয়াম আয়নিক পরিবাহী (LiSICON) যৌগের আয়নিক পরিবাহিতাকে ছাড়িয়ে যায়।
সর্বশেষ কিন্তু অন্তত নয়, বিভিন্ন এপ্রোটিক পোলার দ্রাবকগুলির সাথে পদ্ধতিগত তদন্ত প্রমাণ করেছে যে Na এর বৃহত্তর আয়নিক ব্যাসার্ধ একটি দুর্বল দ্রবীভূতকরণ শক্তির কারণ হয়। ছোট Li এর কোরের চারপাশে পৃষ্ঠের চার্জের ঘনত্ব Na এর চেয়ে বেশি থাকে যখন উভয়েরই একই ভ্যালেন্স থাকে। তাই মেরু দ্রাবক অণুর সাথে আরও ইলেকট্রন ভাগ করে লিকে তাপগতিগতভাবে স্থিতিশীল করা হয়। অর্থাৎ, লিকে এক প্রকার লুইস অ্যাসিড হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে। ফলস্বরূপ, উচ্চ মেরুকৃত Li-এর জন্য তুলনামূলকভাবে উচ্চ দ্রবীভূতকরণ শক্তির প্রয়োজন হয়, যার ফলে তরল অবস্থা (ইলেক্ট্রোলাইট) থেকে কঠিন অবস্থায় (ইলেক্ট্রোড) পরিবহনের মাধ্যমে তুলনামূলকভাবে বড় স্থানান্তর প্রতিরোধের সৃষ্টি হয়। যেহেতু দ্রবীভূতকরণ শক্তি তরল/সলিড ইন্টারফেসে ঘটে যাওয়া স্থানান্তর গতিবিদ্যার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, তাই অপেক্ষাকৃত কম দ্রবীভূতকরণ শক্তি উচ্চ-শক্তি SIB ডিজাইন করার জন্য একটি উল্লেখযোগ্য সুবিধা।
