মার্কিন জ্বালানি বিভাগের (DOE) আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকদের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে অগ্রণী আবিষ্কারের দীর্ঘ ইতিহাস রয়েছে। এই ফলাফলগুলির মধ্যে অনেকগুলিই ব্যাটারি ক্যাথোড, যাকে বলা হয় NMC, নিকেল ম্যাঙ্গানিজ এবং কোবাল্ট অক্সাইডের জন্য। এই ক্যাথোডযুক্ত একটি ব্যাটারি এখন শেভ্রোলেট বোল্টকে শক্তি দেয়।
আর্গোন গবেষকরা NMC ক্যাথোডে আরেকটি সাফল্য অর্জন করেছেন। দলের নতুন ক্ষুদ্র ক্যাথোড কণার কাঠামো ব্যাটারিকে আরও টেকসই এবং নিরাপদ করে তুলতে পারে, খুব উচ্চ ভোল্টেজে কাজ করতে সক্ষম এবং দীর্ঘ ভ্রমণ পরিসীমা প্রদান করতে পারে।
"আমাদের কাছে এখন এমন নির্দেশিকা আছে যা ব্যাটারি নির্মাতারা উচ্চ-চাপ, সীমাহীন ক্যাথোড উপকরণ তৈরিতে ব্যবহার করতে পারে," খলিল আমিন, আর্গোন ফেলো এমেরিটাস।
"বিদ্যমান NMC ক্যাথোডগুলি উচ্চ ভোল্টেজের কাজের জন্য একটি বড় বাধা," সহকারী রসায়নবিদ গিলিয়াং জু বলেন। চার্জ-ডিসচার্জ সাইক্লিংয়ের সাথে সাথে, ক্যাথোড কণাগুলিতে ফাটল তৈরির কারণে কর্মক্ষমতা দ্রুত হ্রাস পায়। কয়েক দশক ধরে, ব্যাটারি গবেষকরা এই ফাটলগুলি মেরামত করার উপায় খুঁজছেন।
অতীতে একটি পদ্ধতিতে অনেক ছোট কণার সমন্বয়ে গঠিত ক্ষুদ্র গোলাকার কণা ব্যবহার করা হত। বৃহৎ গোলাকার কণাগুলি পলিক্রিস্টালাইন, বিভিন্ন অভিমুখের স্ফটিক ডোমেন সহ। ফলস্বরূপ, তাদের কণাগুলির মধ্যে শস্যের সীমানা থাকে যা বিজ্ঞানীরা বলে, যা একটি চক্রের সময় ব্যাটারিতে ফাটল ধরতে পারে। এটি প্রতিরোধ করার জন্য, জু এবং আর্গোনের সহকর্মীরা পূর্বে প্রতিটি কণার চারপাশে একটি প্রতিরক্ষামূলক পলিমার আবরণ তৈরি করেছিলেন। এই আবরণটি বৃহৎ গোলাকার কণা এবং তাদের মধ্যে থাকা ছোট কণাগুলিকে ঘিরে থাকে।
এই ধরণের ফাটল এড়ানোর আরেকটি উপায় হল একক স্ফটিক কণা ব্যবহার করা। এই কণাগুলির ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি দেখিয়েছে যে তাদের কোনও সীমানা নেই।
দলের সমস্যা ছিল যে সাইক্লিংয়ের সময় লেপা পলিক্রিস্টাল এবং একক স্ফটিক দিয়ে তৈরি ক্যাথোডগুলি এখনও ফাটল ধরে। অতএব, তারা মার্কিন শক্তি বিভাগের আর্গোন বিজ্ঞান কেন্দ্রের অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স (এপিএস) এবং সেন্টার ফর ন্যানোম্যাটেরিয়ালস (সিএনএম) -এ এই ক্যাথোড উপকরণগুলির বিস্তৃত বিশ্লেষণ পরিচালনা করে।
পাঁচটি APS বাহুতে (১১-BM, ২০-BM, ২-ID-D, ১১-ID-C এবং ৩৪-ID-E) বিভিন্ন এক্স-রে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। দেখা যাচ্ছে যে বিজ্ঞানীরা যাকে একক স্ফটিক ভেবেছিলেন, যেমনটি ইলেকট্রন এবং এক্স-রে মাইক্রোস্কোপিতে দেখানো হয়েছে, তার আসলে ভিতরে একটি সীমানা ছিল। CNM-এর স্ক্যানিং এবং ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ এই সিদ্ধান্তকে নিশ্চিত করেছে।
"যখন আমরা এই কণাগুলির পৃষ্ঠের রূপবিদ্যার দিকে তাকালাম, তখন এগুলি একক স্ফটিকের মতো দেখাচ্ছিল," পদার্থবিদ ওয়েঞ্জুন লিউ বলেন। â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X射线衍射显微镜的技术和其他技术时,我们发现边界隐藏在内部." â� <“但是, 当 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 使用 和和发现 边界 隐藏 在.""তবে, যখন আমরা APS-এ সিনক্রোট্রন এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন মাইক্রোস্কোপি নামক একটি কৌশল এবং অন্যান্য কৌশল ব্যবহার করি, তখন আমরা দেখতে পাই যে সীমানাগুলি ভিতরে লুকিয়ে ছিল।"
গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, দলটি সীমানা ছাড়াই একক স্ফটিক তৈরির একটি পদ্ধতি তৈরি করেছে। খুব উচ্চ ভোল্টেজে এই একক-স্ফটিক ক্যাথোড দিয়ে ছোট কোষ পরীক্ষা করে দেখা গেছে যে প্রতি ইউনিট আয়তনে শক্তি সঞ্চয়ের পরিমাণ ২৫% বৃদ্ধি পেয়েছে এবং ১০০টি পরীক্ষা চক্রেরও বেশি সময় ধরে কার্যক্ষমতার কোনও ক্ষতি হয়নি। বিপরীতে, মাল্টি-ইন্টারফেস একক স্ফটিক বা প্রলিপ্ত পলিক্রিস্টাল দিয়ে তৈরি NMC ক্যাথোডগুলির ক্ষমতা একই জীবদ্দশায় ৬০% থেকে ৮৮% হ্রাস পেয়েছে।
পারমাণবিক স্কেল গণনা ক্যাথোড ক্যাপাসিট্যান্স হ্রাসের প্রক্রিয়া প্রকাশ করে। সিএনএম-এর ন্যানোসায়েন্টিস্ট মারিয়া চ্যাং-এর মতে, ব্যাটারি চার্জ করার সময় সীমানা থেকে দূরে থাকা অঞ্চলের তুলনায় অক্সিজেন পরমাণু হারানোর সম্ভাবনা বেশি। অক্সিজেনের এই ক্ষয় কোষ চক্রের অবনতির দিকে পরিচালিত করে।
"আমাদের গণনা দেখায় যে কীভাবে সীমানা উচ্চ চাপে অক্সিজেন নির্গত করতে পারে, যার ফলে কর্মক্ষমতা হ্রাস পেতে পারে," চ্যান বলেন।
সীমানা অপসারণ অক্সিজেন বিবর্তনকে বাধা দেয়, যার ফলে ক্যাথোডের নিরাপত্তা এবং চক্রীয় স্থিতিশীলতা উন্নত হয়। মার্কিন জ্বালানি বিভাগের লরেন্স বার্কলে জাতীয় গবেষণাগারে APS এবং একটি উন্নত আলোক উৎসের সাহায্যে অক্সিজেন বিবর্তন পরিমাপ এই সিদ্ধান্তকে নিশ্চিত করে।
"এখন আমাদের কাছে এমন নির্দেশিকা রয়েছে যা ব্যাটারি নির্মাতারা এমন ক্যাথোড উপকরণ তৈরি করতে ব্যবহার করতে পারে যার কোনও সীমানা নেই এবং উচ্চ চাপে কাজ করে," আর্গোন ফেলো এমিরিটাস খলিল আমিন বলেন। â�<“该指南应适用于NMC 以外的其他正极材料.” â�<“该指南应适用于NMC 以外的其他正极材料.”"এনএমসি ব্যতীত অন্যান্য ক্যাথোড উপকরণের ক্ষেত্রেও নির্দেশিকা প্রযোজ্য হওয়া উচিত।"
এই গবেষণা সম্পর্কে একটি নিবন্ধ নেচার এনার্জি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। জু, আমিন, লিউ এবং চ্যাং ছাড়াও, আর্গোনের লেখকরা হলেন জিয়াং লিউ, ভেঙ্কটা সূর্য চৈতন্য কোল্লুরু, চেন ঝাও, জিনওয়েই ঝৌ, ইউজি লিউ, লিয়াং ইং, আমিন দালি, ইয়াং রেন, ওয়েনকিয়ান জু, জুনজিং ডেং, ইনহুই হোয়াং, সানজুং, চেংহো এবং চেংহো। লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (ওয়ানলি ইয়াং, কিংটিয়ান লি, এবং জেংকিং ঝুও), জিয়ামেন ইউনিভার্সিটি (জিং-জিং ফ্যান, লিং হুয়াং এবং শি-গ্যাং সান) এবং সিংহুয়া ইউনিভার্সিটি (ডংশেং রেন, জুনিং ফেং এবং মিংগাও ওউয়াং) এর বিজ্ঞানীরা।
আর্গোন সেন্টার ফর ন্যানোম্যাটেরিয়ালস সম্পর্কে, ন্যানোম্যাটেরিয়ালস সেন্টার, পাঁচটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের ন্যানোপ্রযুক্তি গবেষণা কেন্দ্রের মধ্যে একটি, আন্তঃবিষয়ক ন্যানোস্কেল গবেষণার জন্য একটি শীর্ষস্থানীয় জাতীয় ব্যবহারকারী প্রতিষ্ঠান যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের বিজ্ঞান অফিস দ্বারা সমর্থিত। একসাথে, NSRC গুলি পরিপূরক সুবিধাগুলির একটি স্যুট গঠন করে যা গবেষকদের ন্যানোস্কেল উপকরণ তৈরি, প্রক্রিয়াকরণ, বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ এবং মডেলিংয়ের জন্য অত্যাধুনিক ক্ষমতা প্রদান করে এবং জাতীয় ন্যানোপ্রযুক্তি উদ্যোগের অধীনে বৃহত্তম অবকাঠামো বিনিয়োগের প্রতিনিধিত্ব করে। NSRC আর্গোন, ব্রুকহেভেন, লরেন্স বার্কলে, ওক রিজ, স্যান্ডিয়া এবং লস আলামোসে অবস্থিত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের জাতীয় গবেষণাগারগুলিতে অবস্থিত। NSRC DOE সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​s​-​at​-a​glance দেখুন।
আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে অবস্থিত মার্কিন জ্বালানি বিভাগের অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স (APS) বিশ্বের সবচেয়ে উৎপাদনশীল এক্স-রে উৎসগুলির মধ্যে একটি। APS পদার্থ বিজ্ঞান, রসায়ন, ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যা, জীবন ও পরিবেশ বিজ্ঞান এবং ফলিত গবেষণায় বিভিন্ন গবেষণা সম্প্রদায়কে উচ্চ-তীব্রতার এক্স-রে সরবরাহ করে। এই এক্স-রেগুলি পদার্থ এবং জৈবিক কাঠামো, উপাদানগুলির বন্টন, রাসায়নিক, চৌম্বকীয় এবং ইলেকট্রনিক অবস্থা এবং ব্যাটারি থেকে শুরু করে জ্বালানি ইনজেক্টর নোজেল পর্যন্ত সকল ধরণের প্রযুক্তিগতভাবে গুরুত্বপূর্ণ প্রকৌশল ব্যবস্থা অধ্যয়নের জন্য আদর্শ, যা আমাদের জাতীয় অর্থনীতি, প্রযুক্তি এবং শরীরের স্বাস্থ্যের ভিত্তি। প্রতি বছর, ৫,০০০ জনেরও বেশি গবেষক APS ব্যবহার করে গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কারের বিশদ বিবরণ এবং অন্য যেকোনো এক্স-রে গবেষণা কেন্দ্রের ব্যবহারকারীদের তুলনায় আরও গুরুত্বপূর্ণ জৈবিক প্রোটিন কাঠামো সমাধানের জন্য ২,০০০ টিরও বেশি প্রকাশনা প্রকাশ করছেন। APS বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা উদ্ভাবনী প্রযুক্তি বাস্তবায়ন করছেন যা অ্যাক্সিলারেটর এবং আলোক উৎসের কর্মক্ষমতা উন্নত করার ভিত্তি। এর মধ্যে রয়েছে এমন ইনপুট ডিভাইস যা গবেষকদের দ্বারা মূল্যবান অত্যন্ত উজ্জ্বল এক্স-রে উৎপন্ন করে, লেন্স যা এক্স-রেকে কয়েক ন্যানোমিটার পর্যন্ত ফোকাস করে, এমন যন্ত্র যা অধ্যয়নাধীন নমুনার সাথে এক্স-রে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা সর্বাধিক করে তোলে এবং APS আবিষ্কারের সংগ্রহ এবং ব্যবস্থাপনা গবেষণা বিশাল ডেটা ভলিউম তৈরি করে।
এই গবেষণায় অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স থেকে প্রাপ্ত সম্পদ ব্যবহার করা হয়েছে, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের বিজ্ঞান অফিসের ব্যবহারকারী কেন্দ্র, যা আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি দ্বারা পরিচালিত হয় এবং চুক্তি নম্বর DE-AC02-06CH11357 এর অধীনে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি অফিসের বিজ্ঞান বিভাগের জন্য পরিচালিত হয়।
আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি দেশীয় বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির গুরুত্বপূর্ণ সমস্যাগুলি সমাধানের জন্য প্রচেষ্টা করে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রথম জাতীয় পরীক্ষাগার হিসেবে, আর্গোন প্রায় প্রতিটি বৈজ্ঞানিক শাখায় অত্যাধুনিক মৌলিক এবং প্রয়োগিক গবেষণা পরিচালনা করে। আর্গোন গবেষকরা শত শত কোম্পানি, বিশ্ববিদ্যালয় এবং ফেডারেল, রাজ্য এবং পৌর সংস্থার গবেষকদের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে কাজ করেন যাতে তারা নির্দিষ্ট সমস্যা সমাধানে, মার্কিন বৈজ্ঞানিক নেতৃত্বকে এগিয়ে নিতে এবং জাতিকে একটি উন্নত ভবিষ্যতের জন্য প্রস্তুত করতে সহায়তা করতে পারেন। আর্গোন 60 টিরও বেশি দেশ থেকে কর্মচারী নিয়োগ করে এবং এটি মার্কিন জ্বালানি বিভাগের বিজ্ঞান অফিসের UChicago Argonne, LLC দ্বারা পরিচালিত হয়।
মার্কিন জ্বালানি বিভাগের বিজ্ঞান অফিস হল ভৌত বিজ্ঞানের মৌলিক গবেষণার দেশের বৃহত্তম প্রবক্তা, যা আমাদের সময়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কিছু বিষয় মোকাবেলায় কাজ করে। আরও তথ্যের জন্য, https://​energy​.gov/​science​ience দেখুন।