একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বা লি-আয়ন ব্যাটারি (সংক্ষেপে LIB) হল এক ধরনের রিচার্জেবল ব্যাটারি।লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি সাধারণত পোর্টেবল ইলেকট্রনিক্স এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য ব্যবহৃত হয় এবং সামরিক এবং মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য জনপ্রিয়তা বৃদ্ধি পাচ্ছে।1985 সালে আকিরা ইয়োশিনো দ্বারা একটি প্রোটোটাইপ লি-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করা হয়েছিল, যা 1970-1980 এর দশকে জন গুডেনাফ, এম. স্ট্যানলি হুইটিংহাম, রাচিড ইয়াজামি এবং কোইচি মিজুশিমার পূর্ববর্তী গবেষণার উপর ভিত্তি করে এবং তারপরে একটি বাণিজ্যিক লি-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করা হয়েছিল। 1991 সালে ইয়োশিও নিশির নেতৃত্বে সনি এবং আসাহি কাসেই দল। 2019 সালে, রসায়নে নোবেল পুরস্কার ইয়োশিনো, গুডেনাফ এবং হুইটিংহামকে "লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির উন্নয়নের জন্য" দেওয়া হয়েছিল।

ব্যাটারিগুলিতে, লিথিয়াম আয়নগুলি স্রাবের সময় ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডে এবং চার্জ করার সময় পিছনে চলে যায়।লি-আয়ন ব্যাটারি ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডে উপাদান হিসাবে একটি ইন্টারক্যালেটেড লিথিয়াম যৌগ ব্যবহার করে এবং সাধারণত নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে গ্রাফাইট ব্যবহার করে।ব্যাটারির উচ্চ শক্তির ঘনত্ব, কোনো মেমরির প্রভাব নেই (LFP কোষ ছাড়া) এবং স্ব-স্রাব কম।তবে এগুলি একটি নিরাপত্তা বিপত্তি হতে পারে কারণ এতে দাহ্য ইলেক্ট্রোলাইট থাকে এবং ক্ষতিগ্রস্ত বা ভুলভাবে চার্জ করা হলে বিস্ফোরণ এবং আগুন হতে পারে।স্যামসাং লিথিয়াম-আয়ন অগ্নিকাণ্ডের পরে গ্যালাক্সি নোট 7 হ্যান্ডসেটগুলি প্রত্যাহার করতে বাধ্য হয়েছিল এবং বোয়িং 787 এর ব্যাটারির সাথে জড়িত বেশ কয়েকটি ঘটনা ঘটেছে।

রসায়ন, কর্মক্ষমতা, খরচ এবং নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্য LIB প্রকারভেদে পরিবর্তিত হয়।হ্যান্ডহেল্ড ইলেকট্রনিক্স বেশিরভাগই ক্যাথোড উপাদান হিসাবে লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2) সহ লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারি (ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে একটি পলিমার জেল সহ) ব্যবহার করে, যা উচ্চ শক্তির ঘনত্ব সরবরাহ করে, তবে সুরক্ষা ঝুঁকি উপস্থাপন করে, বিশেষত যখন ক্ষতিগ্রস্ত হয়।লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LiFePO4), লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (LiMn2O4, Li2MnO3, বা LMO), এবং লিথিয়াম নিকেল ম্যাঙ্গানিজ কোবাল্ট অক্সাইড (LiNiMnCoO2 বা NMC) কম শক্তির ঘনত্ব অফার করে কিন্তু দীর্ঘ জীবন এবং আগুন বা বিস্ফোরণের সম্ভাবনা কম।এই ধরনের ব্যাটারি বৈদ্যুতিক সরঞ্জাম, চিকিৎসা সরঞ্জাম এবং অন্যান্য ভূমিকার জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।এনএমসি এবং এর ডেরিভেটিভগুলি বৈদ্যুতিক যানবাহনে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য গবেষণার ক্ষেত্রগুলির মধ্যে রয়েছে জীবনকাল বাড়ানো, শক্তির ঘনত্ব বাড়ানো, নিরাপত্তার উন্নতি, খরচ কমানো এবং চার্জ করার গতি বৃদ্ধি করা।সাধারণ ইলেক্ট্রোলাইটে ব্যবহৃত জৈব দ্রাবকগুলির জ্বলনযোগ্যতা এবং অস্থিরতার উপর ভিত্তি করে নিরাপত্তা বৃদ্ধির পথ হিসাবে অ-দাহ্য ইলেক্ট্রোলাইটের এলাকায় গবেষণা চলছে।কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে জলীয় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, সিরামিক সলিড ইলেক্ট্রোলাইটস, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটস, আয়নিক তরল এবং ভারী ফ্লোরিনযুক্ত সিস্টেম।

ব্যাটারি বনাম সেল

একটি কোষ একটি মৌলিক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইউনিট যা ইলেক্ট্রোড, বিভাজক এবং ইলেক্ট্রোলাইট ধারণ করে।

একটি ব্যাটারি বা ব্যাটারি প্যাক হল সেল বা সেল অ্যাসেম্বলির একটি সংগ্রহ, যেখানে আবাসন, বৈদ্যুতিক সংযোগ এবং সম্ভবত নিয়ন্ত্রণ এবং সুরক্ষার জন্য ইলেকট্রনিক্স সামগ্রী রয়েছে।

অ্যানোড এবং ক্যাথোড ইলেক্ট্রোড
রিচার্জেবল কোষের জন্য, অ্যানোড (বা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড) শব্দটি ইলেক্ট্রোডকে চিহ্নিত করে যেখানে স্রাব চক্রের সময় জারণ ঘটছে;অন্য ইলেক্ট্রোড হল ক্যাথোড (বা ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড)।চার্জ চক্রের সময়, ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড অ্যানোডে পরিণত হয় এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড ক্যাথোডে পরিণত হয়।বেশিরভাগ লিথিয়াম-আয়ন কোষের জন্য, লিথিয়াম-অক্সাইড ইলেক্ট্রোড হল ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড;টাইটানেট লিথিয়াম-আয়ন কোষের (LTO), লিথিয়াম-অক্সাইড ইলেক্ট্রোড হল নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড।

ইতিহাস

পটভূমি

ভার্টা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, মিউজিয়াম অটোভিশন, আল্টলুশেম, জার্মানি
লিথিয়াম ব্যাটারিগুলি ব্রিটিশ রসায়নবিদ এবং 2019 সালের রসায়নে নোবেল পুরস্কারের সহ-প্রাপক এম. স্ট্যানলি হুইটিংহাম, বর্তমানে বিংহামটন বিশ্ববিদ্যালয়ে, 1970-এর দশকে Exxon-এর জন্য কাজ করার সময় প্রস্তাব করেছিলেন।হুইটিংহাম ইলেক্ট্রোড হিসাবে টাইটানিয়াম (IV) সালফাইড এবং লিথিয়াম ধাতু ব্যবহার করেছিলেন।যাইহোক, এই রিচার্জেবল লিথিয়াম ব্যাটারি কখনই ব্যবহারিক করা যায়নি।টাইটানিয়াম ডিসালফাইড একটি খারাপ পছন্দ ছিল, যেহেতু এটিকে সম্পূর্ণরূপে সিল করা অবস্থায় সংশ্লেষিত করতে হয়, এটিও বেশ ব্যয়বহুল (1970-এর দশকে টাইটানিয়াম ডাইসালফাইড কাঁচামালের জন্য প্রতি কিলোগ্রাম ~$1,000)।যখন বাতাসের সংস্পর্শে আসে, তখন টাইটানিয়াম ডাইসলফাইড হাইড্রোজেন সালফাইড যৌগ তৈরি করে, যার একটি অপ্রীতিকর গন্ধ থাকে এবং বেশিরভাগ প্রাণীর জন্য বিষাক্ত।এই জন্য, এবং অন্যান্য কারণে, এক্সন হুইটিংহামের লিথিয়াম-টাইটানিয়াম ডিসালফাইড ব্যাটারির বিকাশ বন্ধ করে দেয়।ধাতব লিথিয়াম ইলেক্ট্রোড সহ ব্যাটারিগুলি সুরক্ষার সমস্যাগুলি উপস্থাপন করে, কারণ লিথিয়াম ধাতু জলের সাথে প্রতিক্রিয়া করে, দাহ্য হাইড্রোজেন গ্যাস ছেড়ে দেয়।ফলস্বরূপ, গবেষণাটি এমন ব্যাটারি বিকাশের দিকে এগিয়ে যায় যেখানে, ধাতব লিথিয়ামের পরিবর্তে, শুধুমাত্র লিথিয়াম যৌগ উপস্থিত থাকে, যা লিথিয়াম আয়ন গ্রহণ এবং মুক্তি দিতে সক্ষম।

1974-76 সালে TU মিউনিখে JO বেসেনহার্ড দ্বারা গ্রাফাইটের বিপরীতমুখী আন্তঃসংযোগ এবং ক্যাথোডিক অক্সাইডে আন্তঃকলন আবিষ্কৃত হয়েছিল।বেসেনহার্ড লিথিয়াম কোষে এর প্রয়োগের প্রস্তাব করেছিলেন।গ্রাফাইটে ইলেক্ট্রোলাইট পচন এবং দ্রাবক সহ-আন্তর্কাল ব্যাটারি জীবনের জন্য গুরুতর প্রাথমিক ত্রুটি ছিল।

উন্নয়ন

1973 - অ্যাডাম হেলার লিথিয়াম থায়োনিল ক্লোরাইড ব্যাটারি প্রস্তাব করেছিলেন, যা এখনও ইমপ্লান্ট করা চিকিৎসা ডিভাইসে এবং প্রতিরক্ষা ব্যবস্থায় ব্যবহৃত হয় যেখানে 20 বছরের বেশি শেলফ লাইফ, উচ্চ শক্তির ঘনত্ব এবং/অথবা চরম অপারেটিং তাপমাত্রার জন্য সহনশীলতা প্রয়োজন।
1977 - সমর বসু পেনসিলভানিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ে গ্রাফাইটে লিথিয়ামের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইন্টারক্যালেশন প্রদর্শন করেন।এটি লিথিয়াম মেটাল ইলেক্ট্রোড ব্যাটারির বিকল্প প্রদানের জন্য বেল ল্যাবস (LiC6) এ একটি কার্যকরী লিথিয়াম ইন্টারক্যালেটেড গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের বিকাশ ঘটায়।
1979 - পৃথক গোষ্ঠীতে কাজ করা, নেড এ. গডশাল এট আল।, এবং তার কিছুক্ষণ পরে, জন বি. গুডেনাফ (অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়) এবং কোইচি মিজুশিমা (টোকিও বিশ্ববিদ্যালয়), লিথিয়াম ব্যবহার করে 4 ভি রেঞ্জে ভোল্টেজ সহ একটি রিচার্জেবল লিথিয়াম সেল প্রদর্শন করেন কোবাল্ট ডাই অক্সাইড (LiCoO2) ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড এবং লিথিয়াম ধাতু নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড হিসাবে।এই উদ্ভাবনটি ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান সরবরাহ করেছে যা প্রথম দিকে বাণিজ্যিক লিথিয়াম ব্যাটারিগুলিকে সক্ষম করে।LiCoO2 একটি স্থিতিশীল ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান যা লিথিয়াম আয়নগুলির দাতা হিসাবে কাজ করে, যার মানে এটি লিথিয়াম ধাতু ছাড়া অন্য একটি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে।স্থিতিশীল এবং সহজে হ্যান্ডেল করা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির ব্যবহার সক্ষম করে, LiCoO2 নতুন রিচার্জেবল ব্যাটারি সিস্টেমগুলিকে সক্ষম করেছে৷Godshall et al.স্পিনেল LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8, এবং LiFe5O4 (এবং পরবর্তীতে লিথিয়াম-কপার-অক্সাইড এবং লিথিয়াম-নিকেল-অক্সাইড ক্যাথোড পদার্থের স্পিনেল LiMn2O4, Li2MnO3, এর মতো ত্রিবিধ যৌগ লিথিয়াম-ট্রানজিশন মেটাল-অক্সাইডের অনুরূপ মান চিহ্নিত করেছে)
1980 - রচিদ ইয়াজামি গ্রাফাইটে লিথিয়ামের বিপরীত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইন্টারক্যালেশন প্রদর্শন করেন এবং লিথিয়াম গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোড (অ্যানোড) উদ্ভাবন করেন।সেই সময়ে উপলব্ধ জৈব ইলেক্ট্রোলাইটগুলি গ্রাফাইট নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড দিয়ে চার্জ করার সময় পচে যাবে।ইয়াজামি একটি কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে দেখান যে লিথিয়াম একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল মেকানিজমের মাধ্যমে গ্রাফাইটে বিপরীতভাবে আন্তঃসংযোগ করা যেতে পারে।2011 সাল পর্যন্ত, ইয়াজামির গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোড ছিল বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত ইলেক্ট্রোড।
নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের উৎপত্তি PAS (পলিয়াসেনিক সেমিকন্ডাক্টিভ ম্যাটেরিয়াল) থেকে যা টোকিও ইয়ামাবে এবং পরে শজজুকুনি ইয়াটা 1980-এর দশকের গোড়ার দিকে আবিষ্কার করেছিলেন।এই প্রযুক্তির বীজ ছিল প্রফেসর হিডেকি শিরাকাওয়া এবং তার গোষ্ঠী দ্বারা পরিবাহী পলিমারের আবিষ্কার এবং এটি অ্যালান ম্যাকডায়ারমিড এবং অ্যালান জে. হিগার এট আল দ্বারা তৈরি পলিঅ্যাসিটাইলিন লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি থেকে শুরু হয়েছে বলেও দেখা যায়।
1982 - Godshall et al.গডশালের স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটি পিএইচডি-র উপর ভিত্তি করে লিথিয়াম ব্যাটারিতে ক্যাথোড হিসাবে LiCoO2 ব্যবহারের জন্য US পেটেন্ট 4,340,652 পুরস্কৃত করা হয়েছে।গবেষণামূলক এবং 1979 প্রকাশনা।
1983 - মাইকেল এম. থাকারে, পিটার ব্রুস, উইলিয়াম ডেভিড, এবং জন গুডেনাফ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য বাণিজ্যিকভাবে প্রাসঙ্গিক চার্জযুক্ত ক্যাথোড উপাদান হিসাবে ম্যাঙ্গানিজ স্পিনেল তৈরি করেছিলেন।
1985 - আকিরা ইয়োশিনো কার্বোনাসিয়াস উপাদান ব্যবহার করে একটি প্রোটোটাইপ সেল একত্রিত করেছিলেন যার মধ্যে একটি ইলেক্ট্রোড হিসাবে লিথিয়াম আয়ন এবং অন্যটি হিসাবে লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2) ঢোকানো যেতে পারে।এই নাটকীয়ভাবে নিরাপত্তা উন্নত.LiCoO2 শিল্প-স্কেল উত্পাদন সক্ষম করে এবং বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সক্ষম করে।
1989 - অরুমুগাম মন্থিরাম এবং জন বি. গুডেনাফ ক্যাথোডের পলিয়ানিয়ান শ্রেণী আবিষ্কার করেন।তারা দেখিয়েছে যে পলিয়ানিয়ন সম্বলিত ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড, যেমন, সালফেট, পলিয়ানিয়নের প্রবর্তক প্রভাবের কারণে অক্সাইডের চেয়ে বেশি ভোল্টেজ তৈরি করে।এই পলিয়ানিয়ান শ্রেণীতে লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের মতো উপাদান রয়েছে।

<চলবে…>