২১শে আগস্ট, চীনের বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয়ের (USTC) অধ্যাপক এমএ চেং এবং তার সহযোগীরা পরবর্তী প্রজন্মের সলিড-স্টেট লিথিয়াম ব্যাটারির বিকাশকে সীমিত করে এমন ইলেক্ট্রোড-ইলেক্ট্রোলাইট যোগাযোগের সমস্যা মোকাবেলার জন্য একটি কার্যকর কৌশল প্রস্তাব করেছিলেন। এইভাবে তৈরি সলিড-সলিড কম্পোজিট ইলেক্ট্রোড ব্যতিক্রমী ক্ষমতা এবং হারের পারফরম্যান্স প্রদর্শন করেছে।
প্রচলিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে জৈব তরল ইলেক্ট্রোলাইটকে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট দিয়ে প্রতিস্থাপন করলে নিরাপত্তার সমস্যাগুলি অনেকাংশে কমে যেতে পারে এবং শক্তির ঘনত্ব বৃদ্ধির জন্য "কাচের সিলিং" ভেঙে ফেলা সম্ভব। তবে, মূলধারার ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলিও কঠিন পদার্থ। যেহেতু দুটি কঠিন পদার্থের মধ্যে যোগাযোগ কঠিন এবং তরল পদার্থের মতো ঘনিষ্ঠ হওয়া প্রায় অসম্ভব, তাই বর্তমানে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের উপর ভিত্তি করে ব্যাটারিগুলি সাধারণত দুর্বল ইলেক্ট্রোড-ইলেক্ট্রোলাইট যোগাযোগ এবং অসন্তোষজনক পূর্ণ-কোষ কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে।
"সলিড-স্টেট ব্যাটারির ইলেক্ট্রোড-ইলেক্ট্রোলাইট যোগাযোগের সমস্যাটি কিছুটা কাঠের ব্যারেলের সবচেয়ে ছোট স্তম্ভের মতো," গবেষণার প্রধান লেখক USTC-এর অধ্যাপক এমএ চেং বলেন। "আসলে, এই বছরগুলিতে গবেষকরা ইতিমধ্যেই অনেক চমৎকার ইলেক্ট্রোড এবং কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট তৈরি করেছেন, কিন্তু তাদের মধ্যে দুর্বল যোগাযোগ এখনও লিথিয়াম-আয়ন পরিবহনের দক্ষতা সীমিত করছে।"
সৌভাগ্যবশত, MA-এর কৌশল এই ভয়াবহ চ্যালেঞ্জ কাটিয়ে উঠতে পারে। গবেষণাটি শুরু হয়েছিল একটি প্রোটোটাইপ, পেরোভস্কাইট-গঠিত কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটে একটি অপরিষ্কার পর্যায়ের পরমাণু-দ্বারা-পরমাণু পরীক্ষা দিয়ে। যদিও স্ফটিক কাঠামো অপবিত্রতা এবং কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ব্যাপকভাবে ভিন্ন ছিল, তবুও তারা এপিট্যাক্সিয়াল ইন্টারফেস তৈরি করতে দেখা গেছে। বিস্তারিত কাঠামোগত এবং রাসায়নিক বিশ্লেষণের একটি সিরিজের পর, গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন Li-সমৃদ্ধ স্তরযুক্ত ইলেক্ট্রোডের সাথে অপরিষ্কার পর্যায়টি সমকাঠামোগত। অর্থাৎ, একটি প্রোটোটাইপ কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট একটি উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ইলেক্ট্রোডের পারমাণবিক কাঠামো দ্বারা গঠিত "টেমপ্লেটে" স্ফটিকায়িত হতে পারে, যার ফলে পারমাণবিকভাবে ঘনিষ্ঠ ইন্টারফেস তৈরি হয়।
"এটি সত্যিই একটি আশ্চর্যজনক বিষয়," প্রথম লেখক এলআই ফুজেন বলেন, যিনি বর্তমানে ইউএসটিসির স্নাতকোত্তর শিক্ষার্থী। "উপাদানে অমেধ্যের উপস্থিতি আসলে একটি খুব সাধারণ ঘটনা, এতটাই সাধারণ যে বেশিরভাগ সময় এগুলি উপেক্ষা করা হয়। যাইহোক, এগুলি ঘনিষ্ঠভাবে দেখার পরে, আমরা এই অপ্রত্যাশিত এপিট্যাক্সিয়াল আচরণটি আবিষ্কার করেছি এবং এটি সরাসরি কঠিন-কঠিন যোগাযোগ উন্নত করার জন্য আমাদের কৌশলকে অনুপ্রাণিত করেছে।"
সাধারণত গৃহীত ঠান্ডা চাপ পদ্ধতির তুলনায়, গবেষকদের প্রস্তাবিত কৌশলটি পারমাণবিক স্কেলে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট এবং ইলেকট্রোডের মধ্যে একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ, নিরবচ্ছিন্ন যোগাযোগ অর্জন করতে পারে, যেমনটি পারমাণবিক-রেজোলিউশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি ছবিতে প্রতিফলিত হয়। (এমএ'র দল দ্বারা সরবরাহিত।)
পর্যবেক্ষণকৃত ঘটনার সুযোগ নিয়ে, গবেষকরা ইচ্ছাকৃতভাবে একটি লিথিয়াম-সমৃদ্ধ স্তরযুক্ত যৌগের পৃষ্ঠে পেরোভস্কাইট-গঠিত কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের মতো একই গঠনের সাথে নিরাকার পাউডারকে স্ফটিকায়িত করেছিলেন এবং একটি যৌগিক ইলেক্ট্রোডে এই দুটি কঠিন পদার্থের মধ্যে একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ, নিরবচ্ছিন্ন যোগাযোগ সফলভাবে অর্জন করেছিলেন। ইলেক্ট্রোড-ইলেক্ট্রোলাইট যোগাযোগের সমস্যা সমাধানের মাধ্যমে, এই ধরনের কঠিন-কঠিন যৌগিক ইলেক্ট্রোড একটি কঠিন-তরল যৌগিক ইলেক্ট্রোডের সাথে তুলনীয় হার ক্ষমতা প্রদান করে। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, গবেষকরা আরও দেখেছেন যে এই ধরণের এপিট্যাক্সিয়াল কঠিন-কঠিন যোগাযোগ বৃহৎ জালির অমিল সহ্য করতে পারে, এবং এইভাবে তাদের প্রস্তাবিত কৌশলটি অন্যান্য অনেক পেরোভস্কাইট কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট এবং স্তরযুক্ত ইলেক্ট্রোডের ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য হতে পারে।
"এই কাজটি এমন একটি দিক নির্দেশ করেছে যা অনুসরণ করার যোগ্য," এমএ বলেন। "এখানে উত্থাপিত নীতিটি অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ উপকরণগুলিতে প্রয়োগ করলে কোষের কার্যকারিতা আরও ভালো হতে পারে এবং বিজ্ঞান আরও আকর্ষণীয় হতে পারে। আমরা এটির জন্য অধীর আগ্রহে অপেক্ষা করছি।"
গবেষকরা এই দিকে তাদের অনুসন্ধান চালিয়ে যেতে চান এবং প্রস্তাবিত কৌশলটি অন্যান্য উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন, উচ্চ-সম্ভাব্য ক্যাথোডগুলিতে প্রয়োগ করতে চান।
এই গবেষণাটি সেল প্রেসের একটি প্রধান জার্নাল ম্যাটারে প্রকাশিত হয়েছে, যার শিরোনাম ছিল "Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batteries"। প্রথম লেখক হলেন LI Fuzhen, যিনি USTC-এর একজন স্নাতক ছাত্র। অধ্যাপক এমএ চেং-এর সহযোগীদের মধ্যে রয়েছেন সিংহুয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক NAN Ce-Wen এবং আমেস ল্যাবরেটরির ডক্টর ZHOU লিন।
(রসায়ন ও পদার্থ বিজ্ঞান স্কুল)
কাগজের লিঙ্ক: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
পোস্টের সময়: জুন-০৩-২০১৯