তিনজন গবেষক যারা স্মার্টফোন যুগের কেন্দ্রবিন্দুতে একটি প্রযুক্তি তৈরি করেছেন – এবং এর ফলে সামাজিক রূপান্তর – তারা রসায়নে 2019 সালের নোবেল পুরস্কার জিতেছেন। জন বি. গুডেনাফ, এম. স্ট্যানলি হুইটিংহাম এবং আকিরা ইয়োশিনোর কাজ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি করেছে, যা ছোট ব্যাটারি কোষগুলিতে প্রচুর পরিমাণে শক্তি সঞ্চয় করে এবং দ্রুত এবং সহজে রিচার্জ করা যায়।
1991 সালে সোনি তার ক্যামকর্ডারের জন্য প্রথম বাণিজ্যিকভাবে বিক্রি করেছিল, এই ধরনের ব্যাটারিগুলি পোর্টেবল কনজিউমার ইলেকট্রনিক্সের চেয়ে অনেক বেশি ভালো। তারা সমাজকে রূপান্তরিত করার ক্ষমতা সহ আরও দুটি প্রযুক্তিগত বিপ্লবের কেন্দ্রে রয়েছে: অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন থেকে বৈদ্যুতিক যানে রূপান্তর, এবং জীবাশ্ম জ্বালানী দ্বারা চালিত বৈদ্যুতিক গ্রিড থেকে নবায়নযোগ্য শক্তি জেনারেটরে স্থানান্তর যা ব্যাটারিতে উদ্বৃত্ত বিদ্যুৎ সঞ্চয় করে। ভবিষ্যতে ব্যবহারের জন্য.
তাহলে কিভাবে এই ব্যাটারি কাজ করে? বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা আরও ভাল ব্যাটারি তৈরি করার জন্য পুরো ক্যারিয়ার ব্যয় করেছেন এবং এখনও এমন কিছু রহস্য রয়েছে যা আমরা পুরোপুরি বুঝতে পারি না। ব্যাটারি উন্নত করার জন্য রসায়নবিদ এবং পদার্থবিদদের পারমাণবিক স্তরের পরিবর্তনগুলি দেখতে হবে, সেইসাথে যান্ত্রিক এবং বৈদ্যুতিক প্রকৌশলী যারা ডিভাইসগুলিকে শক্তি দেয় এমন ব্যাটারি প্যাকগুলি ডিজাইন এবং একত্রিত করতে পারে। ইউনিভার্সিটি অফ ওয়াশিংটন এবং প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবের একজন পদার্থ বিজ্ঞানী হিসেবে, আমার কাজ লিথিয়াম-এয়ার ব্যাটারি, ম্যাগনেসিয়াম ব্যাটারি এবং অবশ্যই লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য নতুন উপকরণ অন্বেষণ করতে সাহায্য করেছে।
দুটি ইলেকট্রনের জীবনের একটি দিন বিবেচনা করা যাক। আমরা তাদের একজনের নাম দেব অ্যালেক্স এবং তার একজন বন্ধু আছে যার নাম জর্জ।
ব্যাটারি অ্যানাটমি
অ্যালেক্স একটি স্ট্যান্ডার্ড ক্ষারীয় AA ব্যাটারির ভিতরে থাকে, যেমন আপনার ফ্ল্যাশলাইট বা রিমোট কন্ট্রোলে। একটি AA ব্যাটারির ভিতরে, জিঙ্কে ভরা একটি বগি থাকে এবং আরেকটি ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডে ভরা থাকে। এক প্রান্তে শুধু দস্তাদুর্বলভাবে ইলেকট্রনের সাথে ঝুলে থাকেঅ্যালেক্সের মত। অন্য প্রান্তে, ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডশক্তিশালীভাবে টানেইলেকট্রন নিজের দিকে। এর মধ্যে, ইলেক্ট্রনগুলিকে একপাশ থেকে অন্য দিকে সরাসরি যাওয়া বন্ধ করে, পটাসিয়াম এবং জলের দ্রবণে ভিজিয়ে রাখা কাগজের টুকরো, যা ধনাত্মক পটাসিয়াম আয়ন এবং নেতিবাচক হাইড্রক্সাইড আয়ন হিসাবে সহাবস্থান করে।
যখন ব্যাটারি একটি ডিভাইসে রাখা হয় এবং সুইচ অন করা হয়, তখন ডিভাইসটির অভ্যন্তরীণ সার্কিট সম্পন্ন হয়। অ্যালেক্স জিঙ্ক থেকে বের হয়ে যায়, সার্কিটের মাধ্যমে এবং ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডে। পথের ধারে, তার নড়াচড়া ডিভাইস, বা লাইট বাল্ব বা ব্যাটারির সাথে সংযুক্ত যা কিছুকে শক্তি দেয়। অ্যালেক্স চলে গেলে, তিনি ফিরে আসতে পারবেন না: জিঙ্ক যেটি হাইড্রোক্সাইডের সাথে একটি ইলেক্ট্রন বন্ধন হারিয়ে জিঙ্ক অক্সাইড তৈরি করে। এই যৌগটি অত্যন্ত স্থিতিশীল এবং সহজেই জিঙ্কে রূপান্তরিত করা যায় না।
ব্যাটারির অন্য দিকে, ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড জল থেকে একটি অক্সিজেন পরমাণু অর্জন করে এবং হাইড্রোক্সাইড আয়নগুলিকে পিছনে ফেলে দস্তা দ্বারা খাওয়া হাইড্রক্সাইডের ভারসাম্য বজায় রাখে। একবার অ্যালেক্সের সমস্ত প্রতিবেশীরা দস্তা ছেড়ে ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডে চলে যায়,ব্যাটারি ফুরিয়ে গেছেএবং পুনর্ব্যবহৃত করা প্রয়োজন।
লিথিয়াম-আয়ন সুবিধা
আসুন এটিকে জর্জের সাথে তুলনা করি, যিনি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে থাকেন। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ক্ষারীয় AA কোষের মতো একই মৌলিক বিল্ডিং ব্লক রয়েছে, কয়েকটি পার্থক্য সহ যা প্রধান সুবিধা প্রদান করে।
জর্জ গ্রাফাইটে বাস করে, যা ইলেকট্রন ধরে রাখার ক্ষেত্রে দস্তার চেয়েও দুর্বল। এবং তার ব্যাটারির অন্য অংশটি হল লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড, যা ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইডের তুলনায় ইলেকট্রনকে অনেক বেশি শক্তিশালীভাবে টানে - যা তার ব্যাটারিকে ক্ষারীয় ব্যাটারির তুলনায় একই পরিমাণ জায়গায় অনেক বেশি শক্তি সঞ্চয় করার ক্ষমতা দেয়। গ্রাফাইট এবং লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইডকে পৃথককারী দ্রবণটিতে ইতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত লিথিয়াম আয়ন রয়েছে, যা ব্যাটারিটি নিষ্কাশন এবং রিচার্জ হওয়ার সাথে সাথে সহজেই রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে এবং ভেঙে দেয়।
