ভিএই সহ-পলিমার ব্যবহার করে খরচ-কার্যকর বাইন্ডার সমাধান

কেন ইলেকট্রোড উৎপাদনে ভিএই সহ-পলিমার উচ্চতর খরচ দক্ষতা প্রদান করে

পিভিডিএফ এবং সিএমসি/এসবিআর সিস্টেমের তুলনায় কাঁচামাল সাশ্রয়

PVDF বা CMC/SBR মিশ্রণের মতো পুরনো ধরনের বাইন্ডারগুলির পরিবর্তে VAE কপলিমার ব্যবহার করলে উপকরণের খরচ প্রায় ১৫ থেকে ২০ শতাংশ পর্যন্ত কমানো সম্ভব, কারণ প্রতিটি ইলেকট্রোড শীটের জন্য কম পলিমারের প্রয়োজন হয়। এখানে প্রধান পার্থক্য হলো, PVDF-এর জন্য N-মেথাইল-২-পাইরোলিডোন (NMP) নামক একটি ব্যয়বহুল ও বিপজ্জনক দ্রাবকের প্রয়োজন হয়। অন্যদিকে, VAE জল-ভিত্তিক হওয়ায় কোম্পানিগুলি এই বিষাক্ত দ্রাবক ক্রয়, সংরক্ষণ ও নিষ্কাশনে খরচ কমাতে পারে। আরেকটি সুবিধা হলো, ফ্লুরিনের সীমিত সরবরাহ এবং ফ্লুরিনযুক্ত রাসায়নিকগুলির উপর কঠোরতর নিয়মের কারণে PVDF-এর দামের চমকপ্রদ ওঠানামা থেকে রক্ষা পাওয়া। ২০২৩ সালে পোনেমন কর্তৃক পরিচালিত কিছু গবেষণা অনুসারে, পাঁচ গিগাওয়াট ঘণ্টা উৎপাদন লাইন চালানো কারখানাগুলি শুধুমাত্র উপকরণ ও পরিবহন ব্যয়ে প্রতি বছর প্রায় সাত লক্ষ চল্লিশ হাজার মার্কিন ডলার সাশ্রয় করেছে এই পরিবর্তনের মাধ্যমে।

জল-ভিত্তিক প্রক্রিয়াকরণ ও শুকানোর তাপমাত্রা কমানোর ফলে শক্তি খরচ কমে

VAE-এ ব্যবহৃত জলীয় প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি ঐতিহ্যগত দ্রাবক-ভিত্তিক সিস্টেমের তুলনায় তাপীয় শক্তির চাহিদা প্রায় ৪০% কমিয়ে দেয়। শুষ্কীকরণ প্রক্রিয়াটি প্রায় ৮০ থেকে ৯০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় সম্পন্ন হয়, যা আসলে PVDF অ্যাপ্লিকেশনে NMP বাষ্পীভবনের জন্য প্রয়োজনীয় তাপমাত্রার চেয়ে ৫০ থেকে ৬০ ডিগ্রি কম। এই তাপমাত্রার পার্থক্যটি শুষ্কীকরণ পর্যায়ে বিদ্যুৎ ও গ্যাস ব্যবহারে বাস্তব প্রভাব ফেলে। NMP পুনরুদ্ধার সরঞ্জামের প্রয়োজন বাতিল করে দেওয়াটিও শক্তি সাশ্রয়ের একটি উপায়, কারণ এখন আর সেইসব দ্রাবক আস্তিল টাওয়ারগুলির প্রয়োজন হয় না, যেগুলি সাধারণত প্রতি ঘনমিটারে ২৫ থেকে ৩০ কিলোওয়াট-ঘণ্টা শক্তি খরচ করে। সম্পূর্ণ জীবনচক্র বিশ্লেষণ করে এমন গবেষণাগুলি দেখায় যে, এই সমস্ত দক্ষতা উন্নতি একত্রিত হয়ে প্রতি কিলোওয়াট-ঘণ্টা ব্যাটারি উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ প্রায় ১৮% কমিয়ে দেয়। এর সবচেয়ে ভালো বিষয় হলো যে, এটি ইলেকট্রোড ঘনত্ব বা উপকরণগুলির পারস্পরিক আস্তরণের মতো গুণগত দিকগুলিকে কোনোভাবেই প্রভাবিত করে না।

ভিএইচ বাইন্ডার পারফরম্যান্স: ইলেকট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতা এবং চক্র জীবনের মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখা

এনএমসি৬২২/লি হাফ-সেলগুলিতে উচ্চ ধারণক্ষমতা ধরে রাখা (>২০০ চক্র পরে ৯২% এর বেশি)

ভিএই (VAE) কোপলিমারগুলি NMC622/লিথিয়াম হাফ-সেলে ২০০টি চার্জ-ডিসচার্জ চক্র পূর্ণ করার পরেও ৯২% এর বেশি ক্ষমতা ধরে রাখে, যা আসলে ঐতিহ্যবাহী বাইন্ডার উপকরণগুলির সাথে সাধারণত যা দেখা যায় তার চেয়ে প্রায় ৮ থেকে ১২ শতাংশ বেশি। এই কার্যকারিতা বৃদ্ধির পেছনের কারণ হল এই পলিমারগুলি সক্রিয় উপাদানের কণাগুলিতে কতটা সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে এবং কতটা দৃঢ়ভাবে কিন্তু নমনীয়ভাবে আটকে থাকে। এটি লিথিয়াম প্রবেশ ও নিষ্কাশন চক্রগুলির সময় সেই কণাগুলিকে সংযুক্ত রাখতে সাহায্য করে, যাতে তারা বিচ্ছিন্ন না হয়। ভিএই-এর প্রকৃতিতে অত্যন্ত স্থিতিস্থাপকতা থাকাই এটিকে বিশেষভাবে আলাদা করে তোলে, যা জটিল নিকেল-ম্যাঙ্গানিজ-কোবাল্ট অক্সাইড ক্যাথোডগুলিতে প্রায় ৭% আয়তন প্রসারণ ও সংকোচন সহ্য করতে পারে, কিন্তু কণাগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিক সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে না। তৃতীয় পক্ষের পরীক্ষাগুলি এই দাবিগুলি সমর্থন করে এবং ০.৫C হারে শক্তি ঘনত্ব ৭২০ Wh/L-এর উপরে স্থিতিশীল থাকে বলে প্রমাণিত করে। এর তুলনা করুন স্ট্যান্ডার্ড PVDF-বাঁধা NMC622 ইলেকট্রোডগুলির সাথে, যেখানে অনুরূপ পরীক্ষার শর্তে মাত্র ১৫০টি চক্রের মধ্যেই কার্যকারিতা সাধারণত ১৫-২০% হ্রাস পায়।

ই আই এস দ্বারা নিশ্চিতকৃত স্থিতিশীল এসইআই গঠন এবং নিম্ন ইন্টারফেশিয়াল প্রতিরোধ বৃদ্ধি

ইলেকট্রোকেমিক্যাল ইম্পিড্যান্স স্পেকট্রোস্কপির ফলাফলগুলি পর্যবেক্ষণ করলে ভিএই (VAE)-বাঁধা ইলেকট্রোডগুলির সম্পর্কে কিছু আকর্ষণীয় তথ্য জানা যায়। এই উপাদানগুলি অত্যন্ত স্থিতিশীল সলিড-ইলেকট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) স্তর গঠন করে, যেখানে ইন্টারফেস রেজিস্ট্যান্স ১০০ চক্র পরে মাত্র প্রায় ৫ ওহম-সেমি² পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। এটি আসলে পিভিডিএফ (PVDF) ভিত্তিক সিস্টেমগুলির তুলনায় প্রায় ৪০% ভালো। এটি কেন ঘটে? এখানে ভিএই-এর হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে বলে মনে হয়। এগুলি লিথিয়াম আয়নগুলির আরও সমানভাবে বিতরণ সহায়তা করে এবং ইলেকট্রোলাইটের স্থানীয় বিঘটনকে রোধ করে, যা ডেনড্রাইট গঠনের দিকে পরিচালিত করতে পারে। ভিএই-এর নিম্ন অক্সিডেশন বিভব (লিথিয়ামের সাপেক্ষে ৩.৮ ভোল্টের নিচে) থেকে আরেকটি সুবিধা পাওয়া যায়। এই বৈশিষ্ট্যটি অবাঞ্ছিত পার্শ্ব বিক্রিয়াগুলিকে কমিয়ে দেয়, ফলে ৩০০ বার চক্রিত হওয়ার পরেও চার্জ ট্রান্সফার রেজিস্ট্যান্স ২৫ ওহম-সেমি²-এর নিচে থাকে। গবেষকরা স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপির মাধ্যমে ক্রস-সেকশন পর্যবেক্ষণ করলে পান যে, SEI স্তরগুলি পাতলা এবং আরও সুসংগত। আর কী আশ্চর্যজনক? এই শারীরিক পর্যবেক্ষণগুলি পরীক্ষায় প্রাপ্ত উচ্চ ক্যাপাসিটি রিটেনশন সংখ্যার সঙ্গে বেশ ভালোভাবে মিলে যায়।

ভিএই বাঁধনকারী ইলেকট্রোডগুলির যান্ত্রিক দৃঢ়তা এবং প্রক্রিয়া নমনীয়তা

অসাধারণ বাঁকানোর সহনশীলতা (>৫,০০০ বাঁক চক্র) যা নমনীয় ব্যাটারি ডিজাইনকে সক্ষম করে

ভিএই বাঁধনকারীগুলি এই উপকরণগুলিকে অসাধারণ স্থায়িত্ব প্রদান করে। পরীক্ষাগুলি দেখায় যে, ইলেকট্রোডগুলি তাদের পরিবাহিতা হারানো বা আলাদা হয়ে যাওয়া ছাড়াই হাজার হাজার বার—আসলে ৫,০০০-এর বেশি বার—বাঁকানো যেতে পারে। এটি বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত নমনীয় ব্যাটারিগুলির জন্য এদের খুবই উপযুক্ত করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, পরিধেয় প্রযুক্তি, নতুন রোল-আপ স্ক্রিন, এমনকি ফোল্ডেবল ফোন—যেখানে ঐতিহ্যগত পিভিডিএফ-বাঁধনকারী ইলেকট্রোডগুলি মাত্র কয়েকশো বার বাঁকানোর পরেই ফাটতে শুরু করে বা সংযোগ হারায়। ভিএই-এর বিশেষত্ব হলো এটি এত চাপের মধ্যেও কতটা টেকসই থাকে। উপাদানটি ভালোভাবে একসঙ্গে থাকে, ফলে বারবার বাঁকানোর পরেও বৈদ্যুতিক সংযোগগুলি অক্ষত থাকে, যা দৈনন্দিন ব্যবহারের সময় নমনীয় ও গতিশীল হওয়ার প্রয়োজনীয়তা রাখে এমন বাস্তব জগতের ডিভাইসগুলির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এনএমপি পুনরুদ্ধার অবকাঠামোর অপসারণের ফলে মূলধন বিনিয়োগ (CAPEX) প্রায় ৩৫% কমে

ভিএ ই (VAE) দ্বারা ব্যবহৃত জল-ভিত্তিক পদ্ধতি সেই এনএমপি (NMP) পুনরুদ্ধার ব্যবস্থাগুলির প্রয়োজন ঘুচিয়ে দেয়, যা সাধারণত ইলেকট্রোড উৎপাদন সুবিধা নির্মাণে কোম্পানিগুলির ব্যয়ের প্রায় ৩৫% গঠন করে। এবং এখানে শুধু অর্থ সাশ্রয় হওয়ার কথাই নয়— আমরা বিভিন্ন ধরনের কার্যাবলী-সংক্রান্ত সমস্যা সম্পূর্ণরূপে দূর করার কথাও বলছি। দোষ নিয়ন্ত্রণের জন্য কঠোর দ্রাবক নিঃসরণ বিধি মেনে চলার চিন্তা আর থাকে না, ব্যয়বহুল বিস্ফোরণ-প্রতিরোধী ডিজাইনের প্রয়োজন হয় না এবং জটিল শূন্যস্থান আস্তরণ এককগুলি রক্ষণাবেক্ষণের সঙ্গে যুক্ত ঝামেলাও অনেক কমে যায়। এর সঙ্গে যখন নিম্ন তাপমাত্রায় শুকানোর সুযোগ যুক্ত হয়, তখন উৎপাদনকারীরা শুধু ডিজাইনে সংকীর্ণ নয়, বরং অপারেশনের জন্য অনেক বেশি নিরাপদ উৎপাদন লাইন পান। এই লাইনগুলি দ্রুত স্থাপন করা যায়, যার ফলে কোম্পানিগুলি ভালো স্লারি স্থিতিশীলতা এবং শীর্ষ মানের কোটিংয়ের মধ্যে গুরুত্বপূর্ণ ভারসাম্য বজায় রেখেই তাদের কার্যক্রম দ্রুত বিস্তার করতে পারে।

স্কেলযোগ্য বাস্তবায়ন: ভিএ ই (VAE) আণবিক ওজন-উৎপাদন বিড়ম্বনা সমাধান

VAE কপলিমার উৎপাদনকে বৃহদায়িত করার সময় সঠিক আণবিক ওজন বণ্টন পাওয়া অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উচ্চতর আণবিক ওজন অবশ্যই আসক্তি বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে, কিন্তু এটি কিছু খরচ নিয়ে আসে। যখন দ্রবণগুলি অত্যধিক স্নিগ্ধ হয়ে ওঠে, তখন এটি স্লারির সমরূপতা, কোটিংয়ের সামঞ্জস্যতা এবং শেষ পর্যন্ত ইলেকট্রোড উৎপাদনের হারকে প্রভাবিত করে। এখানে একটি বাস্তবিক ভারসাম্য বজায় রাখা প্রয়োজন, যা সংশ্লেষণের সময় সাবধানতার সাথে নিয়ন্ত্রণ করা হয়। যদি আণবিক ওজন অত্যধিক কমে যায়, তবে উপকরণটি যথেষ্ট যান্ত্রিকভাবে একত্রিত থাকে না। অন্যদিকে, অত্যধিক স্নিগ্ধতা পাতলা ফিল্ম প্রয়োগের জন্য বিভিন্ন সমস্যা সৃষ্টি করে, যা প্রায়শই ফিল্মে ছিদ্র (পিনহোল) বা গুচ্ছ (ক্লাম্প) গঠনের মতো অপ্রীতিকর ত্রুটির কারণ হয়। শিল্প নেতারা এই চ্যালেঞ্জটি মোকাবেলা করেন তাদের পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়ার বিভিন্ন দিক সূক্ষ্মভাবে সামঞ্জস্য করে। তারা মনোমারগুলিকে সিস্টেমে কত দ্রুত প্রবেশ করানো হচ্ছে এবং ইনিশিয়েটরগুলির কী ঘনত্ব ব্যবহার করা হচ্ছে—এসব বিষয় সামঞ্জস্য করেন। এই সামঞ্জস্যগুলি আণবিক ওজনের একটি সংকীর্ণ ও সুসন্তুলিত পরিসর তৈরি করতে সাহায্য করে। ফলাফল? উৎপাদন চক্রের মধ্যে স্নিগ্ধতার পরিবর্তন ১০% -এর কম। এর অর্থ হলো, ইলেকট্রোডগুলির পুরুত্ব প্রায় ১.৫ মাইক্রোমিটার মধ্যে সামঞ্জস্যপূর্ণ থাকে, এবং চূড়ান্ত পণ্যে ত্রুটিগুলির সংখ্যা কমে যায়। এবং স্বীকার করুন, পরিষ্কার ফিল্মগুলি সেল অ্যাসেম্বলির সময় উত্তম উৎপাদন হার এবং সামগ্রিক প্রক্রিয়া স্থিতিশীলতার সরাসরি প্রতিফলন।

FAQ

কেন VAE কোপলিমারগুলি PVDF-এর তুলনায় বেশি খরচ-কার্যকর?

VAE কোপলিমারগুলি বেশি খরচ-কার্যকর কারণ প্রতিটি ইলেকট্রোড শীটের জন্য এদের কম পলিমারের প্রয়োজন হয় এবং এরা জল-ভিত্তিক, যার ফলে দামি ও বিপজ্জনক N-মেথিল-২-পাইরোলিডোন (NMP) দ্রাবকের প্রয়োজন হয় না।

ইলেকট্রোড উৎপাদনে VAE কোপলিমারগুলি শক্তি ব্যবহারকে কীভাবে প্রভাবিত করে?

VAE কোপলিমারগুলি নিম্ন প্রক্রিয়াকরণ তাপমাত্রা এবং NMP পুনরুদ্ধার সরঞ্জামের প্রয়োজন না হওয়ার কারণে ঐতিহ্যবাহী দ্রাবক-ভিত্তিক সিস্টেমের তুলনায় শক্তি ব্যবহার ৪০% কমায়।

VAE কোপলিমারগুলির ধারণক্ষমতা ধরে রাখার হার কত?

NMC622/Li অর্ধ-কোষে ২০০টি চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের পরে VAE কোপলিমারগুলি ৯২% এর বেশি ধারণক্ষমতা ধরে রাখে, যা ঐতিহ্যবাহী বাইন্ডার উপকরণগুলির চেয়ে উৎকৃষ্ট।

VAE কীভাবে সলিড-ইলেকট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) স্তরগুলিতে স্থিতিশীলতা উন্নয়ন করে?

VAE এর হাইড্রক্সিল গ্রুপ এবং নিম্ন জারণ বিভবের জন্য কম ইন্টারফেশিয়াল রেজিস্ট্যান্স বৃদ্ধি সহ স্থিতিশীল SEI স্তর গঠন করে, যার ফলে স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি পায়।