ইলেকট্রিক গাড়ি গতকাল, আজ, আগামীকাল: অংশ 3

"লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি" শব্দটি বিভিন্ন ধরণের প্রযুক্তি লুকায়।

একটি জিনিস নিশ্চিত - যতক্ষণ পর্যন্ত লিথিয়াম-আয়ন ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি এই বিষয়ে অপরিবর্তিত থাকবে। অন্য কোন ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এনার্জি স্টোরেজ প্রযুক্তি লিথিয়াম-আয়নের সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে না। যাইহোক, পয়েন্টটি হল যে বিভিন্ন ডিজাইন রয়েছে যা ক্যাথোড, অ্যানোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য বিভিন্ন উপকরণ ব্যবহার করে, যার প্রত্যেকটির স্থায়িত্বের ক্ষেত্রে বিভিন্ন সুবিধা রয়েছে (বৈদ্যুতিক গাড়ির জন্য একটি অনুমোদিত অবশিষ্ট ক্ষমতা পর্যন্ত চার্জ এবং ডিসচার্জ চক্রের সংখ্যা 80%), নির্দিষ্ট শক্তি kWh/kg, মূল্য ইউরো/kg বা পাওয়ার থেকে পাওয়ার অনুপাত।

সময় মত ফিরে

তথাকথিত মধ্যে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়া বহন করার সম্ভাবনা. লিথিয়াম-আয়ন কোষগুলি চার্জ করার সময় ক্যাথোডে লিথিয়াম জংশন থেকে লিথিয়াম প্রোটন এবং ইলেকট্রনের বিচ্ছেদ থেকে আসে। লিথিয়াম পরমাণু সহজেই তার তিনটি ইলেকট্রনের একটি দান করে, কিন্তু একই কারণে এটি অত্যন্ত প্রতিক্রিয়াশীল এবং বায়ু এবং জল থেকে বিচ্ছিন্ন হওয়া আবশ্যক। ভোল্টেজের উত্সে, ইলেকট্রনগুলি তাদের সার্কিট বরাবর চলতে শুরু করে এবং আয়নগুলি কার্বন-লিথিয়াম অ্যানোডে নির্দেশিত হয় এবং ঝিল্লির মধ্য দিয়ে যায়, এটির সাথে সংযুক্ত থাকে। স্রাবের সময়, বিপরীত আন্দোলন ঘটে - আয়নগুলি ক্যাথোডে ফিরে আসে এবং ইলেকট্রনগুলি, ঘুরে, বহিরাগত বৈদ্যুতিক লোডের মধ্য দিয়ে যায়। যাইহোক, দ্রুত উচ্চ-কারেন্ট চার্জিং এবং সম্পূর্ণ ডিসচার্জের ফলে নতুন টেকসই সংযোগ তৈরি হয়, যা ব্যাটারির কার্যকারিতা হ্রাস করে বা এমনকি বন্ধ করে দেয়। কণা দাতা হিসাবে লিথিয়াম ব্যবহার করার পিছনে ধারণাটি এই সত্য থেকে উদ্ভূত হয় যে এটি সবচেয়ে হালকা ধাতু এবং সঠিক অবস্থার অধীনে সহজেই প্রোটন এবং ইলেকট্রন মুক্ত করতে পারে। যাইহোক, বিজ্ঞানীরা বিশুদ্ধ লিথিয়ামের উচ্চ অস্থিরতা, বাতাসের সাথে বন্ধনের ক্ষমতা এবং নিরাপত্তার কারণে এর ব্যবহার দ্রুত ত্যাগ করছেন।

প্রথম লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিটি ১৯ Michael০ এর দশকে মাইকেল হুইটিংহাম তৈরি করেছিলেন, যিনি খাঁটি লিথিয়াম এবং টাইটানিয়াম সালফাইডকে বৈদ্যুতিন হিসাবে ব্যবহার করেছিলেন। এই ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি আর ব্যবহার করা হয় না, তবে আসলে লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির ভিত্তি স্থাপন করে। ১৯ 1970০-এর দশকে সমর বসু গ্রাফাইট থেকে লিথিয়াম আয়নগুলি গ্রহণ করার ক্ষমতা প্রদর্শন করেছিলেন, কিন্তু সময়ের অভিজ্ঞতার কারণে ব্যাটারিগুলি চার্জ হয়ে গেলে এবং ডিসচার্জ করার সময় দ্রুত স্ব-ধ্বংস হয়ে যায়। ১৯৮০ এর দশকে, নিবিড় বিকাশ ব্যাটারির ক্যাথোড এবং আনোডের জন্য উপযুক্ত লিথিয়াম যৌগগুলি সন্ধান করতে শুরু করে এবং ১৯৯১ সালে আসল ব্রেকথ্রুটি আসে।

এনসিএ, এনসিএম লিথিয়াম সেল ... এর প্রকৃত অর্থ কী?

1991 সালে বিভিন্ন লিথিয়াম যৌগ নিয়ে পরীক্ষা করার পরে, বিজ্ঞানীদের প্রচেষ্টা সফলতার সাথে মুকুট দেওয়া হয়েছিল - সনি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ব্যাপক উত্পাদন শুরু করেছিল। বর্তমানে, এই ধরণের ব্যাটারির সর্বোচ্চ আউটপুট শক্তি এবং শক্তির ঘনত্ব রয়েছে এবং সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে, বিকাশের জন্য একটি উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা রয়েছে। ব্যাটারির প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে, কোম্পানিগুলি ক্যাথোড উপাদান হিসাবে বিভিন্ন লিথিয়াম যৌগের দিকে ঝুঁকছে। এগুলি হল লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LCO), নিকেল, কোবাল্ট এবং অ্যালুমিনিয়াম (NCA) সহ যৌগ বা নিকেল, কোবাল্ট এবং ম্যাঙ্গানিজ (NCM), লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LFP), লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ স্পিনেল (LMS), লিথিয়াম টাইটানিয়াম অক্সাইড (LTO) এবং অন্যদের. ইলেক্ট্রোলাইট হল লিথিয়াম লবণ এবং জৈব দ্রাবকের মিশ্রণ এবং এটি লিথিয়াম আয়নগুলির "গতিশীলতার" জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ এবং লিথিয়াম আয়নগুলির প্রবেশযোগ্য হওয়ার দ্বারা শর্ট সার্কিট প্রতিরোধের জন্য দায়ী বিভাজক, সাধারণত পলিথিন বা পলিপ্রোপিলিন।

আউটপুট শক্তি, ক্ষমতা বা উভয়

ব্যাটারির সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হ'ল শক্তি ঘনত্ব, নির্ভরযোগ্যতা এবং সুরক্ষা। বর্তমানে উত্পাদিত ব্যাটারিগুলির মধ্যে এই গুণাবলী বিস্তৃত থাকে এবং ব্যবহৃত উপকরণগুলির উপর নির্ভর করে 100 থেকে 265 ডাব্লু / কেজি (এবং 400 থেকে 700 ডাব্লু / এল এর শক্তি ঘনত্ব) থাকে energy এক্ষেত্রে সেরা হ'ল এনসিএ ব্যাটারি এবং সবচেয়ে খারাপ এলএফপি। তবে উপাদানগুলি মুদ্রার একপাশে। নির্দিষ্ট শক্তি এবং শক্তির ঘনত্ব উভয়ই বাড়ানোর জন্য, বিভিন্ন ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি আরও উপাদান শোষণ করতে এবং আয়ন প্রবাহের উচ্চতর পরিবাহিতা সরবরাহ করতে ব্যবহৃত হয়। একটি স্থিতিশীল যৌগের মধ্যে প্রচুর পরিমাণে আয়ন, "সঞ্চিত" এবং পরিবাহিতা দ্রুত চার্জিংয়ের পূর্বশর্ত এবং এই দিকগুলিতে বিকাশ পরিচালিত হয়। একই সময়ে, ব্যাটারি ডিজাইনের অবশ্যই ড্রাইভের ধরণের উপর নির্ভর করে প্রয়োজনীয় পাওয়ার-টু-ক্ষমতা অনুপাত সরবরাহ করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, স্পষ্টত কারণে প্লাগ-ইন হাইব্রিডগুলির পাওয়ার-টু-ক্ষমতা অনুপাতের পরিমাণ অনেক বেশি হওয়া দরকার। আজকের বিকাশগুলি এনসিএ (ক্যাথোড এবং গ্রাফাইট অ্যানোড সহ LiNiCoAlO2) এবং এনএমসি 811 (ক্যাথোড এবং গ্রাফাইট আনোড সহ LiNiMnCoO2) এর মতো ব্যাটারির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। পূর্ববর্তীটিতে (লিথিয়ামের বাইরে) প্রায় 80% নিকেল, 15% কোবাল্ট এবং 5% অ্যালুমিনিয়াম রয়েছে এবং 200-250 ডাব্লু / কেজি নির্দিষ্ট শক্তি রয়েছে, যার অর্থ তাদের কাছে সমালোচনামূলক কোবাল্টের অপেক্ষাকৃত সীমিত ব্যবহার এবং 1500 চক্রের পরিষেবা জীবন রয়েছে। এই জাতীয় ব্যাটারিগুলি নেভাদারার গিগাফ্যাক্টরিতে টেসলা দ্বারা উত্পাদিত হবে। যখন এটি তার পরিকল্পিত পূর্ণ ক্ষমতাতে পৌঁছে যায় (2020 বা 2021 সালে, পরিস্থিতির উপর নির্ভর করে), উদ্ভিদটি 35 গিগাওয়াট ব্যাটারি উত্পাদন করে, 500 যানবাহন শক্তি সরবরাহের জন্য যথেষ্ট। এটি ব্যাটারিগুলির ব্যয় আরও কমাবে।

NMC 811 ব্যাটারির নির্দিষ্ট শক্তি কিছুটা কম থাকে (140-200W/kg) কিন্তু এর আয়ু দীর্ঘ, 2000 পূর্ণ চক্রে পৌঁছায় এবং 80% নিকেল, 10% ম্যাঙ্গানিজ এবং 10% কোবাল্ট। বর্তমানে, সমস্ত ব্যাটারি নির্মাতারা এই দুই ধরনের একটি ব্যবহার করে। একমাত্র ব্যতিক্রম চীনা কোম্পানি BYD, যা LFP ব্যাটারি তৈরি করে। তাদের সাথে সজ্জিত গাড়িগুলি ভারী, তবে তাদের কোবাল্টের প্রয়োজন নেই। শক্তির ঘনত্ব এবং শক্তির ঘনত্বের ক্ষেত্রে তাদের নিজ নিজ সুবিধার কারণে এনসিএ ব্যাটারিগুলি বৈদ্যুতিক যানবাহনের জন্য এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিডগুলির জন্য NMC-এর জন্য পছন্দ করা হয়। উদাহরণ হল বৈদ্যুতিক ই-গল্ফ যার শক্তি/ক্ষমতা অনুপাত 2,8 এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড গল্ফ GTE অনুপাত 8,5। দাম কমানোর নামে, VW সব ধরনের ব্যাটারির জন্য একই সেল ব্যবহার করতে চায়। এবং আরও একটি জিনিস - ব্যাটারির ক্ষমতা যত বেশি হবে, সম্পূর্ণ স্রাব এবং চার্জের সংখ্যা তত কম হবে এবং এটি এর পরিষেবা জীবন বাড়ায়, তাই - ব্যাটারি যত বড় হবে তত ভাল। দ্বিতীয়টি একটি সমস্যা হিসাবে হাইব্রিডকে উদ্বেগ করে।

বাজার প্রবণতা

বর্তমানে, পরিবহন উদ্দেশ্যে ব্যাটারির চাহিদা ইতিমধ্যে ইলেকট্রনিক পণ্যের চাহিদাকে ছাড়িয়ে গেছে। এটি এখনও অনুমান করা হচ্ছে যে 2020 সালের মধ্যে প্রতি বছর 1,5 মিলিয়ন বৈদ্যুতিক যান বিশ্বব্যাপী বিক্রি হবে, যা ব্যাটারির খরচ কমাতে সাহায্য করবে। 2010 সালে, একটি লিথিয়াম-আয়ন সেলের 1 kWh এর দাম ছিল প্রায় 900 ইউরো, এবং এখন এটি 200 ইউরোর কম। পুরো ব্যাটারির খরচের 25% ক্যাথোডের জন্য, 8% অ্যানোড, বিভাজক এবং ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য, 16% অন্যান্য সমস্ত ব্যাটারি কোষের জন্য এবং 35% সামগ্রিক ব্যাটারি ডিজাইনের জন্য। অন্য কথায়, লিথিয়াম-আয়ন কোষ একটি ব্যাটারির খরচে 65 শতাংশ অবদান রাখে। 2020 সালের জন্য টেসলার আনুমানিক দাম যখন Gigafactory 1 পরিষেবাতে প্রবেশ করে NCA ব্যাটারির জন্য প্রায় 300€/kWh এবং দামের মধ্যে কিছু গড় ভ্যাট এবং ওয়ারেন্টি সহ সমাপ্ত পণ্য অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। এখনও একটি মোটামুটি উচ্চ মূল্য, যা সময়ের সাথে সাথে হ্রাস অব্যাহত থাকবে।

লিথিয়ামের মূল মজুদগুলি আর্জেন্টিনা, বলিভিয়া, চিলি, চীন, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, অস্ট্রেলিয়া, কানাডা, রাশিয়া, কঙ্গো এবং সার্বিয়ায় দেখা যায়, বর্তমানে বেশিরভাগ অংশ শুকনো হ্রদ থেকে খনন করা হচ্ছে। আরও বেশি করে ব্যাটারি জমা হওয়ার সাথে সাথে পুরানো ব্যাটারি থেকে পুনর্ব্যবহৃত উপকরণগুলির বাজার বাড়বে। তবে আরও গুরুত্বপূর্ণ, কোবাল্টের সমস্যাটি, যদিও এটি প্রচুর পরিমাণে উপস্থিত রয়েছে, নিকেল এবং তামা উৎপাদনে উপ-পণ্য হিসাবে খনন করা হয়। কঙ্গোতে (যার মধ্যে সর্বাধিক সহজলভ্য রিজার্ভ রয়েছে) মাটিতে কম ঘনত্ব থাকা সত্ত্বেও কোবাল্ট খনন করা হয়, তবে এমন পরিস্থিতিতে যেটি নৈতিকতা, নৈতিকতা এবং পরিবেশ সুরক্ষাকে চ্যালেঞ্জ করে।

হাই-টেক

এটি মনে রাখা উচিত যে অদূর ভবিষ্যতের প্রত্যাশা হিসাবে গৃহীত প্রযুক্তিগুলি মূলত নতুন নয়, তবে লিথিয়াম-আয়ন বিকল্পগুলি। এগুলি উদাহরণস্বরূপ, সলিড-স্টেট ব্যাটারি, যা তরল (বা লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারিতে জেল) এর পরিবর্তে শক্ত ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে। এই সমাধানটি বৈদ্যুতিনগুলির আরও স্থিতিশীল নকশা সরবরাহ করে, যা যথাক্রমে উচ্চ স্রোতের সাথে চার্জ দেওয়ার সময় তাদের অখণ্ডতা লঙ্ঘন করে। উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ লোড। এটি চার্জ করা বর্তমান, বৈদ্যুতিন ঘনত্ব এবং ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি করতে পারে। সলিড স্টেট ব্যাটারিগুলি এখনও বিকাশের খুব প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং মধ্য দশক পর্যন্ত ব্যাপক উত্পাদন হ্রাসের সম্ভাবনা নেই।

আমস্টারডামে 2017 বিএমডব্লিউ ইনোভেশন টেকনোলজি প্রতিযোগিতায় পুরস্কারপ্রাপ্ত স্টার্ট-আপগুলির মধ্যে একটি ব্যাটারি চালিত কোম্পানি যার সিলিকন অ্যানোড শক্তির ঘনত্ব উন্নত করে। ইঞ্জিনিয়াররা অ্যানোড এবং ক্যাথোড উভয় উপাদানকেই অধিকতর ঘনত্ব ও শক্তি প্রদানের জন্য বিভিন্ন ন্যানো প্রযুক্তিতে কাজ করছে এবং এর একটি সমাধান হল গ্রাফিন ব্যবহার করা। গ্রাফাইটের এই মাইক্রোস্কোপিক স্তরগুলি একটি একক পরমাণু বেধ এবং একটি ষড়ভুজাকার পারমাণবিক কাঠামো অন্যতম প্রতিশ্রুতিশীল উপকরণ। ব্যাটারি সেল নির্মাতা স্যামসাং এসডিআই কর্তৃক বিকশিত "গ্রাফিন বল", ক্যাথোড এবং অ্যানোড কাঠামোর সাথে একীভূত, উচ্চতর শক্তি, ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং উপাদানটির ঘনত্ব এবং প্রায় 45% এবং একই সাথে চারগুণ দ্রুত চার্জিংয়ের ক্ষমতা বৃদ্ধি করে। ফর্মুলা ই গাড়ি থেকে সবচেয়ে শক্তিশালী আবেগ পেতে পারে, যা এই ধরনের ব্যাটারি দিয়ে সজ্জিত হতে পারে।

এই পর্যায়ে খেলোয়াড়রা

টায়ার 123 এবং টায়ার 2020 সরবরাহকারী হিসাবে প্রধান খেলোয়াড়, যেমন সেল এবং ব্যাটারি প্রস্তুতকারক, হল জাপান (প্যানাসনিক, সনি, জিএস ইউয়াসা এবং হিটাচি ভেহিকেল এনার্জি), কোরিয়া (এলজি কেম, স্যামসাং, কোকাম এবং এসকে ইনোভেশন), চীন (বিওয়াইডি কোম্পানি) . , ATL এবং Lishen) এবং USA (Tesla, Johnson Controls, A30 Systems, EnerDel এবং Valence Technology)। সেল ফোনের প্রধান সরবরাহকারীরা বর্তমানে LG Chem, Panasonic, Samsung SDI (কোরিয়া), AESC (জাপান), BYD (চীন) এবং CATL (চীন), যার দুই-তৃতীয়াংশের বাজার শেয়ার রয়েছে। ইউরোপে এই পর্যায়ে, তারা শুধুমাত্র জার্মানির BMZ গ্রুপ এবং সুইডেনের নর্থভোলথ দ্বারা বিরোধিতা করছে। XNUMX সালে টেসলার গিগাফ্যাক্টরি চালু হওয়ার সাথে সাথে, এই অনুপাতটি পরিবর্তিত হবে - আমেরিকান কোম্পানিটি বিশ্বের লিথিয়াম-আয়ন কোষগুলির XNUMX% উৎপাদন করবে। ডেমলার এবং বিএমডব্লিউ-এর মতো কোম্পানিগুলি ইতিমধ্যেই এই কয়েকটি সংস্থার সাথে চুক্তি স্বাক্ষর করেছে, যেমন CATL, যা ইউরোপে একটি কারখানা তৈরি করছে৷