রিচার্জেবল জিঙ্ক ব্যাটারি: চ্যালেঞ্জ কাটিয়ে ওঠা এবং পরবর্তী-জেন এনার্জি স্টোরেজের জন্য সুযোগ আনলক করা

যেখানে লিথিয়াম খুবই সীমিত, শারীরিকভাবে ঘনীভূত, এবং নিরাপত্তা নিয়ে অনেক সমস্যা রয়েছে (থার্মাল রানওয়ে, আগুন); দস্তার অনেক বেশি ব্যবহার আছে, খরচ অনেক কম, এবং কোন নিরাপত্তা সমস্যা নেই।

দস্তা ব্যাটারি জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট এবং স্থূল তরল ইলেক্ট্রোলাইট দ্রাবক দহনের উপর কাজ করে, যা জৈব দ্রাবক ব্যবহার করে লি-আয়ন কোষের সাথে সম্পর্কিত নিরাপত্তা ঝুঁকি; তাই, দস্তা উচ্চ তাত্ত্বিক ভলিউমেট্রিক ক্ষমতা (5,855 Ah/L) এবং কম রেডক্স সম্ভাবনা প্রদান করে, এইভাবে উচ্চ-শক্তির ঘনত্ব প্রয়োগের জন্য আবেদন করে।

বহু বছর ধরে (কয়েকটিরও বেশি) দস্তা ভিত্তিক রিচার্জেবল ব্যাটারি (প্রাথমিকভাবে নিকেল জিঙ্ক এবং জিঙ্ক এয়ার) নিম্নলিখিত তিনটি প্রধান সমস্যার কারণে সীমিত পণ্য: ডেনড্রাইট গঠন, প্রতিক্রিয়ার পরজীবী প্রকৃতির কারণে হাইড্রোজেন বিবর্তন এবং আকার পরিবর্তন।

রিচার্জ পর্বের সময় দস্তার সাথে ডেনড্রাইটের গঠন ঘটে। দস্তা ব্যাটারি রিচার্জ করার সময় অসমভাবে জমা হয় দস্তা ডেনড্রাইটিক কাঠামো তৈরি করে যা দস্তা কোষের বিভাজকের মধ্য দিয়ে যেতে পারে এবং একটি শর্ট সার্কিট হতে পারে।

কোষে যে বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে এবং হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন হয় তা হল আরেকটি পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া যার ফলে কোষের আর্দ্রতা হ্রাস পায় যা চক্রের জীবন সীমিত করে।

সাইক্লিং প্রক্রিয়ার সময় দস্তা ইলেক্ট্রোডের আকৃতি পরিবর্তন হবে কারণ সক্রিয় উপাদান পুনরায় বিতরণ করা হয় এবং এর ফলে ক্ষমতা হ্রাস এবং যান্ত্রিক ব্যর্থতা হয়।

লি-আয়ন ব্যাটারি যা 1000 - 2000 চক্র প্রদান করে তার তুলনায় জিঙ্ক ব্যাটারির সাইকেল সংখ্যার ক্ষেত্রে সাধারণত 200 - 300 ডিপ সাইকেলের সীমাবদ্ধতা থাকে।

উপকরণ বিজ্ঞান, ন্যানো ইঞ্জিনিয়ারিং, এবং ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি - বিস্তৃত আন্তঃবিষয়ক গবেষণার একটি তরঙ্গ এই বাধাগুলিকে পদ্ধতিগতভাবে ভেঙে দিচ্ছে৷

3D স্ট্রাকচার্ড জিঙ্ক অ্যানোডস:ইউনিভার্সিটি অফ মেরিল্যান্ড এবং ইউএস আর্মি রিসার্চ ল্যাবরেটরির গবেষকরা জিঙ্ক অ্যানোডের মতো ছিদ্রযুক্ত, স্পঞ্জ-বিকশিত করেছেন যা ভলিউম পরিবর্তনকে মিটমাট করে এবং অভিন্ন জমাকে উৎসাহিত করে, মূলত ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে দূর করে৷ এই অ্যানোডগুলি স্রাবের উচ্চ গভীরতায় 1,500 টিরও বেশি চক্র প্রদর্শন করেছে।

ইলেক্ট্রোলাইট সংযোজন এবং "জিঙ্ক-ফোবিক" আবরণ:ইলেক্ট্রোলাইটে প্রচুর পরিমাণে জৈব বা অজৈব সংযোজন (যেমন, সোডিয়াম ডোডেসিল সালফেট, বিসমাথ অক্সাইড) যোগ করা জিঙ্ক জমার রূপবিদ্যাকে পরিবর্তন করে। আরও উন্নত পদ্ধতিতে "জিঙ্ক-ফোবিক" আবরণ ব্যবহার করা হয় যা প্ল্যানার, ঘন স্তরে জমা হয়।

উচ্চ-কর্মক্ষমতা বিভাজক:পলিমার-সিরামিক কম্পোজিট বিভাজক নতুন ন্যানোসেলুলোজ- বা মেটাল-জৈব ফ্রেমওয়ার্ক (MOF)-রিইনফোর্সড বিভাজককে অন্তর্ভুক্ত করে যা দ্রুত আয়নিক পরিবহনের অনুমতি দেওয়ার সময় ডেনড্রাইটের অনুপ্রবেশ রোধ করে।

পার্শ্ব-প্রতিক্রিয়া দমন:গবেষকরা প্রমাণ করেছেন যে বাফার pH-এর ব্যবহার অপ্টিমাইজ করে এবং জারা প্রতিরোধক (যেমন ইন্ডিয়াম বা টিন যৌগ) যোগ করে, 79% 99 এর অপারেশনাল কুলম্বিক ওভারফেসি সহ সাম্প্রতিক বিকশিত প্রোটোটাইপ হাইড্রোজেন ব্যাটারিতে অপ্রত্যাশিত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়া(গুলি) থেকে হাইড্রোজেন বিবর্তনে উল্লেখযোগ্য হ্রাস পেয়েছে।

এই অগ্রগতির সাথে, রিচার্জেবল জিঙ্ক ব্যাটারিগুলি তাদের বাণিজ্যিক মিষ্টি স্পটগুলি খুঁজে পাচ্ছে - ইভিতে লি-আয়নের সাথে-হেড- নয়, কিন্তু বিশাল, অপ্রতুল বাজারে।

1. স্থির শক্তি সঞ্চয়স্থান (গ্রিড এবং আবাসিক)

লিথিয়াম-আয়নের উচ্চ খরচ প্রতি কিলোওয়াট-ঘণ্টা ব্যবহারের কারণে দীর্ঘ-সঞ্চয়স্থান (4-12 ঘণ্টা) একটি চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে। বিপরীতে, জিঙ্ক-ভিত্তিক ব্যাটারি - বিশেষ করে যারা জিঙ্ক-বায়ু বা জিঙ্ক-ব্রোমিন রসায়ন ব্যবহার করে - কাঁচামালের খরচ কম এবং অ{11}}দাহ্য প্রমাণিত হয়েছে, সেগুলিকে ইউটিলিটি এবং ব্যাকআপ{12}এর জন্য দারুণ উপযুক্ত করে তোলে সোলার-প্লাস-স্টোরেজ অ্যাপ্লিকেশন। Eos Energy Enterprises এবং Zinc8 Energy Solutions সহ চীন এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের অনেক স্টার্ট আপ মেগাওয়াট স্কেল-ভিত্তিক ব্যাটারি সিস্টেম স্থাপন করা শুরু করেছে৷

2. পরিধানযোগ্য এবং IoT ডিভাইস

নমনীয়, পাতলা-ফিল্ম জিঙ্ক ব্যাটারিগুলি স্মার্টওয়াচ, মেডিকেল প্যাচ এবং পরিবেশগত সেন্সরগুলির মতো ডিভাইসগুলিতে ব্যবহারের জন্য দুর্দান্ত প্রার্থী৷ এই ব্যাটারির মধ্যে থাকা জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট মানুষের ত্বকে ব্যবহারের জন্য নিরাপদ, এবং ব্যাটারির ক্ষমতাও নমনীয় সাবস্ট্রেটে মুদ্রণ করা যেতে পারে এমন একাধিক উত্পাদন পদ্ধতির দিকে পরিচালিত করা উচিত যা লিথিয়াম{2}}আয়নের সাথে মেলে না। উদাহরণস্বরূপ, সিঙ্গাপুরের ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটির গবেষকরা সম্প্রতি একটি কন্টাক্ট লেন্সে রিচার্জেবল জিঙ্ক ব্যাটারি প্রিন্ট করেছেন।

3. সীসার প্রতিস্থাপন-অ্যাসিড

ব্যাকআপ পাওয়ার, গল্ফ কার্ট এবং ফর্কলিফ্ট এবং অন্যান্যগুলির মধ্যে ব্যবহারের জন্য লিড-অ্যাসিড ব্যাটারিগুলি এখনও প্রধান ব্যাটারির ধরন; যাইহোক, তাদের সাধারণত খুব কম শক্তির ঘনত্ব থাকে এবং তাদের বিষাক্ততার কারণে পরিবেশের জন্য উল্লেখযোগ্য হুমকি সৃষ্টি করে। অন্যদিকে, জিঙ্ক ব্যাটারি সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারির তুলনায় দ্বিগুণ পরিমাণ শক্তি সঞ্চয় করতে দেখা গেছে, সাধারণত সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারির তুলনায় অনেক বেশি চক্র জীবন থাকে এবং সীসার সাথে যুক্ত কোনো বিপজ্জনক পদার্থ ছাড়াই পুনর্ব্যবহার করা যেতে পারে। ফর্কলিফ্ট উৎপাদকদের অধিকাংশই বর্তমানে জিঙ্ক-নিকেল ব্যাটারি প্যাক পরীক্ষা করছে।
 

যদিও অগ্রগতি অনস্বীকার্য, বাণিজ্যিকীকরণ প্রাথমিক ইনিংসে রয়ে গেছে। মূল অবশিষ্ট চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে রয়েছে:

ইউনিফর্ম ইলেক্ট্রোড উত্পাদন স্কেলিং আপ- ল্যাব ব্রেকথ্রুগুলি প্রায়ই বহিরাগত সংযোজন বা জটিল প্রক্রিয়াকরণের উপর নির্ভর করে যা খরচ বাড়ায়।

প্রমিতকরণ- লি-আইনের বিপরীতে-18650/21700 ফর্ম্যাটগুলি ভালভাবে প্রতিষ্ঠিত, জিঙ্ক ব্যাটারিতে শিল্পের-ওয়াইড ফর্ম ফ্যাক্টরের অভাব রয়েছে৷

দীর্ঘ-ক্যালেন্ডার জীবন- সর্বাধিক প্রকাশিত গবেষণাগুলি চক্র জীবন দেখায়, কিন্তু বাস্তব-বিশ্বের বার্ধক্য আংশিক চার্জ, তাপমাত্রার পরিবর্তন, এবং বিরতিহীন ব্যবহার অপ্রমাণিত রয়ে গেছে৷

তবে বিনিয়োগ ত্বরান্বিত হচ্ছে। শুধুমাত্র 2025 সালে, জিঙ্ক ব্যাটারি স্টার্টআপগুলির জন্য উদ্যোগের তহবিল $400 মিলিয়ন ছাড়িয়ে গেছে, এবং মার্কিন শক্তি বিভাগের "দীর্ঘ সময়ের স্টোরেজ শট" বিশেষভাবে জিঙ্ককে অগ্রাধিকারের রসায়ন হিসাবে লক্ষ্য করে। চীন, ইতিমধ্যে, দস্তা-এয়ার ব্যাটারিগুলিকে শক্তি সঞ্চয়ের জন্য তার 14তম পঞ্চম-বার্ষিক পরিকল্পনায় অন্তর্ভুক্ত করেছে৷

যদিও দস্তা ব্যাটারিগুলিকে লিথিয়াম আয়নের দ্বিতীয়-স্তর হিসাবে মনোনীত করা হয়েছে, তারা তাদের "হত্যা" করবে না; তাদের কাছে কেবল এমন অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশন থাকবে যা লিথিয়ামের জন্য অযোগ্য বলে বিবেচিত হয়েছে বা যার জন্য লিথিয়াম বৃহৎ স্কেলে খুব ব্যয়বহুল বা এমনকি ভোক্তা পণ্যগুলিতে ব্যবহার করার সময় সম্ভাব্য বিপজ্জনক। সাম্প্রতিক অগ্রগতির সাথে একত্রে জিঙ্ক ব্যাটারির বৈশিষ্ট্যগুলিকে পুঁজি করে, তারা উদীয়মান পোস্ট লিথিয়াম শক্তি সঞ্চয় বাস্তুতন্ত্রের দ্বিতীয় ভিত্তি/ব্লক হবে।