জলীয় জিঙ্ক ব্যাটারিগুলি তাদের লিথিয়াম-আয়ন কাজিনদের বিকল্পের প্রতিশ্রুতি দিচ্ছে, তবে তারা একই সমস্যাগুলির মধ্যে একটিতে ভুগছে: ডেনড্রাইট গঠন। এই সুই-সদৃশ গঠনগুলি জিঙ্ক অ্যানোডের পৃষ্ঠে তৈরি হয় এবং ইলেক্ট্রোলাইটে বৃদ্ধি পায়, যার ফলে ব্যাটারি ছোট হয়ে যায় বা, কিছু ক্ষেত্রে, এমনকি জ্বলে ওঠে। চীনের গবেষকদের একটি দল এখন দেখিয়েছে যে ইলেক্ট্রোলাইটে হাইড্রক্সিল গ্রুপের সাথে রাসায়নিকভাবে পরিবর্তিত সাধারণ টেবিল চিনি (সুক্রোজ) যোগ করা দ্রাবক পরিবেশ পরিবর্তন করে জিঙ্ক ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে ধীর করে দিতে পারে। আরও কী, সুক্রোজ অ্যানোডে একটি প্রতিরক্ষামূলক আবরণ তৈরি করে এবং এর ক্ষয়কে ধীর করে দেয়।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি আজ পোর্টেবল ইলেকট্রনিক্স এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনে সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত ব্যাটারি, তবে এতে থাকা দাহ্য এবং বিষাক্ত জৈব ইলেক্ট্রোলাইটগুলি উদ্বেগের কারণ। অন্যান্য, আরও সাধারণ ধাতুর তুলনায় লিথিয়ামও ব্যয়বহুল এবং বিশ্বব্যাপী সরবরাহ বিভিন্ন অনিশ্চয়তার শিকার। দস্তা ব্যাটারি, যা সাধারণত জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট দিয়ে গঠিত হয়, একটি আকর্ষণীয় বিকল্প কারণ দস্তা সস্তা, কম বিষাক্ত, আরও সহজে পুনর্ব্যবহারযোগ্য এবং লিথিয়ামের তুলনায় আরও ব্যাপকভাবে উপলব্ধ। তাদের একটি উচ্চ শক্তির ঘনত্বও রয়েছে, একটি উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা (820 mAh/g এবং 5 855 mAh/সেমি)3) এবং Zn অ্যানোডের একটি অনুকূল রেডক্স সম্ভাবনা (−0.76V বনাম স্ট্যান্ডার্ড হাইড্রোজেন ইলেক্ট্রোড)।
সমস্যা হল যখন দস্তা আয়ন (Zn2+) অ্যানোডের পৃষ্ঠের ঘনত্ব শূন্যে নেমে আসে, এতে ডেনড্রাইট বাড়তে শুরু করে। এই কাঠামোর উপস্থিতির কারণে ব্যাটারির ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা নষ্ট হয়ে যায় এবং অনিয়ন্ত্রিত থাকলে বিপজ্জনক হতে পারে।
দ্রাবক পরিবেশ পরিবর্তন
সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে দ্রাবক পরিবেশ (বা "সলভেশন স্ট্রাকচার") পরিবর্তন করে, উদাহরণস্বরূপ, লবণ প্রবর্তন করে বা কম জলের অণু অন্তর্ভুক্ত করে, Zn এর গতি বাড়াতে পারে।2+ আয়নগুলি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রতিক্রিয়ায় চলে যায় এবং তাই ডেনড্রাইটের বৃদ্ধিকে দমন করে। যাইহোক, এই ধরনের সমন্বয় দুর্ভাগ্যবশত ব্যাটারি সিস্টেমের আয়নিক পরিবাহিতা হ্রাস করে, যার ফলে সামগ্রিক কর্মক্ষমতা আরও খারাপ হয়।
নতুন গবেষণায়, ন্যানো প্রযুক্তি বিশেষজ্ঞের নেতৃত্বে গবেষকরা মেইনান লিউ এর চীন বিজ্ঞান এবং প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয় পাওয়া গেছে যে হাইড্রক্সিল গ্রুপ ধারণকারী সুক্রোজ প্রবর্তন Zn এর সমাধান কাঠামো নিয়ন্ত্রণের একটি কার্যকর উপায়2+ আয়ন, যা আয়ন পরিবাহিতা হ্রাস না করে আয়নগুলির প্রচারের গতি বাড়ায়। সুক্রোজ জলীয় ইলেক্ট্রোলাইটকে স্থিতিশীল করতে পারে যখন একই সময়ে এটির উপর একটি প্রতিরক্ষামূলক স্তর তৈরি করতে Zn অ্যানোডে শোষণ করে। এটি Zn অ্যানোডে ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষয়কে বাধা দেয়, তারা বলে।
"হাইড্রক্সিল গ্রুপের সাথে সুক্রোজ জোরালোভাবে Zn এর সাথে যোগাযোগ করে2+ ইলেক্ট্রোলাইটে জলের অণুর তুলনায়,” লিউ ব্যাখ্যা করেন। "এটি তাই জলের কিছু অণু প্রতিস্থাপন করতে পারে এবং Zn এর সাথে সমন্বয় করতে পারে2+, তাই আয়নগুলির সমাধান কাঠামো নিয়ন্ত্রণ করে।"
ডেনড্রাইট গঠন কমে যায়
“পরিবর্তিত Zn2+ সলভেশন স্ট্রাকচারের আয়নগুলির গতিবিদ্যার উপর একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব রয়েছে, যে হারে তারা ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে, "তিনি বলেন ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. "আমাদের পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি স্পষ্টভাবে দেখায় যে Zn এর স্থানান্তর সংখ্যা2+ সুক্রোজ প্রবর্তনের সাথে আয়ন বৃদ্ধি পায়। আয়নগুলির এই বর্ধিত গতিশীলতা উল্লিখিত হিসাবে ডেনড্রাইট গঠন কমাতে সাহায্য করে।"
শিল্প লবণ একটি নিরাপদ এবং আরো টেকসই জিঙ্ক ব্যাটারি করে
গবেষকদের মতে, তাদের কৌশল বিজ্ঞানীদের উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন Zn ব্যাটারি তৈরি করতে সাহায্য করতে পারে এবং একটি নিরাপদ, পরিবেশ-বান্ধব, Zn ব্যাটারি বাস্তবতার কাছাকাছি নিয়ে আসে।
সামনের দিকে তাকিয়ে, লিউ এবং সহকর্মীরা বলছেন যে তারা কম তাপমাত্রায় কাজ করে এমন ভাল আয়নিক পরিবাহিতা সহ ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বিকাশের দিকে মনোনিবেশ করার পরিকল্পনা করছেন। তারা তাদের বর্তমান অধ্যয়নের বিশদ বিবরণ দেয় ন্যানো গবেষণা.
