চারটি নতুন লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজক উপকরণ লিথিয়াম ব্যাটারিতে পরিবর্তন এনেছে
লিথিয়াম ব্যাটারির মূল উপাদান হিসেবে, ব্যাটারি বিভাজক ইলেকট্রন বিচ্ছিন্ন করতে ভূমিকা পালন করে।ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ রোধ করে এবং ইলেক্ট্রোলাইটের লিথিয়াম আয়নকে অবাধে পাস করার অনুমতি দেয়একই সময়ে, ব্যাটারির নিরাপদ অপারেশন নিশ্চিত করতে বিভাজক একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। . আমার দেশের লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজক শিল্প দ্রুত উন্নয়নের পর্যায়ে রয়েছে এবং ভিজা বিভাজক ধীরে ধীরে প্রধান প্রযুক্তিগত রুট হয়ে উঠেছে।দেশীয় বিভাজকগুলির সামগ্রিক প্রযুক্তিগত স্তর এবং আন্তর্জাতিক প্রথম স্তরের কোম্পানির প্রযুক্তিগত স্তরের মধ্যে এখনও একটি বড় ব্যবধান রয়েছে.
প্রযুক্তিগত উন্নয়নের ক্ষেত্রে, ঐতিহ্যগত পলিওলেফিন বিভাজকগুলি লিথিয়াম ব্যাটারির বর্তমান চাহিদা পূরণ করতে পারে না।উচ্চ শক্তি, এবং ইলেক্ট্রোলাইটে ভাল ভিজাযোগ্যতা ভবিষ্যতে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বিকাশের দিক।
লিথিয়াম ব্যাটারির জন্য মূল উপাদান হিসেবে, বিভাজক ইলেকট্রনিক বিচ্ছিন্নতা একটি ভূমিকা পালন করে,ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ রোধ করে এবং ইলেক্ট্রোলাইটের লিথিয়াম আয়নকে অবাধে পাস করার অনুমতি দেয়একই সময়ে, বিভাজকটি ব্যাটারির নিরাপদ অপারেশন নিশ্চিত করতেও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
বিশেষ পরিস্থিতিতে, যেমন দুর্ঘটনা, ছিদ্র, ব্যাটারি অপব্যবহার ইত্যাদি, বিভাজক আংশিকভাবে ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে সরাসরি যোগাযোগের কারণ হতে পারে,যা ব্যাটারির তীব্র প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করতে পারে এবং ব্যাটারির আগুন ধরতে এবং বিস্ফোরিত হতে পারে.
অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিরাপত্তা উন্নত করতে এবং ব্যাটারির নিরাপদ এবং সুষ্ঠু কাজ নিশ্চিত করতে, বিভাজক নিম্নলিখিত শর্ত পূরণ করতে হবেঃ
1রাসায়নিক স্থিতিশীলতাঃ ইলেক্ট্রোলাইট এবং ইলেক্ট্রোড উপকরণ সঙ্গে প্রতিক্রিয়া না
2. ভিজাঃ ইলেক্ট্রোলাইট দিয়ে ভিজা সহজ এবং প্রসারিত বা সঙ্কুচিত না
3তাপীয় স্থিতিশীলতাঃ উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করে এবং উচ্চ ফিউজ বিচ্ছিন্নতা আছে
4যান্ত্রিক শক্তিঃ স্বয়ংক্রিয় রোলিংয়ের সময় শক্তি এবং প্রস্থ অপরিবর্তিত থাকে তা নিশ্চিত করার জন্য ভাল প্রসার্য শক্তি
5. পোরোসিটিঃ আয়নিক পরিবাহিততার চাহিদা মেটাতে উচ্চতর পোরোসিটি
বর্তমানে, বাজারে বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজকগুলি মূলত পলিথিলিন (পিই) এবং পলিপ্রোপিলিন (পিপি) ভিত্তিক মাইক্রোপোরাস পলিওলেফিন বিভাজক।এই ধরনের বিভাজক তার কম খরচে নির্ভর করে, ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, এবং চমৎকার এটি রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতার মতো সুবিধার কারণে লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজকগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
যাইহোক, পলিওলেফিন উপাদানটির লাইওফোবিক পৃষ্ঠ এবং কম পৃষ্ঠ শক্তির কারণে, এই ধরণের বিভাজকের ইলেক্ট্রোলাইটের কাছে দুর্বল ভিজ্বরতা রয়েছে, যা ব্যাটারির চক্রের জীবনকে প্রভাবিত করে.
এছাড়াও, যেহেতু পিই এবং পিপি এর তাপীয় বিকৃতি তাপমাত্রা তুলনামূলকভাবে কম (পিই এর তাপীয় বিকৃতি তাপমাত্রা ৮০-৮৫°C এবং পিপি এর তাপীয় বিকৃতি তাপমাত্রা ১০০°C),যদি তাপমাত্রা খুব বেশি হয় তাহলে সেপারেটরটি তীব্র তাপীয় সংকোচনের সম্মুখীন হবে, তাই এই ধরনের বিভাজক উচ্চ তাপমাত্রা পরিবেশে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত নয়।প্রচলিত পলিওলেফিন বিভাজকগুলি আজকের 3C পণ্য এবং পাওয়ার ব্যাটারির প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না.
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রযুক্তির উন্নয়নের চাহিদার জবাবে গবেষকরা ঐতিহ্যবাহী পলিওলেফিন বিভাজকগুলির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন নতুন লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজক উপকরণ তৈরি করেছেন।অ বোনা বিভাজক একটি ফাইবার জাল কাঠামো গঠনের জন্য ফাইবারগুলিকে ওরিয়েন্ট বা এলোমেলোভাবে সাজানোর জন্য অ বোনা পদ্ধতি ব্যবহার করে, এবং তারপরে একটি ফিল্ম গঠনের জন্য ঝিল্লিকে শক্তিশালী করার জন্য রাসায়নিক বা শারীরিক পদ্ধতি ব্যবহার করুন, যাতে এটি ভাল বায়ু অনুপ্রবেশযোগ্যতা এবং তরল শোষণের হার থাকে।
প্রাকৃতিক উপকরণ এবং সিন্থেটিক উপকরণগুলি নন-উত্পাদিত ঝিল্লি তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। প্রাকৃতিক উপকরণগুলির মধ্যে প্রধানত সেলুলোজ এবং এর ডেরিভেটিভগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।সিন্থেটিক উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে পলিথিন টেরেফথাল্যাট (পিইটি), পলিভিনিলাইডেন ফ্লুরাইড (পিভিডিএফ), পলিভিনিলাইডেন ফ্লুরাইড (পিভিডিএফ), ভিনিলাইডেন ফ্লুরাইড-হেক্সফ্লুরোপ্রোপিলিন (পিভিডিএফ-এইচএফপি), পলিয়ামাইড (পিএ), পলিয়ামাইড (পিআই), আরামাইড (মেটা-আরামাইড, পিএমআইএ; প্যারারামাইড পিপিটিএ) ইত্যাদি.
1
পলিথিন টেরেফথাল্যাট
পলিথিলিন টেরেফথাল্যাট (পিইটি) একটি উপাদান যা চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, তাপীয় বৈশিষ্ট্য এবং বৈদ্যুতিক নিরোধক বৈশিষ্ট্য রয়েছে।পিইটি বিভাজকগুলির সবচেয়ে প্রতিনিধিত্বমূলক পণ্যটি জার্মানির Degussa কোম্পানি দ্বারা উন্নত একটি কম্পোজিট ঝিল্লি, যা পিইটি বিভাজকগুলির উপর ভিত্তি করে তৈরি এবং সিরামিক কণা দিয়ে আবৃত। এটি একটি বন্ধ কোষের তাপমাত্রা 220 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত উচ্চতর তাপমাত্রার সাথে চমৎকার তাপ প্রতিরোধের প্রদর্শন করে।
সিয়াংটান বিশ্ববিদ্যালয়ের শাও কিঝেন এবং অন্যরা (২০১২) পিইটি ন্যানোফাইবার বিভাজক প্রস্তুত করতে ইলেক্ট্রোস্পিনিং পদ্ধতি ব্যবহার করেছিলেন।নির্মিত ন্যানোফাইবার বিভাজকগুলির একটি ত্রিমাত্রিক পোরাস নেটওয়ার্ক কাঠামো রয়েছে, গড় ফাইবার ব্যাসার্ধ 300nm, এবং পৃষ্ঠ মসৃণ।
ইলেকট্রোস্পুন পিইটি বিভাজকের গলন বিন্দু পিই ফিল্মের তুলনায় অনেক বেশি, যা 255°C, সর্বোচ্চ প্রসার্য শক্তি 12Mpa, পোরোসিটি 89% পর্যন্ত পৌঁছেছে,তরল শোষণের হার 500%, যা বাজারে সেলগার্ড বিভাজকের তুলনায় অনেক বেশি, এবং আয়নিক পরিবাহিতা ২.২৭×১০-৩এসসিএম-১-এ পৌঁছেছে এবং চক্রের পারফরম্যান্সও সেলগার্ড বিভাজকের চেয়ে ভাল।পিইটি বিভাজকের পোরাস ফাইবার কাঠামো ব্যাটারি চক্রের 50 চক্র পরে স্থিতিশীল থাকে(a) -এ দেখানো হয়েছে ।
2
পলিমাইড
পলিমাইড (পিআই) ভাল ব্যাপক বৈশিষ্ট্যযুক্ত পলিমারগুলির মধ্যে একটি। এটিতে দুর্দান্ত তাপ স্থিতিশীলতা, উচ্চ ছিদ্রযুক্ততা এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের ভাল ক্ষমতা রয়েছে,এবং -২০০ থেকে ৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে দীর্ঘ সময় ব্যবহার করা যায়.
মিয়াও এট আল. (২০১৩) একটি পিআই ন্যানোফাইবার বিভাজক তৈরি করতে ইলেক্ট্রোস্পিনিং ব্যবহার করেছিলেন। বিভাজকের অবক্ষয় তাপমাত্রা 500 ° C, যা traditionalতিহ্যবাহী সেলগার্ড বিভাজকের চেয়ে 200 ° C বেশি।নিচের চিত্র অনুযায়ী১৫০°সি উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থার মধ্যে পক্বতা এবং তাপীয় সংকোচন ঘটবে না।
দ্বিতীয়ত, পিআই এর শক্তিশালী মেরুতা এবং ইলেক্ট্রোলাইটে তার ভাল ভিজিয়ে দেওয়ার কারণে, উত্পাদিত বিভাজকটি চমৎকার তরল শোষণের হার প্রদর্শন করে।ইলেক্ট্রোস্পিনিং দ্বারা তৈরি পিআই বিভাজক সেলগার্ড বিভাজকের তুলনায় কম প্রতিবন্ধকতা এবং উচ্চতর হার কর্মক্ষমতা আছে০.২ সেন্টিগ্রেডে ১০০ চার্জ ও ডিসচার্জের পরও ক্ষমতা ধরে রাখার হার ১০০%।
(a) সেলগার্ড, পিআই 40μm এবং 100μm বিভাজকের তাপ সংকোচন (a, b, c) এবং (d, e, f) চিকিত্সার পরে 150 °C এ চিকিত্সা;
3
মেটা-আরামাইড
পিএমআইএ একটি সুগন্ধি পলিয়ামাইড যার কঙ্কালের উপর মেটা-আনিলিন শাখাযুক্ত চেইন রয়েছে এবং এর তাপ প্রতিরোধের ক্ষমতা ৪০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত। এর উচ্চ অগ্নি retardant বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে,এই উপাদান ব্যবহার করে বিভাজক ব্যাটারি নিরাপত্তা কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারেন.
উপরন্তু, কার্বনাইল গ্রুপের তুলনামূলকভাবে উচ্চ মেরুতা কারণে, বিভাজকের ইলেক্ট্রোলাইটে উচ্চতর ভিজাযোগ্যতা রয়েছে, যার ফলে বিভাজকের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত হয়।
সাধারণভাবে বলতে গেলে, পিএমআইএ বিভাজকগুলি নন-টেক্সটাইল পদ্ধতির মাধ্যমে উত্পাদিত হয়, যেমন ইলেক্ট্রোস্পিনিং। তবে, নন-টেক্সটাইল বিভাজকগুলির অন্তর্নিহিত সমস্যার কারণে, যেমন বৃহত্তর pore আকার,স্ব-বিসর্জন ব্যাটারির নিরাপত্তা কর্মক্ষমতা এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করবেএটি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে অ-টেক্সটাইল বিভাজকগুলির প্রয়োগকে সীমাবদ্ধ করে, তবে ফেজ বিপরীত পদ্ধতিটির বহুমুখিতা এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্যতার কারণে বাণিজ্যিক সম্ভাবনা রয়েছে।
ঝিজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয়ের ঝু বাওকু দল (২০১৬) চিত্রটিতে দেখানো হিসাবে, ফেজ ইনভার্শন পদ্ধতির মাধ্যমে একটি স্পঞ্জের মতো পিএমআইএ বিভাজক তৈরি করেছে।90% গর্তের আকার মাইক্রনের নিচে, এবং প্রসার্য শক্তি 10.3Mpa পর্যন্ত উচ্চ।
ফেজ ইনভার্শন পদ্ধতিতে তৈরি পিএমআইএ বিভাজকটির উত্তাপের স্থায়িত্ব দুর্দান্ত। তাপমাত্রা 400 ডিগ্রি সেলসিয়াসে উঠলে কোনও স্পষ্ট ভর হ্রাস হয় না।১ ঘন্টা ধরে ১৬০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে চিকিত্সা করার পর বিভাজকটি সংকুচিত হয় না.
এছাড়াও শক্তিশালী মেরু কার্যকরী গ্রুপের কারণে, পিএমআইএ বিভাজকের যোগাযোগের কোণটি ছোট, মাত্র ১১.৩° এবং স্পঞ্জের মতো কাঠামো এটি তরল দ্রুত শোষণ করতে দেয়,যা বিভাজকের ভিজানোর কার্যকারিতা উন্নত করে, ব্যাটারির সক্রিয়করণের সময় কমিয়ে দেয়, এবং দীর্ঘ চক্র স্থিতিশীল করে।
উপরন্তু, পিএমআইএ বিভাজকের স্পঞ্জের মতো কাঠামোর ভিতরে আন্তঃসংযুক্ত ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর কারণে, লিথিয়াম আয়নগুলি এর মধ্যে মসৃণভাবে প্রেরণ করা যেতে পারে,সুতরাং ফেজ ইনভার্শন পদ্ধতি দ্বারা উত্পাদিত বিভাজকের আয়নিক পরিবাহিতা 1 হিসাবে উচ্চ.51mS ̇cm-1.
4
পলিপ্যারাফেনিলিনবেঞ্জোডিয়াজল
নতুন পলিমার উপাদান পিবিও (পলিফেনিলেনবেঞ্জোডিয়াজল) একটি জৈব ফাইবার যা চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং অগ্নি প্রতিরোধ ক্ষমতা সহ।এর ম্যাট্রিক্সটি একটি রৈখিক চেইন স্ট্রাকচার পলিমার যা 650°C এর নিচে বিচ্ছিন্ন হয় নাএটি অত্যন্ত উচ্চ শক্তি এবং মডুলাস রয়েছে এবং এটি একটি আদর্শ তাপ-প্রতিরোধী এবং প্রভাব-প্রতিরোধী ফাইবার উপাদান।
যেহেতু পিবিও ফাইবার পৃষ্ঠ অত্যন্ত মসৃণ এবং শারীরিক ও রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয়, তাই ফাইবারের আকৃতি পরিবর্তন করা কঠিন। পিবিও ফাইবার শুধুমাত্র 100% ঘনীভূত সালফুরিক অ্যাসিডে দ্রবণীয়,মেথাইলসুলফোনিক এসিড, ফ্লুরোসুলফোনিক অ্যাসিড ইত্যাদি। শক্তিশালী অ্যাসিড ইট করার পরে, পিবিও ফাইবারের ফাইব্রিলগুলি প্রধান ট্রাঙ্ক থেকে ছিঁড়ে যাবে, একটি বিভক্ত ফিলামেন্টের মর্ফোলজি গঠন করবে,যা অনুপাত উন্নত করে পৃষ্ঠের আয়তন এবং ইন্টারফেস বন্ড শক্তি.
(a) পিবিও ফাইব্রিলস; (b) পিবিও ন্যানোফাইবার ঝিল্লি গঠন
হাও শাওমিং এট আল. (২০১৬) ন্যানোফাইবার গঠনের জন্য পিবিও ফাইব্রিলগুলি দ্রবীভূত করতে মেথানসুলফোনিক অ্যাসিড এবং ট্রাইফ্লোরোএসেটিক অ্যাসিডের মিশ্র এসিড ব্যবহার করেছিলেন,এবং তারপর একটি PBO ন্যানোপোরাস বিভাজক একটি ফেজ বিপরীত পদ্ধতির মাধ্যমে প্রস্তুত.
বিভাজকের চূড়ান্ত শক্তি 525Mpa পৌঁছাতে পারে, ইয়াং এর মডিউল 20GPa হয়, তাপীয় স্থিতিশীলতা 600 °C পৌঁছাতে পারে, বিভাজকের যোগাযোগ কোণ 20 ° হয়,যা Celgard2400 বিভাজকের 45° যোগাযোগ কোণের চেয়ে ছোট, এবং আয়নিক পরিবাহিতা 2.3×10- 4S·cm-1 হয়, যা 0.1C চক্রের অবস্থার অধীনে বাণিজ্যিক Celgard2400 বিভাজকের চেয়ে ভাল কাজ করে।
পিবিও ফাইব্রিলের কঠিন উত্পাদন প্রক্রিয়াটির কারণে, বিশ্বজুড়ে মাত্র কয়েকটি সংস্থা রয়েছে যা উচ্চমানের পিবিও ফাইবার উত্পাদন করে এবং তারা সকলেই মনোমার পলিমারাইজেশন ব্যবহার করে।উত্পাদিত পিবিও ফাইবারগুলির জন্য শক্তিশালী অ্যাসিড চিকিত্সা প্রয়োজন এবং লিথিয়াম ব্যাটারি বিভাজক ক্ষেত্রে এটি প্রয়োগ করা কঠিন।.
হ্যানিয়াং ইউনিভার্সিটি ইয়ংমুলির দল (২০১৬) তাপীয় পুনর্গঠনের মাধ্যমে একটি টিআর-পিবিও ন্যানোফাইবার কম্পোজিট বিভাজক প্রস্তুত করতে এইচপিআই (হাইড্রক্সাইপোলাইমাইড) ন্যানোপার্টিকল ব্যবহার করেছিল।PBO উপাদান নিজেই উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ তাপ প্রতিরোধের ছাড়াও, বিভাজক সুবিধা ছাড়াও, ছিদ্রের আকার বিতরণ আরো ঘনীভূত, ছিদ্রের আকার ছোট, এবং এটি শক্তিশালী অ্যাসিড এবং ক্ষারীয় অবস্থার অধীনে প্রস্তুত করার প্রয়োজন নেই।
