বৈদ্যুতিক গাড়ির (EV) পুরনো লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LiFePO4) ক্যাথোড উপাদানগুলিকে সরাসরি পুনরুজ্জীবিত করার একটি উদ্ভাবনী উপায় তৈরি করেছেন গবেষকরা। এই পদ্ধতিতে প্রাকৃতিক ইলেকট্রন দাতা, বিশেষ করে চায়ের পলিফেনল ব্যবহার করা হয়, যা একটি সাশ্রয়ী, শক্তি-দক্ষ এবং পরিবেশ-বান্ধব পুনরুজ্জীবন প্রক্রিয়া। এই গবেষণাটি চীনের একাডেমি অফ সায়েন্সেসের ইনস্টিটিউট অফ সলিড স্টেট ফিজিক্সের দলগুলি শেনজেন ইন্টারন্যাশনাল গ্র্যাজুয়েট স্কুল অফ সিংহুয়া ইউনিভার্সিটি এবং সুঝু ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজির সাথে যৌথভাবে পরিচালনা করেছে।
নতুন শক্তি চালিত যানবাহনে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির দ্রুত প্রসারের ফলে পুরনো ব্যাটারির স্তূপ একটি উল্লেখযোগ্য পরিবেশগত এবং সম্পদ স্থায়িত্বের চ্যালেঞ্জ তৈরি করেছে। প্রচলিত পুনর্ব্যবহার পদ্ধতি, যেমন হাইড্রোমেটালার্জিক্যাল এবং পাইরোমেটালার্জিক্যাল প্রক্রিয়াগুলি মূল্যবান ধাতু পুনরুদ্ধার করলেও, LiFePO4 ক্যাথোড উপাদানগুলির কার্যকারিতা পুনরুদ্ধার করতে ততটা কার্যকর নয়। এই পদ্ধতিগুলি প্রায়শই সম্পদের অপচয় এবং পরিবেশগত প্রভাব বৃদ্ধি করে। এই নতুন পুনরুজ্জীবন প্রযুক্তিটি ক্যাথোডের উপাদানের গঠন মেরামত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যা এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা পুনরুদ্ধার করে।
চায়া থেকে প্রাপ্ত পলিফেনল – যা তাদের ইলেকট্রন-দানকারী ক্ষমতার জন্য পরিচিত – LiFePO4 ক্যাথোডের অবক্ষয়কে বিপরীত করতে ব্যবহৃত হয়। এই জৈব ইলেকট্রন দাতা একটি হ্রাস প্রক্রিয়া শুরু করে যা ক্ষয়প্রাপ্ত FePO4 পর্যায়গুলিকে কার্যকরী LiFePO4-এ রূপান্তরিত করে, একই সাথে লিথিয়াম-আয়ন চলাচলে বাধা সৃষ্টিকারী ত্রুটিগুলি হ্রাস করে। এই পুনরুজ্জীবন কৌশলের মূল বিষয় হল চায়ের পলিফেনলের মধ্যে থাকা হাইড্রোক্সিল-ভিত্তিক ইলেকট্রন দাতা এবং অতিরিক্ত লিথিয়াম লবণের মধ্যে সমন্বিত মিথস্ক্রিয়া। এই সংমিশ্রণ LiFePO4-এর মূল স্টোইচিওমেট্রি এবং স্ফটিক স্থাপত্য পুনরুদ্ধার করে এবং লিথিয়াম-আয়ন স্থানচ্যুতিতে বাধা সৃষ্টিকারী ত্রুটিগুলি মেরামত করে।
পদ্ধতিটি কার্যকরভাবে ল্যাটিস পুনর্গঠন করে এবং উচ্চ-হারের ব্যাটারি কর্মক্ষমতার জন্য অত্যাবশ্যকীয় দ্রুত লিথিয়াম-আয়ন প্রসারণ পথগুলি পুনরায় স্থাপন করে। এছাড়াও, গবেষণাটি ক্ষতিগ্রস্ত বা অনুপস্থিত পরিবাহী কার্বন স্তরগুলির চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করে। পুনরুজ্জীবনের সময় একটি অ্যালুমিনিয়াম উৎস যুক্ত করা হয়, যা অ্যামোরফাস অ্যালুমিনিয়াম ফসফেট (AlPO4) এবং লিথিয়াম ফসফেট (Li3PO4) এর একটি যৌগিক পৃষ্ঠের আবরণ তৈরি করতে বিক্রিয়া করে। এই আবরণ পৃষ্ঠের অখণ্ডতা পুনরুদ্ধার করে এবং দ্বৈত আয়ন-ইলেকট্রন পরিবহন চ্যানেলগুলি পুনরায় স্থাপন করে, যা ক্যাথোডের হার ক্ষমতা এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে।
অ্যালুমিনিয়ামকে বাল্ক ক্যাথোড ম্যাট্রিক্সে অন্তর্ভুক্ত করা আংশিক ডোপিংয়ের মাধ্যমে কাঠামোগত উন্নতিও প্রদান করে, যা আয়রন আয়ন স্থানচ্যুতি প্রতিরোধে কাঠামোকে শক্তিশালী করে। এই আয়ন স্থানচ্যুতি, যা প্রায়শই ক্ষমতা হ্রাসের একটি মূল কারণ, কার্যকরভাবে দমন করা হয়। ফলস্বরূপ, পুনরুজ্জীবিত LiFePO4 ক্যাথোড তার অন্তর্নিহিত শক্তি ঘনত্বকে আপোস না করেই বর্ধিত সাইক্লিং স্থায়িত্ব প্রদর্শন করে। এই প্রাকৃতিক ইলেকট্রন দাতা-সহায়তাযুক্ত সরাসরি পুনরুজ্জীবন প্রোটোকলটি ব্যয়িত LiFePO4 ক্যাথোডগুলিকে পুনরুজ্জীবিত করে এবং সবুজ ও টেকসই ব্যাটারি জীবনচক্র ব্যবস্থাপনার বৈশ্বিক ম্যান্ডেটের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
প্রযুক্তিটি ধাতব পদ্ধতিগুলির সাধারণ উচ্চ-শক্তির চাহিদা এবং বিপজ্জনক রাসায়নিক বর্জ্যকে এড়িয়ে যায়, যা পুনর্ব্যবহারের খরচ এবং পরিবেশগত বোঝা উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে পারে এমন একটি পরিমাপযোগ্য সমাধান উপস্থাপন করে। এই যুগান্তকারী আবিষ্কারের প্রভাব পরিবেশগত সুবিধার বাইরেও বিস্তৃত; আণবিক স্তরে ক্যাথোড সামগ্রীর পুনরুদ্ধার ব্যাটারি নকশা এবং পুনর্ব্যবহার ব্যবস্থার জন্য নতুন পথের উন্মোচন করে। এই ধরনের পুনরুজ্জীবন কৌশলগুলি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি শিল্পকে আরও কার্যকরভাবে লুপ বন্ধ করার মাধ্যমে রূপান্তরিত করার সম্ভাবনা রাখে, যা উপকরণগুলিকে কর্মক্ষমতা অখণ্ডতা বজায় রেখে একাধিকবার পুনরায় ব্যবহার করার অনুমতি দেয়, এইভাবে শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তিতে একটি বৃত্তাকার অর্থনীতিকে উৎসাহিত করে।
রসায়ন, পদার্থ বিজ্ঞান এবং পরিবেশ প্রকৌশলকে একত্রিত করা এই বহু-বিষয়ক সহযোগিতামূলক পদ্ধতিটি শক্তি খাতে জটিল চ্যালেঞ্জ মোকাবেলায় সমন্বিত গবেষণার গুরুত্ব তুলে ধরে। এটি দেখায় কিভাবে জৈব-প্রাপ্ত যৌগগুলি উন্নত উপাদান পুনরুজ্জীবনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যা প্রাকৃতিক পণ্য রসায়নকে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রকৌশলের সাথে সংযুক্ত করে। যদিও এখনও গবেষণার পর্যায়ে রয়েছে, পদ্ধতিটির পরিমাপযোগ্যতা এবং অর্থনৈতিক কার্যকারিতা প্রতিশ্রুতিশীল বলে মনে হচ্ছে, বিশেষ করে এতে ব্যবহৃত প্রাকৃতিক ইলেকট্রন দাতাদের কম খরচে এবং সহজলভ্যতার কথা বিবেচনা করে। ভবিষ্যতের দিকগুলির মধ্যে রয়েছে শিল্প বাস্তবায়নের জন্য প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি অপ্টিমাইজ করা এবং এই পুনরুজ্জীবন কৌশলটি অন্যান্য ক্যাথোড রসায়নে প্রসারিত করা যা পুরনো ব্যাটারিতে কাঠামোগত অবক্ষয়ের শিকার হয়।
সংক্ষেপে, গবেষণাটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শেষ-জীবনের ব্যবস্থাপনায় সম্পদ-নিষ্কাশন পুনর্ব্যবহার থেকে একটি পুনরুদ্ধারমূলক পদ্ধতির দিকে একটি দৃষ্টান্ত পরিবর্তন চিত্রিত করে। প্রাকৃতিক ইলেকট্রন দাতা এবং লক্ষ্যযুক্ত পৃষ্ঠ পুনর্গঠনের মাধ্যমে LiFePO4 ক্যাথোডগুলির এই টেকসই পুনরুজ্জীবন পরবর্তী প্রজন্মের পুনর্ব্যবহার প্রযুক্তির জন্য একটি আলোকবর্তিকা হিসাবে দাঁড়িয়েছে, যা বিশ্বব্যাপী বিদ্যুতায়ন আন্দোলনকে সমর্থন করার সময় পরিবেশগত তত্ত্বাবধানকে উৎসাহিত করে।