হার্ড এনার্জি সমস্যা সমাধানের জন্য আয়ন সফট ল্যান্ডিং ব্যবহার করা

সৌজন্যে প্রশান্ত মহাসাগরীয় উত্তর পশ্চিম জাতীয় পরীক্ষাগার.
By বেথ মুন্ডি, পিএনএনএল

আমাদের বিশ্বকে চালিত প্রতিটি প্রযুক্তির চাহিদা অনুযায়ী শক্তি প্রয়োজন। শক্তি অবশ্যই সঞ্চয় করতে হবে এবং পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইস এবং হালকা বিল্ডিংগুলিতে অ্যাক্সেসযোগ্য হতে হবে। চাহিদা অনুযায়ী শক্তি প্রয়োজন এমন ডিভাইসের বিস্তৃত পরিসর শক্তি সঞ্চয় করার জন্য অসংখ্য কৌশলের বিকাশের দিকে পরিচালিত করেছে।

অনেক শক্তি সঞ্চয় ডিভাইসগুলি রাসায়নিক এবং বৈদ্যুতিক প্রক্রিয়াগুলিকে একত্রিত করে শক্তিকে এক ফর্ম থেকে অন্য ফর্মে রূপান্তর করে। এই প্রক্রিয়া একটি ইন্টারফেস ফলাফল- কর্মের স্থান যেখানে দুটি ভিন্ন উপাদান মিলিত হয় এবং রূপান্তরিত হয়। আরও দক্ষ, দীর্ঘস্থায়ী শক্তি স্টোরেজ ডিভাইসগুলি তৈরি করতে, বিজ্ঞানীদের এই ইন্টারফেসে এবং কাছাকাছি কী ঘটবে তা নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। কিন্তু এটা সহজ নয়।

"বেশিরভাগ গবেষণা একটি জটিল ইন্টারফেস তৈরি করে এবং তারপরে এটি বোঝার চেষ্টা করার জন্য উন্নত চরিত্রায়ন কৌশল ব্যবহার করে," বলেন গ্রান্ট জনসন, একজন রসায়নবিদ at প্যাসিফিক উত্তর-পশ্চিম জাতীয় পরীক্ষাগার (পিএনএনএল) যিনি বিচ্ছেদ বিজ্ঞান প্রোগ্রামের নেতৃত্ব দেন। “তুলনাতে, আমরা পুরো ইন্টারফেস তৈরি করি না। আমরা প্রতিটি টুকরো আলাদাভাবে প্রস্তুত করি, যা আমাদের পৃথক উপাদানগুলি এবং কীভাবে তারা গঠন করে তা অধ্যয়ন করতে দেয়।"

তাদের পন্থাকে বলা হয় আয়ন সফট ল্যান্ডিং। এই কৌশলটি বিজ্ঞানীদের দেখতে দেয় যে কীভাবে পৃথক চার্জযুক্ত অণু বা আয়নগুলি বাস্তব শক্তি স্টোরেজ ইন্টারফেসে বিদ্যমান একটি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠ এবং একটি বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার সাথে যোগাযোগ করে। এটি বাস্তব এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেমে বিদ্যমান অগোছালো ইন্টারফেসগুলিকে শুধুমাত্র এক ধরনের আয়ন এবং পৃষ্ঠের সাথে আলাদা সিস্টেমে পরিণত করে। গবেষকরা তারপর ইন্টারফেস তৈরিতে প্রতিটি অণু যে ভূমিকা পালন করে তা তদন্ত করতে পারেন।

কাস্টম-নির্মিত সেটআপ গবেষকদের আয়ন নরম অবতরণ পরীক্ষা সঞ্চালনের অনুমতি দেয়। (আন্দ্রে স্টারের ছবি | প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি)

শক্তি সঞ্চয় লক্ষ্যবস্তু অধ্যয়নের জন্য softly অবতরণ আয়ন

আয়ন নরম অবতরণ গবেষকদের চার্জ এবং আকার দ্বারা একক, নির্দিষ্ট ধরনের আয়ন নির্বাচন করতে সক্ষম করে। নির্বাচিত আয়নগুলি একটি পরিবাহী পৃষ্ঠে আলতোভাবে অবতরণ করে। এই প্রক্রিয়াটি নির্বাচিত অণু এবং পৃষ্ঠের উপাদানগুলির প্রতিক্রিয়াগুলির একটি সুনির্দিষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত ইন্টারফেস বৈশিষ্ট্য তৈরি করে।

একবার ইন্টারফেস প্রস্তুত হয়ে গেলে, গবেষকরা পৃষ্ঠ এবং অণু কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা পরীক্ষা করার জন্য অন্যান্য যন্ত্র ব্যবহার করতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যটি ইন্টারফেসে ভাঙা এবং গঠিত রাসায়নিক বন্ধনের প্রকৃতি সম্পর্কে তথ্য প্রকাশ করে।

লিথিয়াম-আয়ন সিস্টেম, যা আমাদের অনেক ইলেকট্রনিক্সকে শক্তি দেয়, সবচেয়ে পরিচিত শক্তি সঞ্চয় যন্ত্র হতে পারে। PNNL গবেষণা দল, যাইহোক, আরও বেশি দক্ষ এবং সম্ভাব্য রূপান্তরকারী শক্তি স্টোরেজ সিস্টেমগুলি অন্বেষণ করছে। এর মধ্যে রয়েছে লিথিয়াম-সালফার আয়ন, লিথিয়াম-ভিত্তিক কঠিন পদার্থ এবং লিথিয়াম রসায়নের বাইরে চলে যাওয়া। এই গবেষণার জন্য, দলটি অক্সিজেন-সমৃদ্ধ পৃষ্ঠের সাথে লিথিয়াম ধাতুতে বিভিন্ন লিথিয়াম সালফাইডের মতো অণু এবং নরম জমির নির্বাচিত আয়নগুলির একটি ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণ দিয়ে শুরু করে।

তারা সম্প্রতি আবিষ্কার করেছে একভাবে নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত লিথিয়াম-সালফার আয়নগুলি ইন্টারফেসে এই নতুন শক্তি স্টোরেজ ডিভাইসগুলির অপারেশনে একটি মূল ভূমিকা পালন করে। তারা দেখতে পেল যে আয়নগুলি লিথিয়ামের পরিবর্তে সালফারের হ্রাস এবং অক্সিডেশন রসায়নকে কেন্দ্র করে একাধিক প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়।

ফলাফলগুলি সালফার-অক্সিজেন বন্ডের প্রকৃতি এবং শক্তি সঞ্চয় ডিভাইসগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা সম্পর্কিত প্রতিক্রিয়াযুক্ত অণুগুলির প্রকৃতি ব্যাখ্যা করে। আয়ন নরম অবতরণ কাজ লিথিয়াম-সালফার ইন্টারফেসে সালফারের অক্সিডাইজড ফর্ম কেন বিদ্যমান তার জন্য একটি আণবিক-স্তরের ব্যাখ্যা প্রদান করে। এই গুরুত্বপূর্ণ আয়নগুলি কীভাবে একটি মডেল ইন্টারফেসে শক্ত পদার্থে পরিণত হয় তা বোঝা গবেষকদের বাস্তব ডিভাইসে জটিল ইন্টারফেসগুলি ভেঙে ফেলতে সহায়তা করে।

"প্রতিবার যখন আমরা অন্বেষণ করি কিভাবে একটি পৃথক ধরনের অণু প্রতিক্রিয়া করে, আমরা নতুন কিছু শিখি যা ইন্টারফেস গঠন সম্পর্কে সম্মিলিত জ্ঞান তৈরি করে," জনসন বলেছিলেন।

আয়ন নরম অবতরণ পরে একটি সাবস্ট্রেট এ একটি উঁকি নেওয়া. (আন্দ্রে স্টারের ছবি | প্যাসিফিক নর্থওয়েস্ট ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি)

শক্তি সঞ্চয়ের সাথে জড়িত ইন্টারফেস বোঝা

মূলত, PNNL গবেষকরা ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (DOE) বেসিক এনার্জি সায়েন্সেস সেপারেশন সায়েন্স প্রোগ্রামের সহায়তায় তাদের আয়ন নরম অবতরণ ক্ষমতা তৈরি করেছেন। সেই কর্মসূচির মাধ্যমে, রাসায়নিক প্রকৌশলী ভেঙ্কি প্রভাকরণ বিচ্ছেদের জন্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যালি সক্রিয় ইন্টারফেস অধ্যয়ন করতে আয়ন নরম অবতরণ ব্যবহার করা হয়েছে। যাইহোক, তিনি দেখতে চেয়েছিলেন যে কৌশলটি বিচ্ছেদ ব্যবস্থার বাইরে কী করতে পারে। সঙ্গে একটি বৈঠক পদার্থবিদ বিজয় মুরুগেসান কয়েক বছর আগে শক্তি সঞ্চয়ের জগতে আয়ন সফট ল্যান্ডিং এর প্রবেশদ্বার নিয়ে এসেছে। Murugesan জন্য একটি ফোকাস এলাকায় নেতৃত্ব জয়েন্ট সেন্টার ফর এনার্জি স্টোরেজ রিসার্চ (JCESR), একটি DOE ইনোভেশন হাব।

"একদিন, আমি বিজয়ের সাথে অন্য কিছু নিয়ে বৈঠক করেছি এবং আমরা আমাদের গবেষণা সম্পর্কে কথা বলতে শুরু করেছি," প্রভাকরণ বলেছিলেন। "আমরা দ্রুত বুঝতে পেরেছি যে জয়ের নেতৃত্বে JCESR ফোকাস এলাকায় গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নের উত্তর দিতে আয়ন সফট ল্যান্ডিং একটি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হতে পারে।"

শক্তি বিজ্ঞান কেন্দ্রে দলের আসন্ন পদক্ষেপ তাদের কাজকে স্ট্রিমলাইন করবে এবং দক্ষ সহযোগিতা এবং পরীক্ষামূলক অধ্যয়নের জন্য তাদের কাছাকাছি নিয়ে আসবে।

"বর্তমানে, আয়ন সফ্ট ল্যান্ডিং ল্যাব থেকে মূল চরিত্রায়ন যন্ত্রগুলিতে যাওয়ার জন্য আমাদের বেশ কয়েকটি করিডোর নামতে হবে," মুরুগেসান বলেছিলেন। যদিও এটি খুব বেশি মনে হতে পারে না, সেই ছোট হাঁটা তাদের অত্যন্ত সংবেদনশীল এবং প্রতিক্রিয়াশীল নমুনার জন্য সমস্যা সৃষ্টি করে। গবেষকদের নমুনা পরিবহনের জন্য একটি বিশেষ "ভ্যাকুয়াম স্যুটকেস" ব্যবহার করতে হবে, এমনকি হলের নিচেও।

"শক্তি বিজ্ঞান কেন্দ্রে, আমাদের ল্যাবগুলি একে অপরের ঠিক পাশে থাকবে," প্রভাকরণ বলেছিলেন। "আমাদের একটি সংযোগকারী দরজা থাকবে!" ইন্সট্রুমেন্ট থেকে ইন্সট্রুমেন্টে উল্লেখযোগ্যভাবে কম হাঁটার অর্থ হল সম্ভাব্য নমুনা ক্ষয় বা দূষণের জন্য কম সময়।

একটি সাম্প্রতিক উদ্ভাবন যা দলকে উত্তেজিত করেছে একই সাথে দুটি ধরণের আয়ন নির্বাচন এবং জমা করা, একটি ইতিবাচক এবং একটি নেতিবাচক। এই পদ্ধতিটি শক্তি সঞ্চয় ডিভাইসের আরও বাস্তবসম্মত মডেল তৈরি করে। বিভিন্ন আয়ন একে অপরের সাথে এবং পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করে, দলটিকে ইন্টারফেসে অ্যাকশন ক্যাপচার করতে সক্ষম করে।

এই নিবন্ধে উল্লিখিত কিছু কাজ JCESR-এর অংশ হিসাবে সমর্থিত ছিল, DOE's, Office of Science, Basic Energy Sciences প্রোগ্রাম দ্বারা অর্থায়িত একটি Energy Innovation Hub। এটি টেক্সাস এএন্ডএম বিশ্ববিদ্যালয়ের সহযোগিতায় করা হয়েছিল। জনসন, মুরুগেসান এবং প্রভাকরণ ছাড়াও, অন্যান্য PNNL লেখকরা হলেন কি হ্যানকিন্স, সুঙ্গুন ওয়াই, বৈথিয়ালিংগাম শুথানন্দন, স্বদিপ্তা রায়, হুই ওয়াং, ইউয়ান শাও, সুনথারাম্পিলাই থেভুথাসান এবং কার্ল মুলার। কাজের অংশ সঞ্চালিত হয় এনভায়রনমেন্টাল মলিকুলার সায়েন্সেস ল্যাবরেটরিতে, একটি জাতীয় বৈজ্ঞানিক ব্যবহারকারী সুবিধা। এনার্জি সায়েন্স সেন্টারে ভবিষ্যতে কাজ চলবে।

ক্লিনটেকনিকার মৌলিকত্বের প্রশংসা করবেন? একটি হয়ে বিবেচনা করুন ক্লিনটেকিকার সদস্য, সমর্থক, প্রযুক্তিবিদ বা রাষ্ট্রদূত - বা পৃষ্ঠপোষক Patreon.

সূত্র: https://cleantechnica.com/2022/01/16/using-ion-soft-landing-to-solve-hard-energy-problems/