চীন: ব্যাটারি অগ্রদূত প্রযুক্তি? 

আপনি যখন "ব্যাটারির জন্য চাইনিজ অগ্রদূত" শুনতে পান, তখন প্রথম চিন্তাটি ভলিউম, দাম, এমনকি অনুলিপি করা হয়। কিন্তু গত পাঁচ-সাত বছরে ছবিটা অনেক বেশি জটিল হয়েছে। অনেক লোক এখনও মনে করে যে এখানে সবকিছু সহজ - তারা পশ্চিমা পেটেন্ট নিয়েছিল, এটিকে বড় করেছে এবং এটি হয়ে গেছে। প্রকৃতপক্ষে, আপনি যদি মান শৃঙ্খলে খনন করেন, বিশেষত লিথিয়াম-আয়ন এবং নতুন সলিড-স্টেট সিস্টেমের জন্য উপাদানগুলির ক্ষেত্রে, আপনি দেখতে পাবেন যে চীনা খেলোয়াড়রা আর কেবল "করছে না"। তারা সক্রিয়ভাবে R&D পরিচালনা করছে, প্রায়শই সেই দিকগুলিতে যা প্রক্রিয়াটির উচ্চ ব্যয়ের কারণে পশ্চিমে শেষ বলে বিবেচিত হত। কিন্তু পরে যে আরো.

চীন থেকে তৈরি? "চীনে ডিজাইন করা": পদ্ধতির একটি বিবর্তন

পূর্বে, প্রায় দশ বছর আগে, প্রকৃতপক্ষে, অনেক কিছু বিপরীত প্রকৌশলের উপর নির্মিত হয়েছিল। আমরা লিথিয়াম কোবাল্টেট (LCO), নিকেল ম্যাঙ্গানিজ কোবাল্টেট (NMC) এর নমুনা কিনেছি, সেগুলিকে বিচ্ছিন্ন করেছি এবং সেগুলি পুনরাবৃত্তি করার চেষ্টা করেছি৷ কিন্তু দলগুলোর বিশুদ্ধতা ও স্থিতিশীলতা ছিল একটি ধ্রুবক দুঃস্বপ্ন। আমার মনে আছে 2015-2016 সালে, চ্যাংশার একটি সাইটে প্রযুক্তিবিদদের সাথে কথোপকথন একটি বিষয় নিয়ে ফুটে ওঠে: "প্যারামিটারগুলি স্পেসিফিকেশন অনুযায়ী বলে মনে হচ্ছে, কিন্তু আউটপুট ব্যাটারি 5-7% এর ক্ষমতার মধ্যে একটি ভিন্নতা দেয়?"। সমস্যাটি সূত্রে নয়, কিন্তু পূর্বসূরীদের সংশ্লেষণের সূক্ষ্মতার মধ্যে ছিল - পিপিএম স্তরে কণার আকার, আকারবিদ্যা এবং অশুদ্ধতা বিষয়বস্তুর উপর নিয়ন্ত্রণ।

পরিবর্তন শুরু হয় যখন CATL এবং BYD-এর মতো বড় ব্যাটারি নির্মাতারা শুধুমাত্র রাসায়নিক গঠনের উপর নয়, উপাদানের কার্যকরী বৈশিষ্ট্যের উপর কঠোর প্রয়োজনীয়তা আরোপ করতে শুরু করে। তাদের শুধু নিকেল-কোবাল্ট-অ্যালুমিনিয়াম (NCA) পাউডারের প্রয়োজন ছিল না, তবে একটি নির্দিষ্ট ছিদ্রযুক্ত উপাদান যা সমাপ্ত ক্যাথোডে আরও ভাল আয়নিক পরিবাহিতা প্রদান করবে। এটি পূর্ববর্তী সরবরাহ সংস্থাগুলিকে তাদের গবেষণাগার এবং পাইলট লাইনগুলিতে বিনিয়োগ করতে বাধ্য করেছে। এখানে আমরা আর অনুলিপি করার বিষয়ে কথা বলছি না, তবে নিজেরাই কাস্টমাইজ করা প্রক্রিয়াগুলি সম্পর্কে কথা বলছি - কার্বোথার্মিক হ্রাস, হাইড্রোথার্মাল সংশ্লেষণ, পিএইচ এবং তাপমাত্রার সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সহ সহ-বর্ষণ পদ্ধতি।

একটি আকর্ষণীয় কেস হল NMC 811 (একটি উচ্চ নিকেল সামগ্রী সহ) এর জন্য চেইনগুলির বিকাশ। উচ্চ শক্তির ঘনত্বের সাধনা সুস্পষ্ট, তবে নিকেলের সাথে, সমস্যাগুলিও বৃদ্ধি পায় - তাপীয় স্থিতিশীলতা হ্রাস পায়, স্তরযুক্ত কাঠামোতে ক্যাটেশন স্থানচ্যুতি ঘটে। চীনা প্রকৌশলীরা শুধুমাত্র খাদ তৈরির পথ অনুসরণ করেননি (অ্যালুমিনিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম যোগ করা), তবে পূর্ববর্তী কণাগুলির একটি গ্রেডিয়েন্ট আবরণ নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা শুরু করেছিলেন - ধারকটির জন্য কোরটি নিকেল সমৃদ্ধ, এবং স্থায়িত্বের জন্য বাইরের স্তরগুলি ম্যাঙ্গানিজ বা কোবাল্ট দিয়ে সমৃদ্ধ হয়। এর জন্য অগ্রদূত সংশ্লেষণের পর্যায়ে সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন। আমি সিচুয়ান থেকে একজন সরবরাহকারীর নমুনা দেখেছি - মাল্টি-স্টেজ ডিপোজিশনে তাদের পদ্ধতি সত্যিই চিত্তাকর্ষক ছিল, যদিও সেই সময়ে (কয়েক বছর আগে) পাইলট লাইনে ফলন বিপর্যয়মূলকভাবে কম ছিল, প্রায় 65%।

যেখানে আসল অসুবিধা রয়েছে: রসায়ন নয়, প্রকৌশল

অনেকে রাসায়নিক সূত্রে ফোকাস করে, কিন্তু এখন মূল যুদ্ধ রাসায়নিক প্রকৌশল এবং স্কেলিংয়ে। আপনি পরীক্ষাগারে একটি জলপাই কাঠামো সহ LFP (লিথিয়াম আয়রন ফসফেট) এর জন্য একটি চমৎকার অগ্রদূতের এক কিলোগ্রাম পেতে পারেন। কিন্তু আপনি যখন প্রতি মাসে 10 টন পর্যন্ত স্কেল করার চেষ্টা করেন, তখন অলৌকিক ঘটনা শুরু হয়: কণার সমষ্টি, মিশ্র উপাদানের অসম বন্টন, বাল্ক ঘনত্বের ওঠানামা। এটি প্রকল্পের অর্থনীতিকে হত্যা করে।

এখানে, চীনা কোম্পানিগুলি তাদের শক্তি প্রদর্শন করতে শুরু করে - নমনীয়তা এবং পুনরাবৃত্তির গতি। তাদের প্রায়শই বিশাল, একবারের জন্য-সব কারখানা থাকে না। মডুলার পাইলট লাইন আছে যা দ্রুত পুনরায় কনফিগার করা যেতে পারে। থেকে একজন পরিচিত প্রযুক্তিবিদচেংডু ইজি টেকনোলজি কো.(এটি হুয়াক্সি টেকনোলজি দ্বারা তৈরি একটি ডিজাইন ইনস্টিটিউট) একবার বলেছিল যে একজন ইউরোপীয় গ্রাহকের জন্য তারা পণ্যের গ্রহণযোগ্য বিশুদ্ধতায় পৌঁছানোর আগে একটি সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট পূর্বসূর (সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য) সংশ্লেষণের জন্য তিনটি ভিন্ন চুল্লি কনফিগারেশন চেষ্টা করেছে। তাদের ওয়েবসাইটyzkjhx.ruবিবরণের সাথে বরং কৃপণ, কিন্তু প্রকল্পের বর্ণনা থেকে এটা স্পষ্ট যে তারা টার্নকি প্রক্রিয়াগুলির বিকাশের সাথে গভীরভাবে জড়িত। - পরীক্ষাগার থেকে বাণিজ্যিক উত্পাদন।

আরেকটি কালশিটে বিন্দু কাঁচামাল হয়. কোবাল্ট ও লিথিয়াম আমদানির ওপর নির্ভরশীলতা দূর হয়নি। অতএব, বিশাল প্রচেষ্টা দুটি দিকে লক্ষ্য করা হয়েছে: প্রথমত, গভীর প্রক্রিয়াকরণ এবং পুনর্ব্যবহার করা যাতে গৌণ কাঁচামালগুলিকে সর্বাধিক চেপে রাখা যায়; দ্বিতীয়ত, এই নির্ভরতা কমায় এমন উপকরণ তৈরি করা। সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সাম্প্রতিক বছরগুলিতে একটি যুগান্তকারী হিসাবে বিবেচিত হতে পারে। এবং এখানে চীন শুধুমাত্র উপাদান উৎপাদনের ক্ষেত্রেই নয়, তাদের জন্য পূর্বসূরীদের একটি শৃঙ্খল তৈরি করার উদ্যোগটি দখল করার চেষ্টা করছে বলে মনে হচ্ছে - উদাহরণস্বরূপ, স্তরযুক্ত অক্সাইড বা পলিআনিওনিক যৌগ। CATL ইতিমধ্যে বাণিজ্যিক পণ্য ঘোষণা করেছে। কিন্তু যদি আমরা পূর্বসূরীদের কথা বলি, তাহলে মূল চ্যালেঞ্জ হল সংশ্লেষণের স্থায়িত্ব এবং কম খরচ। পরীক্ষাগার সাফল্য আছে, কিন্তু একটি টনেজ ব্যাচ দেখতে কেমন হবে? উত্তরের চেয়ে আরও প্রশ্ন আছে।

সলিড-স্টেট ব্যাটারি: একটি নতুন জাতি এবং পূর্ববর্তীদের সাথে পুরানো সমস্যা

এখানেই এখন সবচেয়ে আকর্ষণীয়, কিন্তু ঘোলাটে এলাকা। সবাই পবিত্র গ্রেইল হিসাবে সলিড স্টেট ব্যাটারি (SSB) সম্পর্কে কথা বলে। কিন্তু যদি আমরা হাইপ থেকে দূরে সরে যাই, প্রধান প্রযুক্তিগত সমস্যা হল ইন্টারফেস। কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট (সালফাইড, অক্সাইড, পলিমার) এবং ইলেক্ট্রোড উপাদান অবশ্যই নিখুঁত যোগাযোগে থাকতে হবে। এবং এই আবার precursors নিচে আসে.

সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য (যেমন লি₂এস-পি₂S₅সিস্টেম) আমাদের অত্যন্ত বিশুদ্ধ অগ্রদূতের প্রয়োজন, এবং সংশ্লেষণ অবশ্যই একটি সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডলে ঘটতে হবে - অক্সিজেন এবং আর্দ্রতা সবকিছুকে মেরে ফেলে। একই চেংডু ইজি টেকনোলজি ইনস্টিটিউটের মতো চীনা কোম্পানিগুলি সক্রিয়ভাবে শিল্প স্কেলে সলিড-ফেজ সংশ্লেষণ এবং যান্ত্রিক মিশ্রণের পদ্ধতিতে কাজ করছে। তবে মূল সমস্যাটি ইলেক্ট্রোলাইটের সংশ্লেষণ নয়, বরং যৌগিক ক্যাথোডগুলির জন্য পূর্বসূর তৈরি করা। একটি ionically পরিবাহী ম্যাট্রিক্স তৈরি করার জন্য একজনকে সক্রিয় উপাদান (বলুন, NMC) সালফাইড ইলেক্ট্রোলাইট কণাগুলিতে জমা করতে হবে। মানক মিশ্রণ পদ্ধতি কাজ করে না - তারা "মৃত অঞ্চল" তৈরি করে। সমাধানটি বিশেষায়িত অগ্রদূতের বিকাশে দেখা যায়, যেখানে সংশ্লেষণ পর্যায়ে পছন্দসই কাঠামো তৈরি হয়। আমি ব্যাপক উৎপাদনের জন্য অভিযোজিত পারমাণবিক স্তর জমাকরণ (ALD) কৌশলগুলি ব্যবহার করার চেষ্টার কথা শুনেছি, কিন্তু এখন পর্যন্ত এটি ব্যয়বহুল এবং ধীর।

একটি ব্যর্থ প্রচেষ্টা যা খুব কম লোকই বলে থাকে তা হল LLZO (লিথিয়াম ল্যান্থানাম জিরকোনিয়াম অক্সাইড) এর মতো অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইটের প্রাথমিক প্রকল্প। উপাদানটি প্রতিশ্রুতিশীল, তবে এর পূর্বসূরীদের জন্য উচ্চ-তাপমাত্রা সিন্টারিং (1200°C এর উপরে) প্রয়োজন। তারা সংশ্লেষণ প্রতিষ্ঠা করার চেষ্টা করেছিল, কিন্তু প্রচুর শক্তি খরচ এবং লিথিয়ামের স্টোইচিওমেট্রি নিয়ন্ত্রণের সমস্যার মুখোমুখি হয়েছিল - এটি কেবল এই ধরনের তাপমাত্রায় বাষ্পীভূত হয়। ফলস্বরূপ, অনেক স্টার্টআপ সালফাইড বা হাইব্রিড সিস্টেমে স্যুইচ করে এই অঞ্চলগুলিকে কমিয়ে বা হিমায়িত করে। এটি একটি সুন্দর পরীক্ষাগার রসায়নের একটি ভাল উদাহরণ যা পূর্ববর্তী স্তরে অনতিক্রম্য ইঞ্জিনিয়ারিং এবং অর্থনৈতিক বাধাগুলির মুখোমুখি হয়।

ভবিষ্যতের দিকে তাকিয়ে: চেইন ইন্টিগ্রেশন এবং ইকোলজি

যে প্রবণতা সিদ্ধান্তমূলক হয়ে উঠবে তা হল উল্লম্ব সংহতকরণ। CATL বা Gotion High-Tech-এর মতো বড় খেলোয়াড়রা আর শুধু অগ্রদূত কেনে না, বরং তাদের নির্মাতাদের সাথে যৌথ উদ্যোগে বিনিয়োগ করে বা তাদের নিজস্ব সুবিধা তৈরি করে। কিসের জন্য? সম্পূর্ণ চেইন নিয়ন্ত্রণ করতে - কাঁচামাল থেকে সমাপ্ত ইলেক্ট্রোড পর্যন্ত। এটি একটি নির্দিষ্ট সেল আর্কিটেকচারের জন্য প্যারামিটারগুলিকে সূক্ষ্মভাবে অপ্টিমাইজ করা সম্ভব করে তোলে (উদাহরণস্বরূপ, ট্যাবলেট বা ব্যাগ কোষগুলির জন্য)।

দ্বিতীয় বড় বিষয় হল পরিবেশ বন্ধুত্ব। ইউরোপীয় নিয়ন্ত্রকরা দীর্ঘদিন ধরে কার্বন ফুটপ্রিন্ট এবং দায়িত্বশীল সোর্সিংয়ের বিষয়ে চাপ দিচ্ছে। চীনা সরবরাহকারীদের জন্য, এটি শুধুমাত্র একটি হুমকি নয়, একটি সুযোগও। আমি দেখছি অনেক লোক তাদের প্রক্রিয়াগুলিকে প্রত্যয়িত করতে শুরু করেছে, দ্রাবক পুনর্ব্যবহারযোগ্য সিস্টেমগুলি প্রবর্তন করছে এবং "সবুজ"গুলির উপর কাজ করছে৷ সংশ্লেষণ পদ্ধতি - বলুন, কম বিষাক্ত হ্রাসকারী এজেন্ট বা জলীয় পরিবেশে ব্যবহার করা। এটি আর পিআর নয়, বিশ্ববাজারে প্রবেশের জন্য একটি কঠিন প্রয়োজনীয়তা। Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd., তার নিবন্ধিত মূলধন 120 মিলিয়ন ইউয়ান এবং একটি ডিজাইন ইনস্টিটিউটের মর্যাদা সহ, এটি এমন একটি যা গ্রাহকদের শুধুমাত্র একটি পণ্য নয়, একটি গণনাকৃত পরিবেশগত এবং অর্থনৈতিক ভারসাম্য সহ একটি প্রযুক্তি প্রদান করতে পারে৷

এবং একটি শেষ জিনিস. আপনি একটি "হত্যাকারী" জিনিস আশা করা উচিত নয়. অগ্রদূত রসায়ন মধ্যে যুগান্তকারী. বিবর্তন ধীরে ধীরে হবে: 0.5% দ্বারা বিশুদ্ধতার উন্নতি, 3% দ্বারা সংশ্লেষণের ব্যয় হ্রাস, বায়ুতে উপাদানের শেলফ লাইফ বৃদ্ধি। এই শ্রমসাধ্য, অদৃশ্য কাজের মধ্যেই - হাজার হাজার প্যারামিটারের উপর নিয়ন্ত্রণ, পাইলট লাইনে পুনরাবৃত্তি, স্কেলিং সমস্যা সমাধান - এই ক্ষেত্রে চীনের নেতৃত্ব আজ এবং আগামীকাল নিহিত। তারা ইতিমধ্যেই অনুকরণকারী থেকে প্রসেস ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে গুরুতর প্রতিযোগী হয়ে উঠেছে। পরবর্তী পদক্ষেপটি হতে পারে নিজেরাই উপকরণের ডিজাইনে ট্রেন্ডসেটার হওয়া, কিন্তু এর জন্য মৌলিক আবিষ্কারের প্রয়োজন। এবং তারা সময়সূচী অনুযায়ী ঘটবে না.