লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সম্পর্কে একটি সম্পূর্ণ গাইড: পাওয়ার, ভোক্তা এবং শক্তি সঞ্চয়ের প্রয়োগ

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলিকে তাদের ডাউনস্ট্রিম প্রয়োগের উপর ভিত্তি করে ছোট ভোক্তা লিথিয়াম ব্যাটারি (3C), পাওয়ার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এবং বৃহৎ শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারি হিসাবে ভাগ করা যেতে পারে।

I. পাওয়ার ব্যাটারি

পাওয়ার ব্যাটারি হল এমন ব্যাটারি যা বিদ্যুৎচালিত যন্ত্রগুলিকে শক্তি সরবরাহ করে, এবং বর্তমানে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে এমন একটি প্রয়োগের ক্ষেত্র। নতুন শক্তি যানবাহন, পাওয়ার টুলস, ইলেকট্রিক সাইকেল ইত্যাদিতে এগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। পাওয়ার ব্যাটারি শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারির একটি ধরনও বটে, যা মূলত ইলেকট্রিক যানবাহনে ব্যবহৃত হয়। গাড়ির আকার ও ওজনের সীমাবদ্ধতা এবং ত্বরণের প্রয়োজনীয়তার কারণে, পাওয়ার ব্যাটারির সাধারণ শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারির তুলনায় উচ্চতর কর্মক্ষমতার প্রয়োজন হয়। এর মধ্যে রয়েছে উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব, দ্রুত চার্জিং গতি এবং বৃহত্তর ডিসচার্জ কারেন্ট, অন্যদিকে সাধারণ শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারির জন্য এতটা কঠোর প্রয়োজনীয়তা থাকে না।

১. পণ্যের বৈশিষ্ট্য:

পাওয়ার-টাইপ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে, দীর্ঘমেয়াদী প্রয়োজনীয়তা (অন্তত 5-10 বছর) বিবেচনায় নিয়ে চার্জিংয়ের গতি, ড্রাইভিং পরিসর, নির্ভরযোগ্যতা এবং ধ্রুব্যতা সম্পর্কে আরও বিবেচনা করা প্রয়োজন। শক্তি ঘনত্ব: একটি গাড়ির ওজনের প্রায় 25% ব্যাটারি প্যাকের জন্য দায়ী, এবং ব্যাটারির ওজনের পরিবর্তন সরাসরি গাড়ির শক্তি খরচকে প্রভাবিত করে। একই পরিমাণ চার্জের জন্য, উচ্চতর শক্তি ঘনত্বের ব্যাটারি প্যাক দীর্ঘতর ড্রাইভিং পরিসর অর্জন করে। চার্জিং গতি: চার্জিংয়ের গতি বর্তমান পাওয়ার ব্যাটারির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক। বড় বড় ব্যাটারি নির্মাতারা বর্তমানে 4C থেকে 6C, বা তার চেয়েও বেশি চার্জিং হার নিয়ে কাজ করছেন যাতে ব্যবহারকারীদের অপেক্ষার সময় কমানো যায়। নিরাপত্তা এবং ধ্রুব্যতা: পাওয়ার যানবাহনের ব্যাটারি প্যাকগুলিতে ধারাবাহিক এবং সমান্তরালভাবে সংযুক্ত অসংখ্য ব্যাটারি ব্যবহৃত হয়। আদর্শভাবে, একটি পাওয়ার ব্যাটারির ত্রুটিপূর্ণ কাজ করার সম্ভাবনা (নিরাপত্তা, সঞ্চয়, চক্র জীবন ইত্যাদি) প্রতি একশো মিলিয়নের মধ্যে একের কম হওয়া উচিত। যদি এই সম্ভাবনা স্থিরভাবে কম থাকে, তবে ব্যবহারের সময় ব্যাটারিতে অতিরিক্ত চার্জ এবং অতিরিক্ত ডিসচার্জ হওয়ার সম্ভাবনা থাকে, যা নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যার দিকে নিয়ে যেতে পারে।

2. ধনাত্মক তড়িৎদ্বারের প্রকার:

বর্তমানে, বাজারে প্রধান ধরনের পাওয়ার ব্যাটারির মধ্যে রয়েছে টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারি, LiFePO4 ব্যাটারি এবং LiMn2O4 ব্যাটারি। সামগ্রিক পাওয়ার ব্যাটারি সামঞ্জস্যতার দিক থেকে, টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারি এবং LiFePO4 ব্যাটারি বাজারে প্রাধান্য পাচ্ছে। অবশ্যই, পাওয়ার ব্যাটারি ক্ষেত্রে আরেকটি ক্যাথোড উপাদান হলো NCA (নিকেল-কোবাল্ট-অ্যালুমিনিয়াম) (8:1.5:0.5), যার একক কোষের শক্তি ঘনত্ব খুব বেশি, কিন্তু প্রবেশের প্রতিবন্ধকতাও খুব উচ্চ।

II. ভোক্তা ব্যাটারি

কনজিউমার ব্যাটারি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ ক্ষেত্র। কনজিউমার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি মূলত মোবাইল ফোন, ল্যাপটপ, ডিজিটাল ক্যামেরা, ডিজিটাল ক্যামকোর্ডার, পাওয়ার ব্যাঙ্ক এবং ইলেকট্রিক খেলনা—এই ধরনের "3C পণ্য"—এর মতো কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স পণ্যে লিথিয়াম ব্যাটারি সেল এবং মডিউল হিসাবে ব্যবহৃত হয়। এগুলি মূলত সিলিন্ড্রিকাল, প্রিজম্যাটিক এবং পাউচ ব্যাটারি হিসাবে শ্রেণিবদ্ধ করা হয়। সিলিন্ড্রিকাল লিথিয়াম ব্যাটারির ব্যাস বড় হওয়ায় শেষ পর্যন্ত ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স পণ্যের পুরুত্ব সীমিত হয়ে পড়ে; প্রিজম্যাটিক লিথিয়াম ব্যাটারির আকৃতির ডিজাইন আপেক্ষিকভাবে নির্দিষ্ট থাকে এবং তা পাতলা করা কঠিন। তাই এই দুই ধরনের লিথিয়াম ব্যাটারির কোনোটিই পাতলা, হালকা এবং পরিবর্তনশীল আকারের ব্যাটারির জন্য কিছু কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স পণ্যের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। পলিমার পাউচ লিথিয়াম ব্যাটারি কেসিং হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম-প্লাস্টিক ফিল্ম ব্যবহার করে, যা এগুলিকে হালকা, নিরাপদ করে তোলে এবং আরও নমনীয় ডিজাইনের বিকল্প এবং উচ্চ শক্তি ঘনত্ব প্রদান করে, যা কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স পণ্যের জন্য পাতলা, হালকা, পরিবর্তনশীল আকার এবং নিরাপদ ব্যাটারির প্রয়োজনীয়তার জন্য আরও উপযুক্ত করে তোলে। তাই, বর্তমানে পলিমার পাউচ লিথিয়াম ব্যাটারি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত কনজিউমার লিথিয়াম ব্যাটারির ধরন। কনজিউমার ব্যাটারি শিল্প পরিপক্ক হয়েছে এবং মোটামুটি চাহিদা আপেক্ষিকভাবে স্থিতিশীল।

১. পণ্যের বৈশিষ্ট্য:

ভোক্তা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির তুলনামূলকভাবে কম কঠোর ব্যবহারের শর্ত রয়েছে এবং দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতার প্রয়োজন হয় না। সাধারণত এগুলি এককভাবে ব্যবহৃত হয় এবং অন্যান্য ব্যাটারির সাথে জোড়া লাগানোর প্রয়োজন হয় না, তাই সামঞ্জস্যের প্রয়োজনীয়তা খুব বেশি নয়। তবুও, মোবাইল ফোন এবং ট্যাবলেটের মতো ভোক্তা পণ্যগুলিতে স্থানের সীমাবদ্ধতা এবং মূল্যবোধের কারণে, ভোক্তা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির আকার, ধারণক্ষমতা এবং শক্তি ঘনত্বের ক্ষেত্রে কঠোর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। উচ্চপর্যায়ের ভোক্তা ব্যাটারিগুলিতে সবচেয়ে উন্নত প্রযুক্তি এবং উপকরণ ব্যবহৃত হয়, অন্যদিকে পাওয়ার ব্যাটারিগুলির জন্য আরও উন্নত প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ, সামঞ্জস্য নিয়ন্ত্রণ এবং গুণগত ব্যবস্থাপনার প্রয়োজন হয়। ভোক্তা পণ্যগুলির জন্য চক্র আয়ুর প্রয়োজনীয়তা পাওয়ার ব্যাটারি এবং শক্তি সঞ্চয়ের তুলনায় ততটা দীর্ঘ নয়। উদাহরণস্বরূপ, 2-3 বছর ব্যবহারের পরে, আমরা লক্ষ্য করি যে একটি মোবাইল ফোনের ব্যাটারির ধারণক্ষমতা 80% এ কমে গেছে, মূলত কারণ হল যে বেশিরভাগ মোবাইল ফোন দিনে এক বা দু'বার চার্জ করা হয়। এর অর্থ হল যে 3 বছরের কম সময়ের মধ্যে ফোনের ধারণক্ষমতা 80%-এর নিচে নেমে যায়, যে সময়ে হয় ব্যাটারি বা ফোনটি প্রতিস্থাপন করা প্রয়োজন।

2. ধনাত্মক তড়িৎদ্বারের প্রকার:

লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LCO) এখনও কনজিউমার ব্যাটারি বাজারে প্রাধান্য বিস্তার করে আছে। যদিও টারনারি NCM (নন-লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড) উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা প্রদান করে, উচ্চ ভোল্টেজে এটি গ্যাস উৎপাদন করার কারণে এটি LCO-এর সহজে প্রতিস্থাপন করতে পারে না। যদিও LCO ক্যাথোড উপকরণগুলির উচ্চ খরচ (দামি কোবাল্টের কারণে), খারাপ চক্র কর্মক্ষমতা এবং খারাপ নিরাপত্তা সহ কিছু অসুবিধা রয়েছে, তবুও তাদের উচ্চ ট্যাপ ঘনত্ব এবং উচ্চ অপারেটিং ভোল্টেজ এখনও অতি-পাতলা ইলেকট্রনিক পণ্যগুলিতে তাদের জন্য একটি সুবিধা তৈরি করে। মাঝারি থেকে উচ্চ-পর্যায়ের স্মার্টফোন, ল্যাপটপ এবং ট্যাবলেটগুলিতে চাহিদা স্থিতিশীল থাকে। এছাড়াও, 5G ফোনগুলির ব্যাটারি ক্ষমতা বৃদ্ধি এবং ড্রোন, TWS ইয়ারফোন এবং ই-সিগারেটের মতো নতুন কনজিউমার ইলেকট্রনিক্সের আবির্ভাব সবই LCO ক্যাথোড উপকরণের বাজার চাহিদাকে চালিত করছে। LCO-এর সর্বোচ্চ ট্যাপ ঘনত্ব রয়েছে, যা কনজিউমার ইলেকট্রনিক্সের সীমিত আয়তনের মধ্যে সর্বোচ্চ আয়তনিক শক্তি ঘনত্ব দেয়। চমৎকার ট্যাপ ঘনত্ব, আয়তনিক শক্তি ঘনত্ব, চক্র কর্মক্ষমতা এবং উচ্চ/নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা, এবং চার্জিং কাটঅফ সম্ভাব্যতা বাড়িয়ে LCO-এর শক্তি ঘনত্ব আরও বাড়ানোর ক্ষমতা, উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ-টেপার LCO উপকরণগুলিকে ভবিষ্যতের দিক হিসাবে প্রতিষ্ঠিত করে।

III. শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারি

শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারি বলতে তড়িৎ শক্তিকে রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে সংরক্ষণ করার জন্য ব্যবহৃত ব্যাটারিকে বোঝায়। বর্তমানে, শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারির বাজারে প্রধানত দুটি প্রধান প্রয়োগের ক্ষেত্র রয়েছে: তড়িৎ শক্তি সঞ্চয় এবং গৃহস্থালির শক্তি সঞ্চয়। তড়িৎ শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারি মূলত তড়িৎ শক্তি সঞ্চয়ের প্রযুক্তি, যা তড়িৎ শক্তি সংরক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়। এর প্রয়োগের পরিসরে পাম্পযুক্ত জলবিদ্যুৎ সঞ্চয়, ব্যাটারি সঞ্চয়, যান্ত্রিক সঞ্চয় এবং সংকুচিত বায়ু সঞ্চয় অন্তর্ভুক্ত, যা বিভিন্ন শিল্পক্ষেত্রে প্রয়োগ করা যেতে পারে। গৃহস্থালির শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারি সাধারণত বহিরঙ্গন ব্যবহারের জন্য উপযোগী; উদাহরণস্বরূপ, বাড়িতে বিদ্যুৎ সরবরাহ বন্ধ হয়ে গেলে বা ক্যাম্পিংয়ের সময় অপ্রত্যাশিত প্রয়োজনে উচ্চ ধারণক্ষমতা এবং দীর্ঘস্থায়ী শক্তি সঞ্চয়ের ব্যাটারির প্রয়োজন হয়।

১. পণ্যের বৈশিষ্ট্য:

শক্তি সঞ্চয়ের জন্য লিথিয়াম ব্যাটারির আয়ু সম্পর্কে উচ্চতর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। নবাগত শক্তি যানবাহনগুলির আয়ু সাধারণত 5-8 বছর, অন্যদিকে শক্তি সঞ্চয় প্রকল্পগুলি সাধারণত 10 বছরের বেশি আয়ুর লক্ষ্যে কাজ করে। পাওয়ার লিথিয়াম ব্যাটারির চক্র আয়ু 1000-2000 চক্র, অন্যদিকে শক্তি সঞ্চয় লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষেত্রে সাধারণত 5000 চক্রের বেশি চক্র আয়ুর প্রয়োজন। এর কারণ হল শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারিগুলি আয়তনিক শক্তি ঘনত্ব এবং ভর-ভিত্তিক শক্তি ঘনত্বকে অগ্রাধিকার দেয় না, বরং নিরাপত্তা এবং খরচকে গুরুত্ব দেয়। অন্তর্নিহিত উপাদানের বৈশিষ্ট্যের দৃষ্টিকোণ থেকে, লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং উপাদান খরচ ত্রিমুখী লিথিয়াম ব্যাটারির চেয়ে ভালো এবং এর চক্র আয়ু ইতিমধ্যেই প্রায় 10,000 চক্রে পৌঁছে গেছে, তাই বিশ্বব্যাপী শক্তি সঞ্চয় বাজারে এর প্রয়োগ ক্রমশ ব্যাপকতর হয়ে উঠছে।

2. ধনাত্মক তড়িৎদ্বারের প্রকার:

পাওয়ার লিথিয়াম ব্যাটারি এবং শক্তি সঞ্চয়ের জন্য ব্যবহৃত লিথিয়াম ব্যাটারির মধ্যে কিছু পার্থক্য রয়েছে, কিন্তু কোষের দৃষ্টিকোণ থেকে উভয়ই আপাতদৃষ্টিতে লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LFP) ব্যাটারি এবং টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারি ব্যবহার করতে পারে। তবে শক্তি সঞ্চয়ের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে LFP ব্যাটারি প্রায় একচেটিয়াভাবে ব্যবহৃত হয়। এর প্রধান কারণ হল শক্তি সঞ্চয় পাওয়ার স্টেশনগুলিতে ঘন ঘন নিরাপত্তা দুর্ঘটনা। শক্তি সঞ্চয়ের জন্য বিশেষ লিথিয়াম ব্যাটারির উচ্চ শক্তি ঘনত্বের প্রয়োজন হয় না কিন্তু উচ্চ নিরাপত্তার প্রয়োজন হয়, কারণ ইলেকট্রোকেমিক্যাল শক্তি সঞ্চয় সিস্টেমে শত থেকে হাজার হাজার ব্যাটারি থাকে। একবার আগুন ধরে গেলে এবং ছড়িয়ে পড়লে পরিস্থিতি অত্যন্ত কঠিন হয়ে পড়ে। ২৯ জুন, ২০২২-এ জাতীয় শক্তি প্রশাসন "বিদ্যুৎ উৎপাদন দুর্ঘটনা প্রতিরোধের জন্য পঁচিশটি প্রধান প্রয়োজনীয়তা" সম্পর্কে একটি খসড়া মতামত প্রকাশ করে, যাতে বলা হয়েছে যে বৃহদাকার ইলেকট্রোকেমিক্যাল শক্তি সঞ্চয় পাওয়ার স্টেশনগুলিতে টারনারি লিথিয়াম ব্যাটারি বা সোডিয়াম-সালফার ব্যাটারি ব্যবহার করা উচিত নয় এবং পুনর্ব্যবহৃত পাওয়ার ব্যাটারি ব্যবহার করা উচিত নয়। তাই শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারিগুলি মূলত সম্পূর্ণ LFP দিয়ে তৈরি।

সারাংশ:

ভোক্তা ব্যাটারির বাজার আনুমানিক স্থিতিশীল হয়েছে, এবং ব্যাটারির গবেষণা ও উন্নয়ন মূলত আয়তনিক শক্তি ঘনত্ব এবং বৃহত্তর ধারণক্ষমতা বৃদ্ধির উপর কেন্দ্রিত। শীর্ষস্থানীয় পাওয়ার ব্যাটারির বাজার দখল মূলত প্রতিষ্ঠিত হয়েছে, যদিও একটি ছোট অংশ এখনও পুনর্গঠনের পর্যায়ে রয়েছে। বর্তমানে, পাওয়ার ব্যাটারির প্রধান ফোকাস হল চালনার পরিসর বাড়ানো এবং চার্জিং গতি বৃদ্ধি করা। শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারির ক্ষেত্রেও কোনো উল্লেখযোগ্য নতুন উন্নয়ন ঘটেনি, মূলত অত্যন্ত বৃহৎ ধারণক্ষমতা অনুসরণ করা হচ্ছে, 280Ah থেকে 314Ah, এবং এখন CATL এবং Haichen-এর 587Ah অথবা Sungrow-এর 684Ah-এ।