Fluoride battery
ফ্লোরাইড-আয়ন ব্যাটারি (ফ্লোরাইড ব্যাটারি এবং ফ্লোরাইড শাটল ব্যাটারি) হল আয়নিক চার্জ বাহক হিসাবে ফ্লোরাইড আয়নগুলির শাটলের উপর ভিত্তি করে রিচার্জেবল ব্যাটারি প্রযুক্তি। এই ধরনের রসায়ন 2010-এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে তার পরিবেশগত বন্ধুত্বপূর্ণতার কারণে আগ্রহ আকর্ষণ করে, কারণ বিদ্যুদ্বাহক গঠনে ভৌগোলিকভাবে চাপযুক্ত খনিজ সম্পদের অভাব এড়ানো হয় (যেমন। কোবাল্ট এবং নিকেল) এবং উচ্চ তাত্ত্বিক শক্তির ঘনত্ব। উপরন্তু, যেহেতু কোনও ধাতব প্লেটিং এবং স্ট্রিপিং নেই, তাই ডেনড্রাইট গঠন নগণ্য, যদি উচ্চ-ক্ষমতার ধাতব অ্যানোড ব্যবহার করা হয়, বর্ধিত নিরাপত্তা, সাইক্লেবিলিটি এবং শক্তি সঞ্চয় ক্ষমতা সহ। তাত্ত্বিকভাবে, কম খরচের বিদ্যুদ্বাহক এবং তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য ব্যবহার করে একটি এফবি-র শক্তির ঘনত্ব 800 এমএএইচ/জি এবং 4800 ডাব্লুএইচ/এল পর্যন্ত হতে পারে। ফ্লোরাইড-আয়ন ভিত্তিক প্রযুক্তি উন্নয়নের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ কোনও যন্ত্র নেই। প্রকৃত কর্মক্ষমতা সীমিত করার প্রধান সমস্যাগুলি হল তরল তড়িৎবিশ্লেষ্যগুলিতে নগ্ন ফ্লোরাইডের উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা, ঘরের তাপমাত্রায় কঠিন-অবস্থা তড়িৎবিশ্লেষ্যগুলির কম ফ্লোরাইড-আয়ন আয়নিক পরিবাহিতা এবং রূপান্তর-ধরনের বিদ্যুদ্বাহকগুলির আয়তন সম্প্রসারণ যা চার্জ-ডিসচার্জিং সাইক্লিংয়ের সময় কোষের উপাদানগুলির উপর যান্ত্রিক চাপ সৃষ্টি করে যা অকাল ক্ষমতা বিবর্ণ করে দেয়। পূর্বোক্ত সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, ফ্লোরাইড-আয়ন ভিত্তিক প্রযুক্তি পরবর্তী প্রজন্মের তড়িৎরাসায়ন সংরক্ষণ প্রযুক্তির জন্য একটি প্রার্থীকে উপস্থাপন করে। 1974 সালে 400 থেকে 500 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় CaF2-এর ফ্লোরাইড আয়নিক পরিবাহিতা নিয়ে কাজ করার সময় ফ্লোরাইড-আয়ন শাটলিংয়ের প্রস্তাব দেওয়া হয়েছিল। গবেষণা 70-এর দশক থেকে 80-এর দশকের গোড়ার দিকে অব্যাহত ছিল যখন উচ্চ তাপমাত্রায় অজৈব ফ্লোরাইডের ফ্লোরাইড পরিবাহিতা সম্পর্কে অন্যান্য গবেষণা করা হয়েছিল, এর মধ্যে একটি ব্যবহারিক প্রয়োগ 1976 সালে পটাসিয়াম ফ্লোরাইডের সাথে β-PbF2 ডোপিং করা হয়েছিল। যখন একটি গ্যালভানিক কোষে একটি কঠিন-অবস্থা তড়িৎবিশ্লেষ্য হিসাবে নিযুক্ত করা হয় তখন এই উপাদানটি তাত্ত্বিক ভোল্টেজের কাছাকাছি ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজে পৌঁছানোর অনুমতি দেয়, তবে একটি লোড প্রয়োগ করার সময় একটি বিদ্যুৎ বজায় রাখতে ব্যর্থ হয়। 1980-এর দশকের শেষের দিকে ফ্লোরাইড-আয়ন শাটলিং-এর ক্ষেত্রে সামান্য অগ্রগতি হয়েছিল, মাত্র কয়েকটি গবেষণায় ল্যান্থানাম, সীসা বা সিরিয়াম ফ্লোরাইডের উপর ভিত্তি করে সন্তোষজনক স্রাব ক্ষমতা সহ সলিড-স্টেট ফ্লোরাইড পরিবাহী উপকরণ ব্যবহার করে কার্যকরী কোষের রিপোর্ট করা হয়েছিল, যদি বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ ব্যাটারি, উচ্চ কার্যকরী তাপমাত্রা (160 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত) এবং সীমিত কোষের জীবনের তুলনায়। এফবি-র প্রকৃত প্রবণতা 2010-এর দশকের মাঝামাঝি থেকে দৃষ্টি আকর্ষণ করতে শুরু করে, যা শক্তি রূপান্তর এবং নতুন শক্তি সঞ্চয় যন্ত্রের প্রয়োজন দ্বারা চালিত হয়। কঠিন এবং তরল উভয় ইলেক্ট্রোলাইটে উন্নতি করা হয়েছিল। কার্যকরী নীতি ফ্লোরাইড ব্যাটারির রসায়ন অ্যানোডের পাশে একটি ইলেক্ট্রোপজিটিভ ধাতুর (এম ') বিপরীতমুখী তড়িৎরাসাযনিক ফ্লুরিনেশনের উপর নির্ভর করে, ক্যাথোডের পাশে আরও উন্নত ধাতব ফ্লুরাইডের (এম. এফ. এক্স) ব্যয়ে। নিষ্কাশন প্রক্রিয়া ক্যাথোডে (+) xe-এ-- + MF _ {x}-> M + xF-অ্যানোডে (-) xF-এ-+ M '-> xe-এ চার্জ প্রক্রিয়া ক্যাথোডে (-) xe-এ-+ M' F _ {x}-> M '+ xF-অ্যানোডে (+) xF-এ-+ M-> xe-রূপান্তর-প্রকার ইলেক্ট্রোড রূপান্তর-প্রকার ইলেক্ট্রোড রূপান্তর-প্রকার ইলেক্ট্রোড রূপান্তর-প্রকার ইলেক্ট্রোড রূপান্তর-প্রকার ইলেক্ট্রোডে রেডক্স প্রতিক্রিয়া ঘটে যা উপাদানের স্ফটিক কাঠামোকে পরিবর্তন করে, এই প্রক্রিয়াটি প্রায়শই কণার আয়তনের একটি বড় বৈচিত্র্যের দিকে পরিচালিত করে যা পদার্থের আয়তনকে হারাতে পারে। রূপান্তর-ধরনের বিদ্যুদ্বাহকের একটি সুবিধা হল প্রতি রেডক্স কেন্দ্রে একাধিক ইলেক্ট্রন স্থানান্তর কাজে লাগানোর সম্ভাবনা, যা নির্দিষ্ট ক্ষমতা বৃদ্ধি করে। এই শ্রেণীতে কিছু সাধারণ ধাতু এবং রূপান্তর ধাতব ফ্লোরাইড অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, যা প্রতি মোলে দুই বা ততোধিক ইলেকট্রন বিনিময় করতে পারে, যেমন বিআইএফ3, Bi0.8Ba0.2F2.8, পিবিএফ2, ফিএফ3, কিউএফ2, ক্যাথোডের পাশে কেবিআইএফ3 বা অ্যানোডের পাশে সিএ এবং এমজি। আন্তঃসংযোগ-প্রকার আন্তঃসংযোগ-প্রকার বিদ্যুদ্বাহকে, ফ্লোরাইড আয়নগুলি তার কাঠামো পরিবর্তন না করে বিদ্যুদ্বাহক উপাদানের স্ফটিক জালের একটি শূন্যস্থানে ঢোকানো যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে, আয়তনের বৈচিত্র্য ব্যাপকভাবে হ্রাস পায় যা এই উপকরণগুলিকে আরও স্থিতিশীল করে তোলে। বিপরীতে, প্রতি রেডক্স কেন্দ্রে ইলেক্ট্রন স্থানান্তর সাধারণত একটির মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে, যা উপলব্ধ নির্দিষ্ট ক্ষমতা হ্রাস করে। তড়িৎবিশ্লেষ্য তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য এফ. বি-গুলির জন্য তড়িৎবিশ্লেষ্য বিদ্যুদ্বাহক বিদ্যুদ্বাহকগুলির আয়তন সম্প্রসারণ থেকে উদ্ভূত সমস্যার একটি সমাধান প্রদান করবে এবং একই সাথে অভ্যন্তরীণ উচ্চতর আয়ন গতিশীলতার কারণে কার্যকরী তাপমাত্রা হ্রাস করবে, যার ফলে উচ্চ আয়ন পরিবাহিতা হয়। অজৈব ফ্লোরাইড-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোলাইট অজৈব-ভিত্তিক তরল ইলেক্ট্রোলাইট একটি জৈব অপ্রোটিক দ্রাবকে ক্ষার ধাতব ফ্লোরাইড দ্রবীভূত করে তৈরি করা হয় তবে সাধারণ ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইট দ্রাবকগুলিতে অজৈব ফ্লোরাইডের কম দ্রবণীয়তা দুর্বল আয়নিক পরিবাহিতা সৃষ্টি করে। লবণের দ্রবণীয়তা বাড়ানোর জন্য এবং ফলস্বরূপ, আয়নিক পরিবাহিতা, বোরন-ভিত্তিক অ্যানায়ন গ্রহণকারী জৈব পদার্থে লবণ দ্রবণীয়তা বাড়ানোর জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল, উদাহরণস্বরূপ, ট্রাইফিনাইলবোরক্সিন এবং ট্রাইফিনাইলবোরেন সহ বিভিন্ন অ্যানায়ন গ্রহণকারী সহ টেট্রাগ্লাইমে দ্রবীভূত সিজিয়াম ফ্লোরাইডের উপর ভিত্তি করে একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য আবিষ্কৃত হয়েছিল। জৈব ফ্লোরাইড-ভিত্তিক তড়িৎবিশ্লেষ্য জৈব-ভিত্তিক তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য সঠিক জৈব অ্যাপ্রোটিক দ্রাবকগুলিতে টেট্রাল্কিল্যামোনিয়াম লবণ দ্রবীভূত করে তৈরি করা হয়েছিল। প্রধান সমস্যা হল অমীমাংসিত ফ্লোরাইড-আয়নটির উচ্চ নিউক্লিওফিলিক আচরণ যা হফম্যান নির্মূল পদ্ধতির মাধ্যমে অ্যালকাইল গোষ্ঠীর β-হাইড্রোজেনের সাথে সহজেই প্রতিক্রিয়া দেখায়। একটি স্থিতিশীল জৈব-ভিত্তিক তড়িৎবিশ্লেষ্য পাওয়ার জন্য, β-হাইড্রোজেন ছাড়া অ্যামোনিয়াম লবণ ব্যবহার করা হয়েছিল এবং আংশিকভাবে ফ্লোরিনযুক্ত ইথারের উচ্চ ঘনত্বে দ্রবীভূত এন, এন, এন-ট্রাইমিথাইল-এন-নিওপেন্টিল্যামোনিয়াম ফ্লোরাইড পরীক্ষা করা হয়েছিল। কঠিন তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থের অভ্যন্তরীণ চ্যালেঞ্জ থাকা সত্ত্বেও, প্রকৃতপক্ষে, বেশিরভাগ ফ্লোরাইড-পরিবাহী পদার্থ উচ্চ তাপমাত্রায় (160 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত) অপর্যাপ্ত আয়নিক পরিবাহিতা অর্জন করে যা বাণিজ্যিক ব্যবহারের সম্ভাবনাকে সীমাবদ্ধ করে। উপরন্তু, এই উপকরণগুলির কঠোরতা রূপান্তর ক্যাথোডের উচ্চ ভলিউমেট্রিক সম্প্রসারণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়। টাইসোনাইট-ধরনের বিরল-মৃত্তিকা ফ্লোরাইড টাইসোনাইট-ধরনের কাঠামো সহ বিরল-মৃত্তিকা ফ্লোরাইড (আরই1-এক্সএমএক্সএফ3-এক্স যেখানে আরই লা, সিই, এসএম এবং এম-এর মধ্যে একটি বিরল-পৃথিবী, বা, সিএ, বা এসআর-এর মতো একটি দ্বিতীয় গোষ্ঠীর ধাতু) অধ্যয়ন করেছে, কারণ তাদের প্রশস্ত তড়িৎরাসায়নগত স্থিতিশীলতা জানালা, 4 ভি বনাম লি +/লি পর্যন্ত। উদাহরণস্বরূপ, 2017 সালে, এটি সংশ্লেষিত করা হয়েছিল, একটি বল মিলিং কৌশল, বেরিয়াম-ডোপড ল্যান্থানাম ফ্লোরাইড (এলবিএফ) দিয়ে, ঘরের তাপমাত্রায় প্রায় 10-5 এস সেমি-1 এর আয়নিক পরিবাহিতা পৌঁছেছিল তবে এখনও বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ লি-আয়ন ব্যাটারিতে ব্যবহৃত প্রচলিত তরল তড়িৎবিশ্লেষ্যের চেয়ে কম। আয়নিক পরিবাহিতা ক্ষেত্রে অনুরূপ ফলাফল স্ট্রনশিয়াম ফ্লোরাইড বা ক্যালসিয়াম-ডোপড সামারিয়াম ফ্লোরাইডের সাথে সিরিয়াম ফ্লোরাইড ডোপের মাধ্যমে অর্জন করা হয়েছিল। ক্ষারীয়-মৃত্তিকা ফ্লোরাইডগুলি ক্ষারীয়-মৃত্তিকা ফ্লোরাইডগুলির মধ্যে, বেরিয়াম-টিন ফ্লোরাইড (বি. এ. এস. এন. এফ. 4) অনুসন্ধান করেছে কারণ ঘরের তাপমাত্রায় এর তুলনামূলকভাবে উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা, <আই. ডি. 1> এস সেমি-1 ক্রম অনুসারে। আয়নিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি সত্ত্বেও, এস. এন. 2 +-এর নিম্ন তড়িৎরাসাযনিক স্থায়িত্ব উইন্ডো অ্যানোড হিসাবে ধাতু হ্রাস করার ব্যবহারকে বাধা দেয়, সর্বাধিক কোষের সম্ভাব্যতা হ্রাস করে এবং ফলস্বরূপ, শক্তির ঘনত্ব হ্রাস করে। 2019 সালে গবেষকরা একটি বি. এ. এস. এন. এফ4 কঠিন তড়িৎবিশ্লেষ্যের সাথে রিচার্জেবল এফ. বি অর্জন করেন যা বি. এ. এস. এন. এফ4-এর তড়িৎরাসাযনিক স্থায়িত্ব জানালা প্রসারিত করে এল. বি. এফ-এর একটি আন্তঃস্তর দিয়ে আবৃত। আরও দেখুন বাণিজ্যিক ব্যাটারির প্রকারের তুলনা ব্যাটারির প্রকারের তালিকা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি রিচার্জেবল লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারি রেফারেন্স ব্যাটারির প্রকার বাহ্যিক লিঙ্ক