বর্তমান যুগে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রযুক্তি আধুনিক ডিভাইসের শক্তির মূল উৎস। কিন্তু এর সাথেই যুক্ত রয়েছে কিছু নিরাপত্তাজনিত সমস্যা, যেমন ব্যাটারি বিস্ফোরণ এবং ক্ষতিকর পদার্থ নির্গমনের ঝুঁকি। কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা এই সমস্যার সমাধানে একটি নতুন উদ্ভাবন করেছেন। তারা একটি নতুন ধরণের ছিদ্রযুক্ত স্ফটিক তৈরি করেছেন, যা লিথিয়াম-আয়নের গতিশীলতা এবং নিরাপত্তা বৃদ্ধি করতে সক্ষম। এই উদ্ভাবন শক্তি সংরক্ষণ ও স্থায়িত্বের ক্ষেত্রে নতুন দিগন্তের সূচনা করতে পারে।
এই গবেষণা প্রক্রিয়ায় বিজ্ঞানীরা দুটি অনন্য আণবিক গঠন—ম্যাক্রোসাইকেল এবং আণবিক কেজ—একত্রিত করেছেন, যা ব্যাটারির ভিতরে আয়ন পরিবহণের ক্ষমতা বাড়ায়। এই স্ফটিকের মধ্যে রয়েছে এক-মাত্রিক ন্যানো চ্যানেল যা আয়ন চলাচলকে সহজ করে। এটি কেবল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিরাপত্তা বৃদ্ধি করে না, বরং এর পরিবাহিতা বা আয়ন চলাচলের সক্ষমতাও বাড়ায়। এই গবেষণার ফলাফল শক্তিশালী এবং নিরাপদ শক্তি সঞ্চয়ণ প্রযুক্তির দিগন্ত উন্মোচনে সহায়ক হবে।
আরও পড়ুনঃ ওজনহীন ব্যাটারি প্রযুক্তি উদ্ভাবন যা ইলেকট্রিক যানবাহনের রেঞ্জ বাড়াবে ৭০% পর্যন্ত
নতুন ছিদ্রযুক্ত স্ফটিকের গঠন
কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষক দলটি একটি নতুন ধরণের ছিদ্রযুক্ত স্ফটিক তৈরি করেছে যা লিথিয়াম-আয়ন পরিবহণে কার্যকর ভূমিকা রাখতে পারে। এই স্ফটিকের মধ্যে রয়েছে এক-মাত্রিক ন্যানো চ্যানেল যা লিথিয়াম আয়নের মসৃণ চলাচল নিশ্চিত করে। এখানে উল্লেখযোগ্য বিষয় হচ্ছে, এই ন্যানো চ্যানেলগুলো এমনভাবে তৈরি করা হয়েছে যাতে লিথিয়াম আয়নের সাথে স্ফটিকের অন্য কোনো অংশের প্রভাবিত হওয়ার সুযোগ না থাকে।
সাধারণত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে আয়নগুলি তরল ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে চলে, যা ব্যাটারির অ্যানোড এবং ক্যাথোডের মধ্যে স্পাইকির মত ডেনড্রাইট গঠন করতে পারে। এই ডেনড্রাইটগুলো ব্যাটারি শর্ট সার্কিটের কারণ হতে পারে, যা ব্যাটারির বিস্ফোরণের ঝুঁকি বাড়ায়। তবে কর্নেলের এই নতুন স্ফটিকের মাধ্যমে আয়নের চলাচল খুব মসৃণভাবে হয় এবং এর ফলে ব্যাটারির বিস্ফোরণের ঝুঁকি কমে যায়।
আণবিক গঠনের অভিনবতা
এই স্ফটিকের গঠনে দুটি গুরুত্বপূর্ণ আণবিক গঠন ব্যবহৃত হয়েছে—ম্যাক্রোসাইকেল এবং আণবিক কেজ। ম্যাক্রোসাইকেল হলো এমন এক ধরণের আণবিক রিং, যার মধ্যে ১২ বা তার বেশি পরমাণু থাকে। অন্যদিকে, আণবিক কেজ হলো বহু রিংযুক্ত যৌগ যা আকারে অনেকটা খাঁচার মতো। এই দুটি আণবিক গঠনের অনন্য আকৃতি এবং বৈশিষ্ট্যের কারণে স্ফটিকের মধ্যে আয়নের চলাচল সহজ হয়।
গবেষকরা এই দুটি গঠনকে একত্রিত করে একটি নতুন ছিদ্রযুক্ত স্ফটিক তৈরি করেছেন, যেখানে ম্যাক্রোসাইকেলগুলো আণবিক কেজের চারপাশে যুক্ত থাকে। এর ফলে এই স্ফটিকের ভেতরে আয়ন সংরক্ষণের জন্য পর্যাপ্ত স্থান এবং তাদের চলাচলের জন্য আন্তঃসংযুক্ত চ্যানেল তৈরি হয়। এটি আয়ন পরিবাহিতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে দেয়।
রেকর্ড উচ্চ আয়ন পরিবাহিতা অর্জন
এই নতুন ছিদ্রযুক্ত স্ফটিকের মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা ৮.৩ × ১০⁻⁴ সিমেন্স প্রতি সেন্টিমিটার আয়ন পরিবাহিতা অর্জন করতে সক্ষম হয়েছেন, যা এ ধরণের স্ফটিকের মধ্যে একটি রেকর্ড। এই পরিবাহিতার জন্য মূলত স্ফটিকের এক-মাত্রিক চ্যানেল এবং সঠিক আণবিক গঠন দায়ী।
এই গবেষণার প্রধান অধ্যাপক ইউ ঝং বলেন, এই স্ফটিকের গঠন এমনভাবে তৈরি করা হয়েছে যাতে আয়ন চলাচল করতে পারা সবচেয়ে সহজ হয় এবং এতে প্রতিরোধও কম থাকে। গবেষক দলটি এই স্ফটিকের গঠনের আরও বিশদ বিশ্লেষণের জন্য জুডি চা এবং জিংজি ইয়াও এর মতো বিশেষজ্ঞদের সাথে কাজ করেছে। তারা স্ক্যানিং ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে এই স্ফটিকের গঠন বিশ্লেষণ করেন এবং আণবিক এবং আয়নের মধ্যে পারস্পরিক ক্রিয়ার তথ্য সংগ্রহ করেন।
স্ফটিকের ভবিষ্যৎ প্রয়োগসমূহ
এই নতুন ছিদ্রযুক্ত স্ফটিক কেবলমাত্র লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি নয়, আরও অনেক প্রয়োগে ব্যবহৃত হতে পারে। যেমন, এটি পানি শোধনের জন্য আয়ন এবং আণবিক পৃথকীকরণের কাজে ব্যবহার করা যেতে পারে। এছাড়াও, এটি মিশ্র আয়ন-ইলেকট্রন পরিবাহিতা সম্পন্ন জৈব ইলেকট্রনিক সার্কিট এবং সেন্সরের ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা যেতে পারে।
আরও পড়ুনঃ থ্রিডি স্মার্ট এনার্জি ডিভাইস তৈরি করেছে কোরিয়ার একদল ইঞ্জিনিয়ার
গবেষক ঝং উল্লেখ করেন, এই নতুন ধরনের ম্যাক্রোসাইকেল-কেজ গঠনের মাধ্যমে আমরা নতুন ন্যানোপোরাস উপকরণ তৈরি করতে পারি, যা বিভিন্ন ধরণের প্রয়োগে ব্যবহৃত হতে পারে। এর মধ্যে লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহিতা ছাড়াও অন্য অনেক সম্ভাব্য প্রয়োগ রয়েছে যা এখনও পুরোপুরি অন্বেষণ করা হয়নি।
এই গবেষণায় কর্নেল ইঞ্জিনিয়ারিং এবং এর সাথে যুক্ত বিভিন্ন গবেষণা কেন্দ্র থেকে সহায়তা পাওয়া গেছে। এছাড়াও, গবেষণাটি কর্নেল সেন্টার ফর ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চ এবং কলাম্বিয়া ইউনিভার্সিটি ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চ সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং সেন্টারের সহায়তায় সম্পন্ন করা হয়েছে। এই কেন্দ্রগুলো ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশনের ম্যাটেরিয়ালস রিসার্চ সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং সেন্টার প্রোগ্রামের মাধ্যমে অর্থায়িত হয়েছে।
নিরাপদ শক্তি সংরক্ষণ প্রযুক্তি
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বর্তমানে আমাদের প্রতিদিনের জীবনের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ, কারণ এটি আমাদের মোবাইল ডিভাইস, ল্যাপটপ এবং অন্যান্য প্রযুক্তি পণ্যের শক্তির উৎস। কিন্তু ব্যাটারির নিরাপত্তা এবং স্থায়িত্ব নিয়ে অনেক প্রশ্ন রয়েই গেছে। কর্নেলের বিজ্ঞানীদের এই নতুন ছিদ্রযুক্ত স্ফটিকের উদ্ভাবন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিরাপত্তা বৃদ্ধি করবে এবং তাদের শক্তি সংরক্ষণের দক্ষতাও বাড়াবে। এই স্ফটিকের মাধ্যমে তৈরি করা ব্যাটারি শুধু নিরাপদই নয়, বরং এর কার্যক্ষমতাও বর্তমানের ব্যাটারিগুলোর তুলনায় অনেক উন্নত হবে।
গবেষকরা আশা করছেন যে ভবিষ্যতে এই ধরনের নতুন উপকরণ ব্যবহার করে আরও উন্নত এবং নিরাপদ শক্তি সংরক্ষণ প্রযুক্তি তৈরি করা সম্ভব হবে। তারা বর্তমানে বিভিন্ন ধরনের আণবিক গঠনের গবেষণা করছেন এবং নতুন নতুন উপকরণ তৈরি করছেন যা ভবিষ্যতের শক্তি সংরক্ষণ ও টেকসই প্রযুক্তিতে উল্লেখযোগ্য ভূমিকা রাখতে পারবে।
এই গবেষণাটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভবিষ্যৎ প্রযুক্তির জন্য নতুন সম্ভাবনার দরজা খুলে দিয়েছে। এটি কেবল শক্তি সংরক্ষণ এবং নিরাপত্তার উন্নয়ন নয়, বরং টেকসই এবং পরিবেশ-বান্ধব শক্তি ব্যবহারের দিকেও একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।
