এটি পাংচার, ক্ষুর কাটা এবং পুরো এক মাস ধরে অপব্যবহারের শিকার হলেও বেঁচে আছে — এক ফোঁটাও ঝরেনি।
প্রথম নজরে, এটি সিলিকনের একটি ক্ষীণ প্যাচের মতো দেখায়, যেমনটি আপনি স্টিকার থেকে খুলে ফেলতে পারেন। কিন্তু ভিতরে, এই নরমতার টুকরোটি শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে একটি অগ্রগতি লুকিয়ে রাখে। বেশিরভাগ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বিপরীতে, যা অনমনীয়, দাহ্য এবং ধাতব খোসা দিয়ে শক্ত করে সিল করা হয়, এটি তার মূল দৈর্ঘ্যের ১৩ গুণেরও বেশি প্রসারিত হতে পারে, দুই ভাগে কাটার পরে নিজেকে সুস্থ করে তুলতে পারে এবং এটি মোচড়ানো, ভাঁজ করা এবং ছুরিকাঘাত করা সত্ত্বেও একটি LED আলোকে শক্তি দিতে থাকে। এবং এটি খোলা বাতাসে এই সমস্ত কিছু করে — ফুটো, বিস্ফোরিত বা থামানো ছাড়াই।
বাঁকানোর জন্য তৈরি, বেঁচে থাকার জন্য ডিজাইন করা
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি আধুনিক বিশ্বকে ঘুরিয়ে দেয়। তবে এগুলি ভঙ্গুর এবং সম্ভাব্য বিপজ্জনকও। তাদের জৈব তরল ইলেক্ট্রোলাইট, যা ইলেক্ট্রোডের মধ্যে চার্জ করা লিথিয়াম আয়নগুলিকে স্থানান্তর করে, দাহ্য এবং বিষাক্ত। লিক এবং জলের ক্ষতি এড়াতে, নির্মাতারা এগুলিকে শক্ত, অভেদ্য ধাতুতে আবদ্ধ করে।
ফোন এবং গাড়ির জন্য এটি ঠিক আছে। কিন্তু পরিধেয় ডিভাইস, নরম রোবট এবং ইলেকট্রনিক ত্বকের আসন্ন তরঙ্গের জন্য, নমনীয়তা একটি প্রয়োজনীয়তা এবং শক্ত আবরণ একটি দায়।
বিজ্ঞানীরা জল-ভিত্তিক হাইড্রোজেলগুলিকে নিরাপদ, প্রসারিত ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে ব্যবহার করার চেষ্টা করেছেন। সমস্যা হল যে জল কম ভোল্টেজে ভেঙে যায়, যা এই ধরনের ব্যাটারিগুলি নিরাপদে সরবরাহ করতে পারে এমন শক্তি সীমিত করে। এই সীমা প্রসারিত করার পূর্ববর্তী প্রচেষ্টাগুলি ফ্লোরিনেটেড লিথিয়াম লবণের উপর নির্ভর করেছিল – এগুলি ব্যয়বহুল, পরিবেশগতভাবে স্থায়ী এবং এখনও বিষাক্ত। এবং এটি স্পষ্টতই আপনার ত্বকে বা আপনার শরীরের ভিতরে যাওয়া ডিভাইসগুলির জন্য আদর্শ নয়।
এবার, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা একটি ভিন্ন পথ চেষ্টা করেছেন।
লবণ দিয়ে জেল ওভারলোড করার বা ফ্লোরিনেটেড যৌগের উপর নির্ভর করার পরিবর্তে, দলটি “জল-দুর্লভ জুইটেরিওনিক হাইড্রোজেল” (WZH) নামক একটি ইঞ্জিনিয়ার করেছে। এর ভেতরে, লিথিয়াম আয়নগুলি মুক্ত জলের অণু দ্বারা স্থিতিশীল হয় না, বরং জেলের মেরুদণ্ডের যত্ন সহকারে সুরক্ষিত রসায়ন দ্বারা স্থিতিশীল হয়: কোয়াটারনারি অ্যামোনিয়াম এবং সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপের মিশ্রণ যা লিথিয়াম আয়নগুলিকে আকর্ষণ করে এবং আটকে রাখে এবং জলকে যথেষ্ট শক্তভাবে আবদ্ধ করে যাতে এটি খারাপ আচরণ না করে।
সংক্ষেপে, এটি একটি বিশেষ হাইড্রোজেল যা 3.11 ভোল্ট পর্যন্ত ভোল্টেজ উইন্ডোতে কাজ করে — অনেক বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সাথে মেলে — একটি অনমনীয়, হারমেটিকভাবে সিল করা কেসের প্রয়োজন ছাড়াই। এর জলের পরিমাণ মাত্র 19%, যা এটিকে অবাঞ্ছিত প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করার জন্য যথেষ্ট কম করে, তবে আয়নগুলিকে অবাধে প্রবাহিত রাখার জন্য যথেষ্ট বেশি।
এই উপাদানটি আসলে একটি নতুন ধরণের ইলেক্ট্রোলাইট।
দেখতে যতটা শক্ত
এটি পরীক্ষা করার জন্য, গবেষকরা নমনীয়, তরঙ্গায়িত ইলেক্ট্রোড এবং তাদের WZH হাইড্রোজেল সহ সম্পূর্ণ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করেছিলেন। তারপর তারা সেগুলিকে রিংগারের মধ্য দিয়ে রেখেছিলেন। তারা সেগুলোকে তাদের মূল দৈর্ঘ্যের ৫০% পর্যন্ত মোচড় দিয়ে, বাঁকিয়ে এবং প্রসারিত করে। তারা সেগুলোকে বারবার সূঁচ দিয়ে আঘাত করে এবং অর্ধেক করে কেটে ফেলে। একটি পরীক্ষায়, ব্যাটারিটি পরপর পাঁচবার ছিদ্র করার সময়ও একটি LED জ্বালায়।
প্রতিটি আঘাতের পরে, ব্যাটারিটিকে বিশ্রামের অনুমতি দেওয়া হয়েছিল – অথবা কিছু ক্ষেত্রে, ৭০°C তাপমাত্রায় অল্প সময়ের জন্য উত্তপ্ত করা হয়েছিল। কয়েক মিনিটের মধ্যেই, এটি আবার একসাথে সেলাই হয়ে যায়। কাটা এবং নিরাময়ের দশটি চক্রের ফলে প্রতিরোধের ১০% এরও কম পরিবর্তন ঘটে।
এবং এটি কাজ করতে থাকে। ৫০০ চার্জ চক্রেরও বেশি সময় ধরে, ব্যাটারিটি প্রাপ্ত শক্তির ৯৫ শতাংশ নিঃসরণ করে। এটি অনেক বাণিজ্যিক স্মার্টফোন ব্যাটারির সাথে তুলনীয়, যেগুলি প্রায় ৫০০ চক্রের জন্যও ডিজাইন করা হয়েছে।
এই স্থিতিস্থাপকতা জেলের আণবিক গঠন থেকে আসে। এর মেরুদণ্ডে কেবল আয়ন-ট্র্যাপিং গ্রুপই নয়, হাইড্রোজেন বন্ড দাতা এবং গ্রহণকারীও রয়েছে যা ক্ষতির পরে আবার একত্রিত হয়। এই গতিশীল বন্ধনগুলি উপাদানটিকে পুনরায় একত্রিত হতে দেয়, যেমন জীবন্ত টিস্যু করতে পারে।
তবুও, উন্নতির জন্য জায়গা আছে। ৫০০টি চক্রের পর, প্রোটোটাইপটি তার মূল ক্ষমতার মাত্র ৬০ শতাংশ ধরে রাখতে পেরেছে, যা শিল্পের মান ৮০ শতাংশের চেয়ে কম। এবং এর শক্তি ঘনত্ব বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন কোষের মাত্র এক-দশমাংশ।
কিন্তু গবেষকরা যুক্তি দেন যে এই কম ঘনত্ব কোনও চুক্তি ভঙ্গকারী নয়।
“আপনার স্মার্টওয়াচটি একটি ব্যাটারি দ্বারা চালিত, কিন্তু আজকের এই ঘড়ির ব্যান্ডটি কেবল যান্ত্রিক কাজ সম্পাদন করে,” গবেষণার সিনিয়র লেখক এবং যান্ত্রিক প্রকৌশলের অধ্যাপক লিওয়েই লিন বলেছেন। “আপনি যদি আমাদের ব্যাটারি দিয়ে ব্যান্ডটি প্রতিস্থাপন করতে পারেন, তাহলে আপনার কাজ করার জন্য আরও বেশি এলাকা এবং আরও আয়তন থাকবে। দিনে একবার রিচার্জ করার পরিবর্তে, এটি সম্ভবত এক সপ্তাহের জন্য কাজ করতে পারে।”
ল্যাব থেকে আপনার ত্বকে
পরিধানযোগ্য জিনিসপত্র, যা এখন বিশ্রীভাবে স্থাপন করা ব্যাটারির উপর নির্ভর করে, সম্পূর্ণ নমনীয় হয়ে উঠতে পারে। জীবন্ত প্রাণীর মতো চলাফেরা করার জন্য ডিজাইন করা নরম রোবটগুলি পেশীর মতো কাঠামোতে তাদের নিজস্ব শক্তি বহন করতে পারে। মেডিকেল ইমপ্লান্ট কম আক্রমণাত্মক, আরও অভিযোজিত এবং নিরাপদ হয়ে উঠতে পারে।
এবং তারপরে মানসিক শান্তি আসে।
“বর্তমান সময়ের ব্যাটারিগুলির জন্য একটি কঠোর প্যাকেজ প্রয়োজন কারণ তারা যে ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে তা বিস্ফোরক,” লিন বলেন। “আমরা যা তৈরি করতে চেয়েছিলাম তার মধ্যে একটি ছিল এমন একটি ব্যাটারি যা এই কঠোর প্যাকেজ ছাড়াই পরিচালনা করা নিরাপদ হবে।”
দলের বড় পরিকল্পনা রয়েছে। তারা 3D পোরস ইলেক্ট্রোড এবং নতুন ক্যাথোড উপকরণ ব্যবহার করে ব্যাটারির ক্ষমতা বাড়ানোর উপায়গুলি অন্বেষণ করছে যা জেলের উচ্চ ভোল্টেজ উইন্ডোকে আরও ভালভাবে কাজে লাগাতে পারে। তারা জিঙ্ক বা সালফার-ভিত্তিক ডিজাইন সহ অন্যান্য ব্যাটারি রসায়নে প্রযুক্তি কীভাবে কাজ করতে পারে তাও খতিয়ে দেখছে।
আপাতত, WZH ব্যাটারি ধারণার একটি আকর্ষণীয় প্রমাণ। এটি দেখায় যে একটি নরম, নিরাপদ, প্রসারিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কেবল সম্ভব নয় – এটি বাস্তব বিশ্বের অপব্যবহার থেকে বেঁচে থাকতে পারে এবং কাজ চালিয়ে যেতে পারে।
সায়েন্স অ্যাডভান্সেস জার্নালে এই ফলাফলগুলি রিপোর্ট করা হয়েছে।
সূত্র: ZME বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি / Digpu NewsTex