Yi Cui অত্যন্ত ছোট কাঠামো বাড়ানোর জন্য ন্যানোসায়েন্সের শক্তিকে কাজে লাগাচ্ছেন- যা পরিচ্ছন্ন শক্তি পরিবর্তনে একটি বিশাল ভূমিকা পালন করে
একটি পিগমি মাউস লেমুর এবং একটি গরিলার মধ্যে একটি রেসলিং ম্যাচে, অন্তর্দৃষ্টি পরামর্শ দেয় যে বড় প্রাইমেট জিতবে। 1956 সালের উপন্যাসের মতো কাজগুলিতে চিত্রিত বিজ্ঞান কল্পকাহিনীতেও শক্তির সমান এই ধারণাটি অনুরণন খুঁজে পায় সঙ্কুচিত মানুষ এবং 1989 চলচ্চিত্র মধু, আমি বাচ্চাদের সঙ্কুচিত, উভয়ই অন্বেষণ করছে যে পৃথিবী কতটা ভয়ঙ্কর হবে যদি মানুষ হঠাৎ পিঁপড়ার চেয়ে ছোট হয়।
ন্যানোসায়েন্স এই কনভেনশনটিকে তার মাথায় ঘুরিয়ে দেয়: উপকরণগুলি ন্যানোস্কেলে আকারে হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে তারা আসলে বর্ধিত শক্তি প্রদর্শন করতে পারে। এক ন্যানোমিটার কত বড়? এক মিটারের এক বিলিয়ন ভাগ বা মোটামুটি এক সেকেন্ডে আপনার আঙ্গুলের নখ বাড়তে থাকে। কাগজের একটি একক শীটের পুরুত্ব একটি বিস্ময়কর 100,000 ন্যানোমিটার পরিমাপ করে।
ই কুই, ফরটিনেট ফাউন্ডারস অফ ম্যাটেরিয়াল সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং প্রফেসর, ন্যানোসায়েন্সের ক্লিন এনার্জি ট্রানজিশনের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক: ব্যাটারি স্টোরেজকে বিপ্লব করার সম্ভাবনা আনলক করার জন্য প্রায় দুই দশক উৎসর্গ করেছেন।
যদিও লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি সাধারণত পোর্টেবল ডিভাইসগুলির সাথে সম্পর্কিত - সেল ফোন, পেসমেকার - ডিকার্বনাইজেশনের বিশ্বে শক্তি-ঘন ব্যাটারির চাহিদা বাড়ছে৷ বৈদ্যুতিক গাড়ি এবং প্লেনে রূপান্তর, জীবাশ্ম জ্বালানী নির্ভরতা হ্রাস করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ, শক্তিশালী ব্যাটারি বিকাশের উপর নির্ভর করে। এবং যেহেতু আরও বেশি পরিবার এবং ব্যবসা সৌর শক্তি গ্রহণ করে, রাতারাতি বা প্রতিকূল আবহাওয়ার সময় ব্যবহারের জন্য অতিরিক্ত শক্তি সঞ্চয় করতে সক্ষম বড়, শক্তি-ঘন ব্যাটারির জন্য একটি ক্রমবর্ধমান প্রয়োজন রয়েছে।
জ্বালানী কোষের বিপরীতে - ক্লিন এনার্জি ট্রানজিশনে আরেকটি অগ্রগামী - ব্যাটারি বিদ্যমান বিদ্যুৎ পরিকাঠামোর সুবিধা প্রদান করে। কিন্তু তারা চ্যালেঞ্জও উপস্থাপন করে, যেমন নিরাপত্তা এবং খরচ। যেকোন কার্যকর ব্যাটারি সলিউশনকে অবশ্যই সমস্ত সম্ভাব্য তাপমাত্রার অবস্থা সহ্য করতে হবে এবং ব্যাপকভাবে গ্রহণের জন্য যথেষ্ট সস্তা হতে হবে।
ন্যানোসায়েন্সে প্রবেশ করুন। পদার্থের ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি ন্যানোস্কেলে নাটকীয়ভাবে পরিবর্তিত হতে পারে, যা আংশিকভাবে কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং একটি বৃহত্তর পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল থেকে আয়তনের অনুপাত দ্বারা চালিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, যখন ম্যাক্রোস্কেলে কার্বন গঠন করতে পারে, বলুন, আপনার পেন্সিলের স্ন্যাপযোগ্য গ্রাফাইট, ন্যানোস্কেলে কার্বন ইস্পাতের চেয়ে শক্তিশালী। একইভাবে, অ্যালুমিনিয়াম, যা প্রচুর পরিমাণে স্থিতিশীল, ন্যানোস্কেলে দাহ্য হয়ে ওঠে। ই কুইয়ের জন্য, ন্যানোস্কেলে এই ধরনের আমূল পরিবর্তনগুলি ব্যাটারি প্রযুক্তিতে যুগান্তকারী উদ্ভাবনের পথ খুলে দেয়।
বেশিরভাগ ব্যাটারিতে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক চার্জযুক্ত কন্ডাক্টর থাকে - যথাক্রমে একটি অ্যানোড এবং ক্যাথোড - একটি ইলেক্ট্রোলাইটে স্থগিত থাকে। আয়নগুলি অ্যানোড এবং ক্যাথোডের মধ্যে চলে যাওয়ার সাথে সাথে শক্তি নির্গত হয়, শক্তি উৎপন্ন হয়।
সিলিকন দীর্ঘকাল ধরে একটি সম্ভাব্য অ্যানোড হিসাবে আকর্ষণীয় কারণ এটির শক্তির ঘনত্ব বেশি এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে প্রধানত ব্যবহৃত গ্রাফাইট অ্যানোডগুলির তুলনায় এটির দাম অনেক কম। যাইহোক, লিথিয়াম ঢোকানো এবং নিষ্কাশন করা হলে সিলিকনের আয়তন 400 শতাংশ বৃদ্ধি পায়, ব্যাটারি ধ্বংস করে।
কুই এর সৃজনশীল সমাধান? উপকরণ ছোট করা। তিনি সিলিকন ন্যানোয়ার বাড়ানোর জন্য একটি বাষ্প-তরল-সলিড (VLS) প্রক্রিয়া ব্যবহার করেছিলেন, যার মধ্যে 400-500 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ধাতব ন্যানো পার্টিকেল অনুঘটককে সিলিকন গ্যাসে উন্মুক্ত করা, তরল ফোঁটা তৈরি না হওয়া পর্যন্ত সিলিকনকে ন্যানো পার্টিকেলে দ্রবীভূত করা।
"আপনি এই ফোঁটাতে সিলিকন পরমাণু যোগ করতে থাকুন, এবং এটি একটি কঠিন সিলিকন ন্যানোয়ার আকারে অতি-স্যাচুরেট এবং অবক্ষয় করবে," কুই বলেছেন। "এই তারগুলি তৈরি করার জন্য এটি একটি সত্যিই সুন্দর, মার্জিত প্রক্রিয়া।"
এই নতুন সিলিকন ন্যানোয়ার ইলেক্ট্রোডগুলি প্রচুর পরিমাণে সিলিকনে ঘটে যাওয়া দ্রুত ক্ষয় ছাড়াই উল্লেখযোগ্য স্ট্রেন নিতে পারে, যা চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের অনেক চক্রের জন্য অনুমতি দেয়। যেহেতু সিলিকন একটি অ্যানোড হিসাবে গ্রাফাইটের চেয়ে 10 গুণ বেশি লিথিয়াম সঞ্চয় করে, এটি একটি পূর্ণ আকারের ব্যাটারিতে প্রায় দ্বিগুণ শক্তির জন্য অনুমতি দেয়।
কুই 2008 সালে একটি ল্যান্ডমার্ক পেপারে এই ফলাফলগুলি প্রকাশ করেছিল। একটি বিশুদ্ধ সিলিকন অ্যানোড দিয়ে একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করা সম্ভব ছিল দেখানোর পাশাপাশি, কাগজটি শক্তি সঞ্চয়ের জন্য ন্যানোসায়েন্সের ক্ষেত্রে কার্যকরভাবে অগ্রগামী হয়েছিল।
শক্তি সঞ্চয়ের "পবিত্র গ্রেইল" তাড়া করা
কুইয়ের মতে, লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলি ব্যাটারি গবেষণার "পবিত্র গ্রেইল"। তারা ব্যাটারি 500 কনসোর্টিয়ামের প্রাথমিক ফোকাস, জাতীয় ল্যাব, একাডেমিয়া এবং শিল্পের গবেষকদের একটি গ্রুপ যার লক্ষ্য ব্যাটারির শক্তি বৃদ্ধি করা, আরও চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের অনুমতি দেওয়া এবং ব্যাটারির খরচ কমানো—সবই বিভাগ অর্জনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ কার্বন-নিরপেক্ষ শক্তি এবং বিদ্যুতায়নের জন্য শক্তির লক্ষ্য। ব্যাটারি 500-এর সহ-পরিচালক কুই বলেছেন, লিথিয়াম ধাতু একটি সিলিকন অ্যানোড সহ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে আরও বেশি ক্ষমতা সরবরাহ করে।
কুই একটি ইমেজিং টুলের সন্ধানে বছরের পর বছর কাটিয়েছেন যা লিথিয়াম ধাতু এবং অন্যান্য ব্যাটারি সামগ্রীর অন্তর্দৃষ্টি দিতে পারে। যেহেতু ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ থেকে ইলেক্ট্রন বিম লিথিয়াম ধাতুকে ধ্বংস করে, তাই পারমাণবিক স্কেলে মূল বৈশিষ্ট্যগুলি পর্যবেক্ষণ করা অসম্ভব ছিল। বিশেষ করে, কুই লিথিয়াম ধাতুর কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেজ পরীক্ষা করতে চেয়েছিলেন - উপাদানের একটি স্তর যা অ্যানোড এবং তরল ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে গঠন করে।
যখন তিনি বার্কলেতে একজন পোস্টডক্টরাল পণ্ডিত ছিলেন, তখন কুই ক্রাইও-ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (ক্রাইও-ইএম) সম্পর্কে শিখেছিলেন, যা প্রোটিনের মতো জৈব অণুগুলি অধ্যয়ন করার জন্য কাঠামোগত জীববিজ্ঞানীদের দ্বারা তৈরি একটি প্রযুক্তি, কিন্তু স্থানিক রেজোলিউশন লিথিয়াম ধাতুর তদন্তের জন্য যা প্রয়োজন ছিল তার থেকে অনেক দূরে ছিল। দশ বছর পরে, তিনি বুঝতে পেরেছিলেন যে ক্রাইও-ইএম প্রযুক্তির অগ্রগতি সম্ভাব্যভাবে ব্যাটারি গবেষণায় বিপ্লব ঘটাতে পারে।
কুই এর বাইরের-দ্যা-বক্স এবং শৃঙ্খলার বাইরের পন্থা বিবেচনা করতে ইচ্ছুক। লিথিয়াম ধাতুকে চিত্রিত করার জন্য একটি ক্রায়ো-ইএম কৌশল বিকাশ করতে তার ল্যাবটি মাত্র চার মাস সময় নিয়েছে। তরল নাইট্রোজেনের তাপমাত্রায় উপাদানটিকে শীতল করার মাধ্যমে, কুই পারমাণবিক স্কেলে লিথিয়াম ধাতু এবং এর কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেসের প্রথম চিত্রগুলি ক্যাপচার করতে সক্ষম হয়েছিল। এই উচ্চ-রেজোলিউশন ইমেজিং লিথিয়াম ডেনড্রাইটের প্রকৃতির উপর আলোকপাত করে, যা লিথিয়াম ধাতব ব্যাটারিগুলিকে শর্ট সার্কিট করে, এমনকি কুইকে পরমাণুর মধ্যে দূরত্ব পরিমাপ করতে দেয় (ন্যানোমিটারের সপ্তমাংশ)।
"শুরুতে কেউ বিশ্বাস করতে পারেনি!" কুই হাসে, মনে করে পিয়ার রিভিউয়ারদের বোঝানো কতটা কঠিন ছিল বিজ্ঞান যে এই সত্যিই লিথিয়াম ধাতু ছবি ছিল.
“যখন আমি সমাধান খুঁজে পাচ্ছি না, তখন আমি সমস্যাটিকে সেখানেই আটকে রাখি। তারপর, আমি এক সপ্তাহ বা মাস পরে এটি সম্পর্কে আবার ভাবব। এবং এটি কয়েক দশক ধরে চলতে পারে, "কুই বলেছেন। "কিন্তু আমার কাছে একটি উদাহরণ আছে যেখানে, এক দশক পরে, আমি অবশেষে এটি খুঁজে পেয়েছি।"
"
যখন আমি সমাধান খুঁজে পাচ্ছি না, আমি শুধু সমস্যাটি সেখানেই আটকে রাখি।
তারপর, আমি এক সপ্তাহ বা মাস পরে এটি সম্পর্কে আবার ভাবব। এবং এটি কয়েক দশক ধরে চলতে পারে। কিন্তু আমার কাছে একটি উদাহরণ আছে যেখানে, এক দশক পরে, আমি অবশেষে এটি খুঁজে বের করেছি।"
ই কুই
কুইয়ের ল্যাবে একটি ব্যাটারি প্রোটোটাইপ।
সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং সমস্যাগুলির সাথে, কুই অধ্যবসায় করতে ইচ্ছুক এবং এমনকি এটি করা উপভোগ করে - জলবায়ু পরিবর্তনের মোকাবিলা করা একজন বিজ্ঞানীর জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ গুণ।
"অবশ্যই, অনেক লোক ভীত বোধ করে কারণ সমস্যাটি এত বড় যে তারা উদ্বিগ্ন যে কোন সমাধান নেই, এবং তারা হতাশাবাদী হয়ে ওঠে," তিনি প্রতিফলিত করেন। "আমি আশাবাদী কারণ আমি বিশ্বাস করি আমরা সমাধানগুলি খুঁজে পেতে সক্ষম হব।"
জীবন টিকিয়ে রাখা + ত্বরান্বিত সমাধান
জীবন টিকিয়ে রাখা + ত্বরান্বিত সমাধান: প্রভাব
কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ
উচ্চ শক্তির ঘনত্ব সহ নিরাপদ, সস্তা ব্যাটারিগুলি পরিষ্কার শক্তিতে রূপান্তর করার জন্য অপরিহার্য। কুই এর গবেষণা বায়ু এবং সৌর শক্তি সঞ্চয় করে, জীবাশ্ম জ্বালানীর উপর নির্ভরতা হ্রাস করে এবং প্রধান টেকসই লক্ষ্য পূরণ করে জলবায়ু পরিবর্তনের সাথে লড়াই করতে সহায়তা করতে পারে।
এরপর কি
তার ল্যাবের চলমান গবেষণার পাশাপাশি, কুই স্ট্যানফোর্ডের সাসটেইনেবিলিটি অ্যাক্সিলারেটরের নতুন পরিচালক হিসাবে একজন উদ্যোক্তা হিসেবে তার অভিজ্ঞতার ব্যবহার করবেন, যার লক্ষ্য প্রযুক্তি এবং নীতি সমাধানের অনুবাদকে বাস্তব জগতে নিয়ে যাওয়া।
কেন স্ট্যানফোর্ড
কুই বার্কলেতে তার পোস্টডক্টরাল ফেলোশিপ শেষ করার আগে, তিনি প্রায় এক ডজন চাকরির অফার পেয়েছিলেন। তবুও, তিনি জানতেন যে তিনি ক্যাম্পাসে তার প্রথম সাক্ষাত্কারের পরে স্ট্যানফোর্ডে যেতে চান। তিনি স্কুলের অনন্য, সহযোগিতামূলক পরিবেশ এবং শিল্পের সাথে এর অত্যাবশ্যক সম্পর্ককে স্বীকৃতি দিয়েছিলেন।
- এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
- PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
- প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
- প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
- প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
- উত্স: https://genesisnanotech.wordpress.com/2024/03/26/stanford-universitys-battery-super-power/
