আজকের সেলফোন, ল্যাপটপ, পোর্টেবল ফ্ল্যাশ লাইট, ইলেকট্রিক কার, রোবট, পকেট ক্যালকুলেটর, হাত ঘড়ি, রেডিও, এমনকি ইলেকট্রিক হুইল চেয়ার — সহ অগুনতি ডিভাইজ কখনোই কাজ করতো না, যদি ব্যাটারি না থাকতো। একবার শুধু কল্পনা করে দেখুন, আপনার চারপাশে কোন ব্যাটারি নেই, দেখবেন টাইম মেশিন ছাড়ায় আপনার কল্পনাতে আপনি আদিমযুগে ফেরত চলে যাবেন! ব্যাটারি সত্যিই এক অসাধারণ জিনিষ, যেটার সাইজ এক আঙ্গুল থেকে শুরু করে বড় ট্র্যাঙ্কের সমান, কিন্তু যখন যেখানে প্রয়োজন আপনাকে সহজেই পোর্টেবল ইলেক্ট্রিসিটি প্রদান করতে সক্ষম। লাখো মডার্ন ইলেকট্রনিক্স, ব্যাটারি ছাড়া কেবল বাচ্চা খেলনার সামগ্রী ছাড়া আর কিছুই না।
যখনই ইলেক্ট্রিসিটি চলে যায়, ব্যাটারি সর্বদা পাওয়ার প্রদান করার জন্য প্রতিজ্ঞাবদ্ধ থাকে। কিন্তু ব্যাটারির সাথে সমস্যা হচ্ছে, বেশিরভাগ ব্যাটারি অনেক দ্রুত শেষ হয়ে যায়, আগের দিনের রেডিও বা ফ্ল্যাশ লাইটের ব্যাটারি গুলোর কথা কল্পনা করুণ, তখন ব্যাটারি শেষে সেগুলোকে ফেলে না দেওয়া ছাড়া কোন উপায় ছিল না। আর এই নিষ্পত্তিযোগ্য ব্যাটারি গুলোতে গোটা পৃথিবী ভড়ে যাচ্ছিল যেগুলো পরিবেশের জন্য মোটেও সুবিধার ছিল না। রিচার্জেবল ব্যাটারি গুলো চলে আসার পরে এই সমস্যার সমাধান হয়ে গেছে, ব্যাটারি ব্যবহার শেষে আর ফেলে দিতে হয় না, বরং রিচার্জ করে আবার কাজে লাগানো যায়। মডার্ন রিচার্জেবল ব্যাটারি এর বেস্ট টেকনোলজির ব্যাটারি হচ্ছে লিথিয়াম আয়ন (lithium ion) এবং বর্তমানে নতুন এসেছে লিথিয়াম পলিমার (Lithium Polymer) টেকনোলজি — যদিও লিথিয়াম পলিমার লেটেস্ট প্রযুক্তি, কিন্তু তারপরেও লিথিয়াম আয়নের এনার্জি ঘনত্ব অনেক বেশি। আপনার মডার্ন সেলফোন, ল্যাপটপ, কম্পিউটার, বা আপনার এমপিথ্রি প্লেয়ার বিশেষ করে লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি প্রযুক্তিতেই চলে।
কিন্তু এই ব্যাটারি প্রযুক্তিতে কি রয়েছে যে, ১৯১২ সালে প্রথম উন্নতি হওয়া এই টেক এখনো এতো জনপ্রিয় এবং কিভাবে আজকের মডার্ন রিচার্জেবল ব্যাটারি গুলো অনেক বেশি ব্যাকআপ দিতে সক্ষম হয়? — এই আর্টিকেলে আমি সমস্ত বিষয়টিকে পরিষ্কার করে লিপিবদ্ধ করেছি।
মডার্ন রিচার্জেবল ব্যাটারি
ভালো করেই জানেন, ব্যাটারি একটি ছোট ধাতব বাক্সের মধ্যে কেমিক্যাল রিয়াকশন চালিয়ে আপনাকে পাওয়ার সাপ্লাই করে। যখন কোন ব্যাটারির দুই প্রান্তে কিছু লাগিয়ে ব্যবহার করা শুরু করা হয়, ব্যাটারির মধ্যে কেমিক্যাল রিয়াকশন শুরু হয়ে যায়। ব্যাটারির মধ্যে এক কেমিক্যালের সাথে আরেক কেমিক্যাল যুক্ত হয়, ভেঙ্গে যায় এবং নতুন কেমিক্যাল তৈরি করে — এভাবে উৎপন্ন হয় পজিটিভ চার্জ যেটাকে আয়ন বলে এবং নেগেটিভ চার্জ যেটাকে ইলেকট্রন বলা হয়। আয়ন সম্পূর্ণ ব্যাটারি জুড়ে দৌড়ে বেড়ায় আর ইলেকট্রন সার্কিট দিয়ে আপনার ডিভাইজে পাওয়ার জোগান দেয়। সাধারণ ব্যাটারিতে রিয়াকশন কেবল একদিকে এবং একইবার হতে পারে, আর এজন্যই সেগুলোকে রিচার্জ করা সম্ভব হতো না।
মডার্ন রিচার্জেবল ব্যাটারি গুলোতে আলাদা রসায়ন ব্যবহার করা হয়েছে, আর সেখানে একসাথে অনেক আলাদা আলাদা রিয়াকশন তৈরি হয়। এই ব্যাটারি গুলোতে দুই টাইপের রিয়াকশন কাজ করে, প্রথমত যখন ব্যাটারি ব্যবহার করা হয়, এটি এক প্রকারের রিয়াকশন চালিয়ে আপনার ডিভাইজকে পাওয়ার সঞ্চার করে, কিন্তু যখন ব্যাটারি ডিসচার্জ হয়ে যায়, তখন উল্টা রিয়াকশন চালিয়ে চার্জার থেকে চার্জ শুষে নিচের মধ্যে এনার্জি নিয়ে নেয়। আপনি যদি রসায়নের ছাত্র হয়ে থাকেন, বিষয়টি অনেক সহজেই বুঝতে পাড়বেন। মডার্ন রিচার্জেবল ব্যাটারি গুলোতে এই উভয় মুখি রিয়াকশন বারবার সম্পূর্ণ হতে পারে, আর এই জন্যই এই ব্যাটারি গুলো বছরের পর বছর ব্যবহার করা সম্ভব হয়।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কিভাবে কাজ করে?
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বর্তমান দিনের জনপ্রিয়তা অকল্পনীয়, প্রায় প্রত্যেকটি পোর্টেবল ইলেকট্রনিক্সে একে কাজে লাগানো হয়। একে তো এই ব্যাটারি টেকনোলজিতে অনেকবেশি এনার্জি ঘনত্ব রয়েছে, মানে আপনাকে অনেক বেশি ব্যাটারি ব্যাকআপ প্রদান করে, দ্বিতীয়ত এর দামও অনেক কম লিথিয়াম পলিমারের তুলনায়। এদের জনপ্রিয়তার আরেকটি বিশাল কারণ হচ্ছে একই সাইজের আলাদা প্রযুক্তির ব্যাটারি থেকে এদের ওজন অনেক কম হয়ে থাকে, ১ কিলোগ্রাম ব্যাটারি মোটামুটি ১৫০ কিলোওয়াট-ঘণ্টা সমান এনার্জি ধারণ করতে পারে। আরেকটি বিশাল সুবিধা হচ্ছে এটি ব্যাটারিকে ফেলে রাখলে মাসে কেবল ৫% এনার্জি লস হয়, যেখানে আলাদা টেকনোলজির ব্যাটারি গুলোতে ২০% পর্যন্ত মাসে এনার্জি লস হতে পারে। এই টাইপের ব্যাটারি রিচার্জ করার পূর্বে সম্পূর্ণ ডিসচার্জ করার কোন প্রয়োজনীয়তা নেই, যেখানে অনেক টাইপের ব্যাটারি রিচার্জ করার পূর্বে সম্পূর্ণ ডিসচার্জ করা প্রয়োজনীয় হয়। আর এই ব্যাটারি শতশত রিচার্জ এবং ডিসচার্জ সাইকেল সমর্থন করে, ফলে আপনি কয়েক বছর পর্যন্ত এই ব্যাটারি কাজে লাগাতে পাড়বেন।
উপরের প্যারাগ্রাফ থেকে নিশ্চয় ধারণা পেয়েছেন, লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি কেন এতো জনপ্রিয়। চলুন, এবার জেনে নেওয়া যাক, এই ব্যাটারির কাজ করার পেছনের প্রযুক্তি। কিভাবে এই ব্যাটারি এতো দক্ষতা দেখাতে সক্ষম হয়? — অনেক টাইপের রিচার্জেবল ব্যাটারির মতোই লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সবচাইতে শক্তিশালী পাওয়ার-জেনারেটর উপাদান সেল (Cell) দ্বারা তৈরি করা হয়। প্রত্যেকটি সেলের মধ্যে তিনটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান থাকেঃ একটি পজিটিভ ইলেক্ট্রোড, একটি নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড, এবং এক ধরণের কেমিক্যাল যাকে ইলেক্ট্রোলাইট (Electrolyte) বলা হয়, এটি এই দুই ইলেক্ট্রোডের মাঝে থাকে। পজিটিভ ইলেক্ট্রোড আসলে ব্যাটারির (+) চিহ্ন যুক্ত টার্মিনাল এবং নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড (-) চিহ্ন যুক্ত টার্মিনাল। পজিটিভ ইলেক্ট্রোডটি একটি যৌগিক কেমিক্যাল লিথিয়াম-কোবাল্ট অক্সাইড (LiCoO2) অথবা, আজকের নতুন ব্যাটারি গুলো লিথিয়াম আইরন ফসফেট (LiFePO4) দ্বারা প্রস্তুত হয়ে থাকে। নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডটি সাধারণত কার্বন (গ্রাফাইট) দ্বারা এবং ইলেক্ট্রোলাইট একেক ব্যাটারিতে একেক টাইপের হতে পারে। তবে এই কিছু তথ্যই ব্যাটারি কিভাবে কাজ করে তা বোঝার জন্য যথেষ্ট।
প্রত্যেক টাইপের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রায় একই ভাবে কাজ করে। যখন ব্যাটারি চার্জ হতে থাকে, লিথিয়াম-কোবাল্ট অক্সাইড থেকে মানে পজিটিভ ইলেক্ট্রোড থেকে লিথিয়াম আয়ন ইলেক্ট্রোলাইট হয়ে নেগেটিভ গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের দিকে চলে যায় এবং সেখানে সঞ্চিত হয়ে থাকে, এভাবেই ব্যাটারি এনার্জি জমা করতে থাকে বলতে পারেন। যখন ব্যাটারি ব্যবহার করা বা ডিসচার্জিং আরম্ভ হয়, লিথিয়াম আয়ন ইলেক্ট্রোলাইট হয়ে আবার পজিটিভ ইলেক্ট্রোডে ফেরত আসে এবং টার্মিনাল দিয়ে বয়ে গিয়ে আপনার ডিভাইজকে পাওয়ার সঞ্চারণ করে। তো বুঝতেই পাচ্ছেন, চার্জিং এবং ডিসচার্জিং উভয় ক্ষেত্রেই ইলেকট্রন গুলো আয়নের উল্টা পথে গমন করে। আয়ন এবং ইলেকট্রনকে অন্তরক ব্যবহার করে আলাদা করা থাকে। ইলেকট্রন কখনোই ইলেক্ট্রোলাইটের মদ্ধদিয়ে গমন করে না। ইলেকট্রন এবং আয়ন উল্টা পথে একে অপরকে অনুসরন করে চলতে থাকে। যদি আয়ন ব্যাটারি ডিসচার্জিং এর ফলে সম্পূর্ণ ভাবে ইলেক্ট্রোলাইটে যাওয়া বন্ধ করে দেয়, অপরদিকে ইলেকট্রনও সার্কিটের মধ্যে চলাচল করা বন্ধ করে দেবে, এর মানে আপনার ব্যাটারির এনার্জি শেষ। ব্যাটারি এক সময় একদম ডিসচার্জ হয়ে যায়, কিন্তু আপনি ডিভাইজ থেকে ব্যাটারি খুলে নেওয়ার পরেও ব্যাটারি নিজে থেকেই অনেক ক্ষুদ্র পরিমানে ডিসচার্জ হতেই থাকে, সেটা আপনি ব্যবহার করুণ আর নাইবা করুণ।
আর হ্যাঁ, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে নিজস্ব ইলেকট্রনিক কন্ট্রোলার থাকে, যেটা চার্জিং এবং ডিসচার্জিং এর উপর নিয়ন্ত্রন করে। এই কন্ট্রোলার সার্কিট বিশেষ করে ওভার-চার্জিং এবং ওভার-হিটিং প্রোটেকশন প্রদান করে থাকে।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কেন বিস্ফোরিত হতে পারে?
আগের পুরাতন ওয়ানটাইম ইউজ ব্যাটারি গুলো থেকে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অনেক দামী হয়ে থাকে, যদিও লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারি থেকে এর দাম কম হয়। যাই হোক, সেক্ষেত্রে আমরা সবসময়ই চাই, এই ব্যাটারি থেকে যেন অনেক বেশি এনার্জি পাওয়া সম্ভব হয় এবং সেটা যাতে কয়েক বছর পর্যন্ত ব্যবহার করতে পারি। লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির গাঠনিক রসায়ন অনুসারে, একে একদম ডিসচার্জ বা সম্পূর্ণ ফুল রিচার্জ করা ঠিক নয়। আংশিক ডিসচার্জের পরে আবার রিচার্জ করে নেওয়া ব্যাটারি স্বাস্থ্য়ের জন্য ভালো। লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিতে যদি ভোল্টেজ লেভেল একটি নির্দিষ্ট পরিমাণের নিচে নেমে যায়, সেক্ষেত্রে ব্যাটারি সম্পূর্ণ ধ্বংস হয়ে যেতে পারে, তাই ০% ডিসচার্জ করা উচিৎ নয়।
উপরের প্যারাগ্রাফে কিছু গুরুত্বপূর্ণ তথ্য শেয়ার করার পরে এবার চলে আসা যাক মূল পয়েন্টে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কেন বিস্ফোরিত হতে পারে? দেখুন, বিস্ফোরণের মূল কারণ হচ্ছে ব্যাটারিতে অত্যাধিক হিট জেনারেট হওয়া। হয়তো আপনি সারারাত ব্যাটারি চার্জে লাগিয়ে রাখেন, যদিও ব্যাটারিতে ওভার-চার্জিং প্রোটেকশন থাকে, কিন্তু তারপরেও এতে হিট জেনারেট করতেই থাকে। যখন ইলেক্ট্রোলাইটকে জ্বালানোর মতো যথেষ্ট উত্তাপ ব্যাটারিতে প্রস্তুত হয়ে যায়, তখন ব্যাটারি বিস্ফোরিত হয়ে যেতে পারে। লিথিয়াম আয়ন বা যেকোনো ব্যাটারিতে পজিটিভ এবং নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডকে আলাদা করে রাখা হয়, হয়তো সেখানে কোন সেপারেটর শিট ব্যবহৃত করা হয়। অত্যন্ত তাপে সেই সেপারেটরে ছেদ হয়ে যায় এবং দুই ইলেক্ট্রোড একে অপরের সংস্পর্শে চলে আসে, ফলে ব্যাটারিতে দ্রুত প্রচণ্ড হিট জেনারেট হতে আরম্ভ করে। আর এই তাপে ইলেক্ট্রোলাইট জ্বলে উঠে এবং আগুনের ফুলকি উৎপন্ন হতে পারে। ব্যাটারির দুই ইলেক্ট্রোড আপনি যদি তারের মাধ্যমে এক করে দেন, তাহলে দেখতে পাবেন অনেক তাপ উৎপন্ন হবে এবং আগুনের ফুলকি জ্বলে উঠে, ঠিক এভাবেই ব্যাটারির মধ্যেও ঘটে আর ব্যাটারি বিস্ফোরিত হতে পারে।
এর পূর্বে আরেকটি বিস্তারিত আর্টিকেল লিখেছিলাম, “লিথিয়াম আয়ন বনাম লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারি” এর উপরে, এই আর্টিকেলটি পড়া শেষে অবশ্যই ঐ আর্টিকেলটি চেক করা গুরুত্বপূর্ণ হবে, এতে অনেক প্রয়োজনীয় তথ্য জানতে পাড়বেন। এই আর্টিকেল থেকে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কিভাবে কাজ করে এবং সুবিধা আর কেনই বা ব্যাটারি বিস্ফোরিত হয়, সকল গুরুত্বপূর্ণ তথ্য গুলো জানতে পারলেন। অবশ্যই এখন আপনি বুঝে গেছেন, কেন লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি এতোবেশি জনপ্রিয়। আশা করছি, আর্টিকেলটি আপনার জানার প্রত্যাশা পূরণ করতে সক্ষম হয়েছে, তারপরেও যদি কোন আলাদা প্রশ্ন থাকে বা যেকোনো মতমত থাকে, আমাকে নিচে কমেন্ট করে জানিয়ে দিতে পারেন।
Images: Shutterstock.com
