রিচার্জেবল ব্যাটারির দীর্ঘস্থায়িত্বের রহস্য হয়তো ভিন্নতাকে গ্রহণ করার মধ্যেই নিহিত রয়েছে। একটি প্যাকের মধ্যে থাকা লিথিয়াম-আয়ন সেলগুলো কীভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, তার নতুন মডেলিং প্রতিটি সেলের ধারণক্ষমতা অনুযায়ী চার্জিং ব্যবস্থা সাজানোর একটি উপায় দেখাচ্ছে, যার ফলে ইভি ব্যাটারিগুলো আরও বেশি চার্জ সাইকেল সামলাতে পারবে এবং বিকল হওয়া ঠেকিয়ে রাখতে পারবে।

গবেষণাটি, যা ৫ই নভেম্বর প্রকাশিত হয়েছিলIEEE ট্রানজ্যাকশনস অন কন্ট্রোল সিস্টেমস টেকনোলজিএটি দেখায় যে, একটি প্যাকের প্রতিটি কোষে সমানভাবে চার্জ সরবরাহ করার পরিবর্তে, সেগুলিতে প্রবাহিত বৈদ্যুতিক প্রবাহের পরিমাণ সক্রিয়ভাবে নিয়ন্ত্রণ করার মাধ্যমে কীভাবে ক্ষয়ক্ষতি কমানো যায়। এই পদ্ধতিটি কার্যকরভাবে প্রতিটি কোষকে তার সর্বোত্তম – এবং দীর্ঘতম – জীবনকাল পেতে সাহায্য করে।

স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক এবং এই গবেষণার প্রধান লেখক সিমোনা ওনোরির মতে, প্রাথমিক সিমুলেশন থেকে জানা যায় যে, নতুন প্রযুক্তিতে পরিচালিত ব্যাটারিগুলো ঘন ঘন ফাস্ট চার্জিংয়ের পরেও অন্তত ২০% বেশি চার্জ-ডিসচার্জ চক্র সামলাতে পারবে, যা ব্যাটারির উপর অতিরিক্ত চাপ সৃষ্টি করে।

বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারির আয়ু বাড়ানোর জন্য পূর্ববর্তী বেশিরভাগ প্রচেষ্টা একক সেলের নকশা, উপকরণ এবং উৎপাদন পদ্ধতির উন্নতির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। এর মূল ধারণাটি ছিল এই যে, একটি শৃঙ্খলের সংযোগের মতোই, একটি ব্যাটারি প্যাক তার দুর্বলতম সেলটির মতোই ভালো। নতুন গবেষণাটি এই উপলব্ধি দিয়ে শুরু হয়েছে যে, যদিও দুর্বল সংযোগ অনিবার্য—উৎপাদনগত ত্রুটির কারণে এবং তাপের মতো চাপের সংস্পর্শে এসে কিছু সেল অন্যদের চেয়ে দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হওয়ার কারণে—সেগুলো পুরো প্যাকটিকে অচল করে দেবে এমনটা নয়। মূল চাবিকাঠি হলো ব্যর্থতা এড়ানোর জন্য প্রতিটি সেলের স্বতন্ত্র ধারণক্ষমতা অনুযায়ী চার্জিংয়ের হারকে নির্দিষ্ট করা।

“সঠিকভাবে মোকাবেলা না করা হলে, সেল-টু-সেল অসমসত্ত্বতা একটি ব্যাটারি প্যাকের দীর্ঘস্থায়িত্ব, স্বাস্থ্য এবং নিরাপত্তাকে ঝুঁকির মধ্যে ফেলতে পারে এবং এর ফলে প্যাকটি সময়ের আগেই বিকল হয়ে যেতে পারে,” বলেছেন ওনোরি, যিনি স্ট্যানফোর্ড ডোর স্কুল অফ সাসটেইনেবিলিটির এনার্জি সায়েন্স ইঞ্জিনিয়ারিং-এর একজন সহকারী অধ্যাপক। “আমাদের পদ্ধতিটি প্যাকের প্রতিটি সেলের শক্তিকে সমান করে, সমস্ত সেলকে একটি ভারসাম্যপূর্ণ উপায়ে চূড়ান্ত লক্ষ্যমাত্রার চার্জ অবস্থায় নিয়ে আসে এবং প্যাকটির দীর্ঘস্থায়িত্ব বৃদ্ধি করে।”

দশ লক্ষ মাইল চলার মতো ব্যাটারি তৈরির অনুপ্রেরণা

এই নতুন গবেষণার প্রেরণার একটি অংশ এসেছে বৈদ্যুতিক গাড়ি নির্মাতা প্রতিষ্ঠান টেসলার ২০২০ সালের একটি ঘোষণা থেকে, যেখানে তারা ‘মিলিয়ন-মাইল ব্যাটারি’ নিয়ে কাজ করার কথা জানায়। এটি এমন একটি ব্যাটারি হবে যা (নিয়মিত চার্জ দিলে) একটি গাড়িকে ১০ লক্ষ মাইল বা তারও বেশি পথ চলতে সক্ষম হবে। এরপর এক পর্যায়ে, পুরনো ফোন বা ল্যাপটপের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির মতো, বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারিতে চার্জ এতটাই কমে যাবে যে তা আর কার্যকর থাকবে না।

এই ধরনের একটি ব্যাটারি গাড়ি প্রস্তুতকারকদের বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারির জন্য প্রচলিত আট বছর বা এক লক্ষ মাইলের ওয়ারেন্টিকে ছাড়িয়ে যাবে। যদিও ব্যাটারি প্যাকগুলো সাধারণত ওয়ারেন্টির মেয়াদ শেষ হওয়ার পরেও টেকে, তবুও যদি ব্যয়বহুল ব্যাটারি প্যাক প্রতিস্থাপন আরও বিরল হয়ে ওঠে, তবে বৈদ্যুতিক গাড়ির প্রতি গ্রাহকদের আস্থা আরও বাড়তে পারে। যে ব্যাটারি হাজার হাজার বার রিচার্জ করার পরেও চার্জ ধরে রাখতে পারে, তা দূরপাল্লার ট্রাকের বিদ্যুতায়নের পথও সুগম করতে পারে এবং তথাকথিত ‘ভেহিকেল-টু-গ্রিড’ সিস্টেম গ্রহণে সহায়তা করতে পারে, যেখানে বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারিগুলো নবায়নযোগ্য শক্তি সঞ্চয় করে পাওয়ার গ্রিডে সরবরাহ করবে।

ওনোরি বলেন, “পরবর্তীতে ব্যাখ্যা করা হয়েছিল যে মিলিয়ন-মাইল ব্যাটারির ধারণাটি আসলে কোনো নতুন রসায়ন ছিল না, বরং এটি ছিল ব্যাটারিকে তার সম্পূর্ণ চার্জ ব্যবহার না করিয়েই পরিচালনা করার একটি উপায় মাত্র।” এ সম্পর্কিত গবেষণা একক লিথিয়াম-আয়ন সেলকে কেন্দ্র করে পরিচালিত হয়েছে, যেগুলো সাধারণত সম্পূর্ণ চার্জ থাকা ব্যাটারি প্যাকের মতো দ্রুত চার্জ ধারণ ক্ষমতা হারায় না।

কৌতূহলী হয়ে ওনোরি এবং তার ল্যাবের দুই গবেষক—পোস্টডক্টরাল স্কলার ভাহিদ আজিমী ও পিএইচডি শিক্ষার্থী অনিরুদ্ধ আল্লাম—এই বিষয়টি খতিয়ে দেখার সিদ্ধান্ত নেন যে, বিদ্যমান বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারির উদ্ভাবনী ব্যবস্থাপনার মাধ্যমে কীভাবে শত শত বা হাজার হাজার সেলযুক্ত একটি সম্পূর্ণ ব্যাটারি প্যাকের কর্মক্ষমতা ও কার্যকাল উন্নত করা যায়।

একটি উচ্চ মানের ব্যাটারি মডেল

প্রথম পদক্ষেপ হিসেবে, গবেষকরা ব্যাটারির আচরণের একটি অত্যন্ত নির্ভুল কম্পিউটার মডেল তৈরি করেন, যা একটি ব্যাটারির কার্যকাল জুড়ে এর অভ্যন্তরে সংঘটিত ভৌত ও রাসায়নিক পরিবর্তনগুলোকে সঠিকভাবে উপস্থাপন করে। এই পরিবর্তনগুলোর কিছু ঘটে কয়েক সেকেন্ড বা মিনিটের মধ্যে – আবার কিছু ঘটতে সময় লাগে কয়েক মাস বা এমনকি বছরও।

“আমাদের জানামতে, আমরা যে ধরনের উচ্চ-নির্ভরযোগ্য ও বহু-সময়সীমার ব্যাটারি মডেল তৈরি করেছি, তা পূর্ববর্তী কোনো গবেষণায় ব্যবহার করা হয়নি,” বলেছেন স্ট্যানফোর্ড এনার্জি কন্ট্রোল ল্যাবের পরিচালক ওনোরি।

মডেলটি দিয়ে সিমুলেশন চালিয়ে দেখা গেছে যে, একটি আধুনিক ব্যাটারি প্যাকের উপাদান কোষগুলোর মধ্যকার পার্থক্যগুলোকে কাজে লাগিয়ে সেটিকে সর্বোত্তম করা এবং নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব। ওনোরি ও তাঁর সহকর্মীরা আশা করেন যে, আগামী বছরগুলোতে তাঁদের এই মডেলটি এমন ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের উন্নয়নে পথনির্দেশক হিসেবে ব্যবহৃত হবে, যা বিদ্যমান যানবাহনের নকশায় সহজেই স্থাপন করা যাবে।

শুধু বৈদ্যুতিক যানবাহনই যে এর থেকে উপকৃত হবে তা নয়। ওনোরি বলেন, কার্যত যেকোনো অ্যাপ্লিকেশন যা “ব্যাটারি প্যাকের ওপর প্রচুর চাপ সৃষ্টি করে”, তা নতুন ফলাফলের আলোকে উন্নত ব্যবস্থাপনার জন্য একটি ভালো ক্ষেত্র হতে পারে। একটি উদাহরণ? বৈদ্যুতিক উল্লম্ব উড্ডয়ন ও অবতরণ ক্ষমতাসম্পন্ন ড্রোন-সদৃশ বিমান, যাকে কখনও কখনও ইভিটিওএল (eVTOL) বলা হয়, যা কিছু উদ্যোক্তা আগামী দশকে এয়ার ট্যাক্সি হিসেবে এবং অন্যান্য আরবান এয়ার মোবিলিটি পরিষেবা প্রদানের জন্য পরিচালনা করবেন বলে আশা করছেন। তা সত্ত্বেও, রিচার্জেবল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনও রয়েছে, যার মধ্যে সাধারণ বিমান চলাচল এবং নবায়নযোগ্য শক্তির বৃহৎ পরিসরের সঞ্চয় অন্তর্ভুক্ত।

“লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ইতিমধ্যেই বিশ্বকে নানাভাবে বদলে দিয়েছে,” ওনোরি বলেন। “এই যুগান্তকারী প্রযুক্তি এবং এর ভবিষ্যৎ উত্তরসূরিগুলো থেকে আমরা যেন যথাসম্ভব সর্বোচ্চ সুবিধা গ্রহণ করতে পারি, তা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।”