ইলেকট্রোড পেস্ট বাজারের শেয়ার, প্রবণতা, ব্যবসায়িক কৌশল এবং ২০২৭ পর্যন্ত পূর্বাভাস

গ্রাফাইটকে কৃত্রিম গ্রাফাইট এবং প্রাকৃতিক গ্রাফাইটে বিভক্ত করা হয় এবং বিশ্বে প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের প্রমাণিত মজুদ প্রায় ২ বিলিয়ন টন।
সাধারণ চাপে কার্বনযুক্ত পদার্থের বিয়োজন এবং তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে কৃত্রিম গ্রাফাইট পাওয়া যায়। এই রূপান্তরের জন্য চালিকা শক্তি হিসেবে যথেষ্ট উচ্চ তাপমাত্রা ও শক্তির প্রয়োজন হয় এবং এর ফলে বিশৃঙ্খল কাঠামোটি একটি সুশৃঙ্খল গ্রাফাইট স্ফটিক কাঠামোতে রূপান্তরিত হয়।
ব্যাপক অর্থে গ্রাফিটাইজেশন হলো ২০০০℃-এর বেশি উচ্চ তাপমাত্রায় তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে কার্বনযুক্ত পদার্থের কার্বন পরমাণুর পুনর্বিন্যাস। তবে, কিছু কার্বন পদার্থকে ৩০০০℃-এর বেশি উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফিটাইজ করা হলে, এই ধরনের কার্বন পদার্থ “কঠিন কাঠকয়লা” নামে পরিচিত হয়। সহজে গ্রাফিটাইজ করা যায় এমন কার্বন পদার্থের জন্য প্রচলিত গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে উচ্চ তাপমাত্রা ও উচ্চ চাপ পদ্ধতি, অনুঘটকীয় গ্রাফিটাইজেশন, রাসায়নিক বাষ্প অধঃক্ষেপণ পদ্ধতি ইত্যাদি।

গ্রাফিটাইজেশন হলো কার্বনজাতীয় পদার্থের উচ্চ সংযোজিত মূল্য ব্যবহারের একটি কার্যকর উপায়। গবেষকদের ব্যাপক ও গভীর গবেষণার পর, এটি এখন মূলত একটি পরিপক্ক পর্যায়ে পৌঁছেছে। তবে, কিছু প্রতিকূল কারণ শিল্পে প্রচলিত গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতির প্রয়োগকে সীমিত করে, তাই নতুন গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতি অন্বেষণ করা একটি অনিবার্য প্রবণতা।

ঊনবিংশ শতাব্দী থেকে গলিত লবণ তড়িৎ বিশ্লেষণ পদ্ধতির এক শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে বিকাশ ঘটেছে। এর মৌলিক তত্ত্ব এবং নতুন পদ্ধতিতে ক্রমাগত উদ্ভাবন ও উন্নয়ন হচ্ছে। এখন এটি আর শুধু ঐতিহ্যবাহী ধাতুবিদ্যা শিল্পের মধ্যে সীমাবদ্ধ নেই। একবিংশ শতাব্দীর শুরুতে, গলিত লবণ পদ্ধতিতে কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিজারণের মাধ্যমে মৌলিক ধাতু প্রস্তুত করার বিষয়টি আরও সক্রিয় মনোযোগের কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে।
সম্প্রতি, গলিত লবণ তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে গ্রাফাইট পদার্থ প্রস্তুত করার একটি নতুন পদ্ধতি ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে।

ক্যাথোডিক পোলারাইজেশন এবং ইলেক্ট্রোডিপোজিশনের মাধ্যমে, কার্বন কাঁচামালের দুটি ভিন্ন রূপকে উচ্চ সংযোজিত মূল্যের ন্যানো-গ্রাফাইট উপাদানে রূপান্তরিত করা হয়। প্রচলিত গ্রাফিটাইজেশন প্রযুক্তির তুলনায়, এই নতুন গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতির সুবিধা হলো এর নিম্ন গ্রাফিটাইজেশন তাপমাত্রা এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য গঠন।

এই গবেষণাপত্রে তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতিতে গ্রাফিটাইজেশনের অগ্রগতি পর্যালোচনা করা হয়েছে, এই নতুন প্রযুক্তিটির পরিচয় তুলে ধরা হয়েছে, এর সুবিধা ও অসুবিধাগুলো বিশ্লেষণ করা হয়েছে এবং এর ভবিষ্যৎ উন্নয়নের ধারা সম্পর্কে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে।

প্রথমত, গলিত লবণ ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাথোড পোলারাইজেশন পদ্ধতি

১.১ কাঁচামাল
বর্তমানে, কৃত্রিম গ্রাফাইটের প্রধান কাঁচামাল হলো উচ্চ গ্রাফাইটাইজেশন মাত্রার নিডল কোক এবং পিচ কোক। অর্থাৎ, তেলের অবশিষ্টাংশ এবং কোল টারকে কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করে উচ্চ-মানের কার্বন উপাদান তৈরি করা হয়, যার মধ্যে কম ছিদ্রতা, কম সালফার, কম ছাইয়ের পরিমাণ এবং গ্রাফাইটাইজেশনের সুবিধা রয়েছে। এটিকে গ্রাফাইটে প্রস্তুত করার পর এর ভালো অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি এবং কম রোধাঙ্ক দেখা যায়।
তবে, তেলের সীমিত মজুদ এবং তেলের মূল্যের ওঠানামা এর উন্নয়নকে বাধাগ্রস্ত করেছে, তাই নতুন কাঁচামালের সন্ধান করা একটি জরুরি সমাধানযোগ্য সমস্যা হয়ে দাঁড়িয়েছে।
প্রচলিত গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতিগুলোর সীমাবদ্ধতা রয়েছে এবং বিভিন্ন পদ্ধতিতে ভিন্ন ভিন্ন কাঁচামাল ব্যবহৃত হয়। গ্রাফিটাইজড নয় এমন কার্বনের ক্ষেত্রে, প্রচলিত পদ্ধতিগুলো দিয়ে একে গ্রাফিটাইজ করা প্রায় অসম্ভব, অপরদিকে গলিত লবণ তড়িৎ বিশ্লেষণের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ফর্মুলাটি কাঁচামালের সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করেছে এবং এটি প্রায় সকল প্রচলিত কার্বন উপাদানের জন্যই উপযুক্ত।

প্রচলিত কার্বন উপাদানগুলোর মধ্যে কার্বন ব্ল্যাক, অ্যাক্টিভেটেড কার্বন, কয়লা ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত, যার মধ্যে কয়লা সবচেয়ে সম্ভাবনাময়। কয়লা-ভিত্তিক কালি তৈরিতে কয়লাকে পূর্বসূরী হিসেবে ব্যবহার করা হয় এবং প্রাক-প্রক্রিয়াকরণের পর উচ্চ তাপমাত্রায় এটিকে গ্রাফাইট পণ্যে প্রস্তুত করা হয়।
সম্প্রতি, এই গবেষণাপত্রটি পেং-এর মতো একটি নতুন তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতি প্রস্তাব করেছে, যেখানে গলিত লবণ তড়িৎ-বিশ্লেষণের মাধ্যমে কার্বন ব্ল্যাককে উচ্চ স্ফটিকতার গ্রাফাইটে রূপান্তরিত করার সম্ভাবনা কম। এই তড়িৎ-বিশ্লেষণের ফলে প্রাপ্ত গ্রাফাইটের নমুনায় পাপড়ি আকৃতির ন্যানোমিটার গ্রাফাইট চিপ থাকে, যার পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল অনেক বেশি। লিথিয়াম ব্যাটারির ক্যাথোড হিসেবে ব্যবহৃত হলে এটি প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের চেয়েও উৎকৃষ্ট তড়িৎ-রাসায়নিক কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে।
ঝু ও তাঁর সহযোগীরা ছাই অপসারণ করা নিম্নমানের কয়লাকে ৯৫০ ℃ তাপমাত্রায় CaCl2 গলিত লবণ সিস্টেমে তড়িৎ বিশ্লেষণের জন্য রাখেন এবং সফলভাবে নিম্নমানের কয়লাকে উচ্চ স্ফটিকতা সম্পন্ন গ্রাফাইটে রূপান্তরিত করেন, যা লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড হিসেবে ব্যবহৃত হলে ভালো রেট পারফরম্যান্স এবং দীর্ঘ চক্র জীবন প্রদর্শন করে।
পরীক্ষাটি দেখায় যে গলিত লবণ তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে বিভিন্ন ধরণের প্রচলিত কার্বন উপাদানকে গ্রাফাইটে রূপান্তর করা সম্ভব, যা ভবিষ্যতের কৃত্রিম গ্রাফাইটের জন্য একটি নতুন পথ খুলে দেয়।
১.২ এর কার্যপ্রণালী
গলিত লবণ তড়িৎ বিশ্লেষণ পদ্ধতিতে কার্বন পদার্থকে ক্যাথোড হিসেবে ব্যবহার করা হয় এবং ক্যাথোডিক পোলারাইজেশনের মাধ্যমে একে উচ্চ কেলাসত্ব সম্পন্ন গ্রাফাইটে রূপান্তরিত করা হয়। বর্তমানে প্রচলিত গবেষণাপত্রগুলোতে ক্যাথোডিক পোলারাইজেশনের বিভব রূপান্তর প্রক্রিয়ায় অক্সিজেন অপসারণ এবং কার্বন পরমাণুর দূরবর্তী পুনর্বিন্যাসের কথা উল্লেখ করা হয়েছে।
কার্বন উপাদানে অক্সিজেনের উপস্থিতি গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়াকে কিছুটা বাধাগ্রস্ত করে। প্রচলিত গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায়, তাপমাত্রা ১৬০০ কেলভিনের বেশি হলে অক্সিজেন ধীরে ধীরে অপসারিত হয়। তবে, ক্যাথোডিক পোলারাইজেশনের মাধ্যমে অক্সিজেন অপসারণ করা অত্যন্ত সুবিধাজনক।

পেং প্রমুখ তাঁদের পরীক্ষায় সর্বপ্রথম গলিত লবণ তড়িৎবিশ্লেষণ ক্যাথোডিক পোলারাইজেশন পটেনশিয়াল প্রক্রিয়াটি প্রস্তাব করেন, যা হলো, গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়াটি প্রধানত কঠিন কার্বন মাইক্রোস্ফিয়ার ও তড়িৎবিশ্লেষ্যের সংযোগস্থলে শুরু হয়। প্রথমে কার্বন মাইক্রোস্ফিয়ারটি তার মূল ভিত্তি অর্থাৎ প্রায় একই ব্যাসের গ্রাফাইটের একটি আবরণ তৈরি করে, এবং তারপর অস্থিতিশীল অনার্দ্র কার্বন পরমাণুগুলো আরও স্থিতিশীল বাইরের গ্রাফাইট ফ্লেকের দিকে ছড়িয়ে পড়তে থাকে, যতক্ষণ না প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণরূপে গ্রাফিটাইজড হয়।
গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার সাথে অক্সিজেনের অপসারণ ঘটে, যা পরীক্ষা দ্বারাও প্রমাণিত হয়েছে।
জিন ও তাঁর সহযোগীরাও পরীক্ষার মাধ্যমে এই দৃষ্টিভঙ্গিটি প্রমাণ করেছেন। গ্লুকোজের কার্বনাইজেশনের পর গ্রাফিটাইজেশন (১৭% অক্সিজেন উপাদান) করা হয়েছিল। গ্রাফিটাইজেশনের পর, মূল কঠিন কার্বন গোলকগুলো (চিত্র ১ক এবং ১গ) গ্রাফাইট ন্যানোশিট দ্বারা গঠিত একটি ছিদ্রযুক্ত আবরণ তৈরি করে (চিত্র ১খ এবং ১ঘ)।
সাহিত্যে উল্লিখিত রূপান্তর প্রক্রিয়া অনুসারে, কার্বন ফাইবারের তড়িৎ বিশ্লেষণের (১৬% অক্সিজেন) মাধ্যমে গ্রাফিটাইজেশনের পর কার্বন ফাইবারগুলো গ্রাফাইট নলে রূপান্তরিত হতে পারে।

ধারণা করা হয় যে, কার্বন পরমাণুর ক্যাথোডিক পোলারাইজেশনের অধীনে উচ্চ স্ফটিক গ্রাফাইট থেকে অনিয়তাকার কার্বনে পুনর্বিন্যাসের প্রক্রিয়াটি অবশ্যই দীর্ঘ দূরত্বের স্থানান্তরের জন্য প্রয়োজন, সংশ্লেষিত গ্রাফাইটের অনন্য পাপড়ি আকৃতির ন্যানোকাঠামো অক্সিজেন পরমাণু থেকে উপকৃত হয়, কিন্তু এটি ঠিক কীভাবে গ্রাফাইটের ন্যানোমিটার কাঠামোকে প্রভাবিত করে তা স্পষ্ট নয়, যেমন ক্যাথোড বিক্রিয়ার পরে কার্বন কঙ্কাল থেকে অক্সিজেন কীভাবে আসে, ইত্যাদি।
বর্তমানে এর কার্যপ্রণালী নিয়ে গবেষণা প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং আরও গবেষণার প্রয়োজন আছে।

১.৩ কৃত্রিম গ্রাফাইটের রূপগত বৈশিষ্ট্য
গ্রাফাইটের আণুবীক্ষণিক পৃষ্ঠীয় গঠন পর্যবেক্ষণের জন্য SEM ব্যবহৃত হয়, ০.২ μm-এর চেয়ে ছোট কণার গাঠনিক গঠন পর্যবেক্ষণের জন্য TEM ব্যবহৃত হয়, গ্রাফাইটের অণুগঠন বৈশিষ্ট্য নিরূপণের জন্য XRD এবং রমন স্পেকট্রোস্কোপি হলো সর্বাধিক ব্যবহৃত পদ্ধতি; গ্রাফাইটের স্ফটিক সংক্রান্ত তথ্য নিরূপণের জন্য XRD ব্যবহৃত হয়, এবং গ্রাফাইটের ত্রুটি ও বিন্যাসের মাত্রা নিরূপণের জন্য রমন স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহৃত হয়।

গলিত লবণের তড়িৎ বিশ্লেষণের ক্যাথোড পোলারাইজেশন দ্বারা প্রস্তুত গ্রাফাইটে অনেক ছিদ্র থাকে। কার্বন ব্ল্যাকের তড়িৎ বিশ্লেষণের মতো বিভিন্ন কাঁচামালের ক্ষেত্রে পাপড়ির মতো ছিদ্রযুক্ত ন্যানোকাঠামো পাওয়া যায়। তড়িৎ বিশ্লেষণের পর কার্বন ব্ল্যাকের উপর এক্সআরডি (XRD) এবং রমন বর্ণালী বিশ্লেষণ করা হয়।
৮২৭ ℃ তাপমাত্রায়, ২.৬V ভোল্টেজে ১ ঘন্টা ধরে তাপ দেওয়ার পর, কার্বন ব্ল্যাকের রমন বর্ণালী চিত্রটি বাণিজ্যিক গ্রাফাইটের চিত্রের প্রায় অনুরূপ হয়। কার্বন ব্ল্যাককে বিভিন্ন তাপমাত্রায় তাপ দেওয়ার পর, গ্রাফাইটের সুস্পষ্ট বৈশিষ্ট্যসূচক শিখর (002) পরিমাপ করা হয়। অপবর্তন শিখর (002) গ্রাফাইটে অ্যারোমেটিক কার্বন স্তরের বিন্যাসের মাত্রা নির্দেশ করে।
কার্বনের স্তরটি যত বেশি সুস্পষ্ট হয়, এটি তত বেশি বিন্যস্ত থাকে।

ঝু এই পরীক্ষায় ক্যাথোড হিসেবে পরিশোধিত নিম্নমানের কয়লা ব্যবহার করেন এবং গ্রাফাইটাইজড উৎপাদের অণুসজ্জা দানাদার থেকে বৃহৎ গ্রাফাইট কাঠামোতে রূপান্তরিত হয়, এবং উচ্চ হার ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপের নিচে একটি দৃঢ় গ্রাফাইট স্তরও পর্যবেক্ষণ করা হয়।
রামান বর্ণালীতে, পরীক্ষামূলক অবস্থার পরিবর্তনের সাথে সাথে ID/Ig-এর মানও পরিবর্তিত হয়েছে। যখন তড়িৎবিশ্লেষণ তাপমাত্রা ছিল ৯৫০ ℃, তড়িৎবিশ্লেষণ সময় ছিল ৬ ঘণ্টা এবং তড়িৎবিশ্লেষণ ভোল্টেজ ছিল ২.৬ ভোল্ট, তখন সর্বনিম্ন ID/Ig-এর মান ছিল ০.৩ এবং D পিকটি G পিকের চেয়ে অনেক নিচে ছিল। একই সাথে, 2D পিকের উপস্থিতি অত্যন্ত সুশৃঙ্খল গ্রাফাইট কাঠামোর গঠনকেও নির্দেশ করে।
XRD চিত্রে তীক্ষ্ণ (002) ডিফ্র্যাকশন পিকটি নিম্নমানের কয়লাকে উচ্চ স্ফটিকতা সম্পন্ন গ্রাফাইটে সফলভাবে রূপান্তরের বিষয়টিও নিশ্চিত করে।

গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা ও ভোল্টেজ বৃদ্ধি সহায়ক ভূমিকা পালন করে, কিন্তু অত্যধিক ভোল্টেজ গ্রাফাইটের উৎপাদন কমিয়ে দেয় এবং অত্যধিক তাপমাত্রা বা দীর্ঘ গ্রাফিটাইজেশন সময় সম্পদের অপচয় ঘটায়। তাই বিভিন্ন কার্বন উপাদানের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত তড়িৎ-বিশ্লেষণীয় অবস্থা অন্বেষণ করা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যা একাধারে মনোযোগের কেন্দ্রবিন্দু এবং কঠিন একটি বিষয়।
এই পাপড়ির মতো ফ্লেক ন্যানোকাঠামোটির চমৎকার তড়িৎ-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এর অসংখ্য ছিদ্র আয়নগুলোকে দ্রুত প্রবেশ ও নির্গমন করতে সাহায্য করে, যা ব্যাটারি ইত্যাদির জন্য উচ্চমানের ক্যাথোড উপাদান সরবরাহ করে। অতএব, তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতিটি একটি অত্যন্ত সম্ভাবনাময় গ্রাফিটাইজেশন পদ্ধতি।

গলিত লবণ ইলেক্ট্রোডিপোজিশন পদ্ধতি

২.১ কার্বন ডাই অক্সাইডের তড়িৎ-অবক্ষেপণ
সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ গ্রিনহাউস গ্যাস হিসেবে, CO2 একটি অ-বিষাক্ত, নিরাপদ, সস্তা এবং সহজলভ্য নবায়নযোগ্য সম্পদও বটে। তবে, CO2-তে থাকা কার্বন সর্বোচ্চ জারণ অবস্থায় থাকে, তাই এর তাপগতিগত স্থিতিশীলতা বেশি, যা এর পুনঃব্যবহারকে কঠিন করে তোলে।
CO2 ইলেকট্রো-ডিপোজিশনের উপর সর্বপ্রথম গবেষণার সন্ধান পাওয়া যায় ১৯৬০-এর দশকে। ইনগ্রাম ও তাঁর সহকর্মীরা Li2CO3-Na2CO3-K2CO3-এর গলিত লবণ সিস্টেমে সোনার ইলেকট্রোডের উপর সফলভাবে কার্বন প্রস্তুত করেছিলেন।

ভ্যান ও অন্যান্যরা উল্লেখ করেছেন যে, বিভিন্ন বিজারণ বিভবে প্রাপ্ত কার্বন পাউডারগুলোর গঠন ভিন্ন ভিন্ন ছিল, যার মধ্যে গ্রাফাইট, অনিয়তাকার কার্বন এবং কার্বন ন্যানোফাইবার অন্তর্ভুক্ত।
গলিত লবণ দ্বারা CO2 শোষণ এবং কার্বন উপাদান তৈরির পদ্ধতিতে সাফল্যের পর, দীর্ঘ সময় ধরে গবেষকরা কার্বন অধঃক্ষেপণের গঠন প্রক্রিয়া এবং চূড়ান্ত পণ্যের উপর তড়িৎ বিশ্লেষণ শর্তাবলীর প্রভাব, যেমন—তড়িৎ বিশ্লেষণের তাপমাত্রা, তড়িৎ বিশ্লেষণের ভোল্টেজ এবং গলিত লবণ ও ইলেকট্রোডের গঠন ইত্যাদি—এর উপর মনোনিবেশ করার ফলে CO2-এর তড়িৎ অধঃক্ষেপণের জন্য উচ্চ কার্যক্ষমতাসম্পন্ন গ্রাফাইট উপাদান তৈরির একটি দৃঢ় ভিত্তি স্থাপিত হয়েছে।

হু ও তাঁর সহযোগীরা তড়িৎ বিশ্লেষণ তাপমাত্রা, ইলেকট্রোডের গঠন এবং গলিত লবণের গঠনের মতো তড়িৎ বিশ্লেষণগত অবস্থা অধ্যয়নের মাধ্যমে তড়িৎ বিশ্লেষ্য পরিবর্তন করে এবং উচ্চতর CO2 শোষণ দক্ষতা সম্পন্ন CaCl2-ভিত্তিক গলিত লবণ সিস্টেম ব্যবহার করে উচ্চতর গ্রাফিটাইজেশন মাত্রা সম্পন্ন গ্রাফিন, কার্বন ন্যানোটিউব এবং অন্যান্য ন্যানোগ্রাফাইট কাঠামো সফলভাবে প্রস্তুত করেছেন।
কার্বনেট সিস্টেমের তুলনায়, CaCl2-এর সুবিধা হলো এটি সস্তা ও সহজে পাওয়া যায়, এর পরিবাহিতা বেশি, এটি পানিতে সহজে দ্রবণীয় এবং অক্সিজেন আয়নের দ্রবণীয়তা বেশি, যা CO2-কে উচ্চ মূল্য সংযোজিত গ্রাফাইট পণ্যে রূপান্তরের জন্য তাত্ত্বিক শর্ত প্রদান করে।

২.২ রূপান্তর প্রক্রিয়া
গলিত লবণ থেকে CO2 এর ইলেক্ট্রোডিপোজিশন দ্বারা উচ্চ মূল্য সংযোজিত কার্বন উপকরণ তৈরির মধ্যে প্রধানত CO2 ক্যাপচার এবং পরোক্ষ হ্রাস অন্তর্ভুক্ত। গলিত লবণে মুক্ত O2- দ্বারা CO2 ক্যাপচার সম্পন্ন হয়, যেমনটি সমীকরণ (1) এ দেখানো হয়েছে:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
বর্তমানে, তিনটি পরোক্ষ বিজারণ বিক্রিয়া কৌশল প্রস্তাব করা হয়েছে: এক-ধাপ বিক্রিয়া, দুই-ধাপ বিক্রিয়া এবং ধাতু বিজারণ বিক্রিয়া কৌশল।
এক-ধাপ বিক্রিয়া প্রক্রিয়াটি প্রথমে ইনগ্রাম প্রস্তাব করেছিলেন, যা সমীকরণ (2) এ দেখানো হয়েছে:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
বোরুকা এবং অন্যান্যরা দ্বি-ধাপ বিক্রিয়া কৌশল প্রস্তাব করেছিলেন, যা সমীকরণ (3-4) এ দেখানো হয়েছে:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
ধাতু বিজারণ বিক্রিয়ার কৌশলটি ডিনহার্ড ও তাঁর সহযোগীরা প্রস্তাব করেছিলেন। তাঁরা বিশ্বাস করতেন যে, প্রথমে ধাতব আয়নগুলো ক্যাথোডে ধাতুতে বিজারিত হয় এবং তারপর ধাতু কার্বনেট আয়নে বিজারিত হয়, যা সমীকরণ (5~6)-এ দেখানো হয়েছে:
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)

বর্তমানে প্রচলিত গবেষণাপত্রে এক-ধাপ বিক্রিয়া কৌশলটিই সাধারণভাবে গৃহীত।
ইন ও তাঁর সহকর্মীরা নিকেলকে ক্যাথোড, টিন ডাইঅক্সাইডকে অ্যানোড এবং সিলভার তারকে রেফারেন্স ইলেকট্রোড হিসেবে ব্যবহার করে লি-না-কে কার্বনেট সিস্টেমের উপর গবেষণা করেন এবং নিকেল ক্যাথোডে চিত্র ২-এ প্রদর্শিত সাইক্লিক ভোল্টামেট্রি পরীক্ষার ফলাফল (স্ক্যানিং রেট ১০০ mV/s) লাভ করেন। তাঁরা দেখতে পান যে নেগেটিভ স্ক্যানিং-এর সময় কেবল একটিই রিডাকশন পিক (-২.০V-এ) ছিল।
সুতরাং, এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে কার্বনেটের বিজারণকালে কেবল একটিই বিক্রিয়া সংঘটিত হয়েছিল।

গাও ও তাঁর সহযোগীরা একই কার্বনেট সিস্টেমে একই চক্রীয় ভোল্টামেট্রি পেয়েছিলেন।
Ge ও তাঁর সহযোগীরা LiCl-Li2CO3 সিস্টেমে CO2 শোষণের জন্য নিষ্ক্রিয় অ্যানোড এবং টাংস্টেন ক্যাথোড ব্যবহার করে অনুরূপ চিত্র পেয়েছিলেন, এবং নেগেটিভ স্ক্যানিং-এ কেবল কার্বন জমার একটি হ্রাস শিখর দেখা গিয়েছিল।
ক্ষারীয় ধাতুর গলিত লবণ সিস্টেমে, ক্যাথোড দ্বারা কার্বন জমা হওয়ার সময় ক্ষার ধাতু এবং CO উৎপন্ন হবে। তবে, যেহেতু নিম্ন তাপমাত্রায় কার্বন জমা হওয়ার বিক্রিয়ার তাপগতিবিদ্যার শর্তগুলো নিম্নতর হয়, তাই পরীক্ষায় শুধুমাত্র কার্বনেট থেকে কার্বনে রূপান্তরই শনাক্ত করা যায়।

২.৩ গ্রাফাইট পণ্য তৈরির জন্য গলিত লবণ দ্বারা CO2 শোষণ
পরীক্ষামূলক পরিস্থিতি নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে গলিত লবণ থেকে CO2-এর ইলেকট্রো-ডিপোজিশন দ্বারা গ্রাফিন এবং কার্বন ন্যানোটিউবের মতো উচ্চ-মূল্য সংযোজিত গ্রাফাইট ন্যানোম্যাটেরিয়াল প্রস্তুত করা যেতে পারে। হু ও তার সহকর্মীরা CaCl2-NaCl-CaO গলিত লবণ সিস্টেমে ক্যাথোড হিসেবে স্টেইনলেস স্টিল ব্যবহার করেন এবং বিভিন্ন তাপমাত্রায় ২.৬ ভোল্ট স্থির ভোল্টেজের অধীনে ৪ ঘণ্টা ধরে তড়িৎ-বিশ্লেষণ করেন।
লোহার অনুঘটন এবং গ্রাফাইট স্তরগুলির মধ্যে CO-এর বিস্ফোরক প্রভাবের ফলে ক্যাথোডের পৃষ্ঠে গ্রাফিন পাওয়া গেছে। গ্রাফিন তৈরির প্রক্রিয়াটি চিত্র ৩-এ দেখানো হয়েছে।
ছবিটি
পরবর্তী গবেষণায় CaCl2-NaClCaO গলিত লবণ সিস্টেমের ভিত্তিতে Li2SO4 যোগ করা হয়, তড়িৎ বিশ্লেষণের তাপমাত্রা ছিল ৬২৫ ℃, ৪ ঘণ্টা তড়িৎ বিশ্লেষণের পর, একই সময়ে কার্বনের ক্যাথোডিক অধঃক্ষেপণে গ্রাফিন এবং কার্বন ন্যানোটিউব পাওয়া যায়, গবেষণায় দেখা গেছে যে Li+ এবং SO4 2- গ্রাফিটাইজেশনে একটি ইতিবাচক প্রভাব ফেলে।
সালফারকেও সফলভাবে কার্বন বডিতে সংহত করা হয় এবং তড়িৎ-বিশ্লেষণীয় অবস্থা নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে অতি-পাতলা গ্রাফাইট শিট ও তন্তুময় কার্বন পাওয়া যেতে পারে।

গ্রাফিন গঠনের জন্য ইলেক্ট্রোলাইটিক তাপমাত্রার উচ্চ এবং নিম্ন মাত্রা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। তাপমাত্রা ৮০০ ℃-এর বেশি হলে কার্বনের পরিবর্তে CO উৎপন্ন হওয়ার সম্ভাবনা বেশি থাকে, আবার ৯৫০ ℃-এর বেশি হলে প্রায় কোনো কার্বন জমা হয় না। তাই গ্রাফিন এবং কার্বন ন্যানোটিউব উৎপাদনের জন্য তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ অত্যন্ত জরুরি। ক্যাথোড যাতে স্থিতিশীল গ্রাফিন তৈরি করতে পারে, তা নিশ্চিত করার জন্য কার্বন জমা হওয়ার বিক্রিয়া এবং CO বিক্রিয়ার মধ্যে সমন্বিত ক্রিয়া প্রয়োজন।
এই গবেষণাগুলো কার্বন ডাইঅক্সাইড (CO2) ব্যবহার করে ন্যানো-গ্রাফাইট প্রস্তুতের একটি নতুন পদ্ধতি প্রদান করে, যা গ্রিনহাউস গ্যাসের সমাধান এবং গ্রাফিন প্রস্তুতির ক্ষেত্রে অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

৩. সারসংক্ষেপ ও ভবিষ্যৎ পরিকল্পনা
নতুন শক্তি শিল্পের দ্রুত বিকাশের ফলে প্রাকৃতিক গ্রাফাইট বর্তমান চাহিদা মেটাতে পারছে না, এবং কৃত্রিম গ্রাফাইটের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের চেয়ে উন্নত, তাই সস্তা, কার্যকর এবং পরিবেশবান্ধব গ্রাফাইটাইজেশন একটি দীর্ঘমেয়াদী লক্ষ্য।
ক্যাথোডিক পোলারাইজেশন এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডিপোজিশন পদ্ধতির মাধ্যমে কঠিন ও গ্যাসীয় কাঁচামাল থেকে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় সফলভাবে উচ্চ মূল্য সংযোজিত গ্রাফাইট উপাদান উৎপাদন করা হয়েছে। গ্রাফিটাইজেশনের প্রচলিত পদ্ধতির তুলনায়, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পদ্ধতিটি অধিক কার্যকর, কম শক্তি খরচ করে এবং পরিবেশবান্ধব। একই সাথে, এটি নির্দিষ্ট কাঁচামাল নির্বাচনের মাধ্যমে সীমিত পরিসরেও কাজ করে এবং বিভিন্ন তড়িৎ বিশ্লেষণ শর্ত অনুযায়ী গ্রাফাইট কাঠামোর বিভিন্ন রূপ তৈরি করতে পারে।
এটি সব ধরনের অনিয়তাকার কার্বন এবং গ্রিনহাউস গ্যাসকে মূল্যবান ন্যানো-কাঠামোগত গ্রাফাইট উপাদানে রূপান্তরিত করার একটি কার্যকর উপায় প্রদান করে এবং এর একটি ভালো প্রয়োগ সম্ভাবনা রয়েছে।
বর্তমানে এই প্রযুক্তিটি তার শৈশবাবস্থায় রয়েছে। তড়িৎ-রাসায়নিক পদ্ধতিতে গ্রাফাইটাইজেশন নিয়ে খুব কম গবেষণা হয়েছে এবং এখনও অনেক অজানা প্রক্রিয়া রয়েছে। তাই, কাঁচামাল থেকে শুরু করে বিভিন্ন অনিয়তাকার কার্বনের উপর একটি ব্যাপক ও পদ্ধতিগত গবেষণা পরিচালনা করা এবং একই সাথে গ্রাফাইট রূপান্তরের তাপগতিবিদ্যা ও গতিবিদ্যাকে আরও গভীরভাবে অন্বেষণ করা প্রয়োজন।
গ্রাফাইট শিল্পের ভবিষ্যৎ উন্নয়নের জন্য এগুলোর সুদূরপ্রসারী তাৎপর্য রয়েছে।