বিভিন্ন প্রয়োগ ক্ষেত্রে (যেমন লিথিয়াম ব্যাটারির অ্যানোড এবং অ্যালুমিনিয়ামের ক্যাথোড) গ্রাফাইটাইজড পেট্রোলিয়াম কোকের সূচকগত আবশ্যকতার মূল কেন্দ্রবিন্দুগুলো কী কী?

দুটি প্রধান প্রয়োগ ক্ষেত্রে গ্রাফাইটাইজড পেট্রোলিয়াম কোকের জন্য ভিন্ন সূচক প্রয়োজনীয়তা: লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড এবং অ্যালুমিনিয়াম ক্যাথোড

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড এবং অ্যালুমিনিয়াম ক্যাথোড জুড়ে গ্রাফিটাইজড পেট্রোলিয়াম কোকের রাসায়নিক গঠন, ভৌত কাঠামো এবং তড়িৎ-রাসায়নিক কর্মক্ষমতার ক্ষেত্রে সূচকের প্রয়োজনীয়তাগুলো উল্লেখযোগ্য পার্থক্য প্রদর্শন করে। মূল অগ্রাধিকারগুলো নিম্নরূপে সংক্ষিপ্ত করা হলো:

১. লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড: মূল বিষয় হিসেবে তড়িৎ-রাসায়নিক কর্মক্ষমতা, সাথে কাঠামোগত স্থিতিশীলতা বিবেচনা

1. কম সালফার উপাদান (<0.5%)
   গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার সময় সালফারের অবশিষ্টাংশ ক্রিস্টালের সংকোচন ও প্রসারণ ঘটাতে পারে, যার ফলে ইলেকট্রোড ভেঙে যায়। এছাড়াও, উচ্চ তাপমাত্রায় সালফার গ্যাস নির্গত করতে পারে, যা সলিড ইলেকট্রোলাইট ইন্টারফেজ (SEI) ফিল্মের ক্ষতি করে এবং এর ফলে অপরিবর্তনীয় ক্যাপাসিটি হ্রাস ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, GB/T 24533-2019 লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ্যানোডে ব্যবহৃত গ্রাফাইটের জন্য সালফারের পরিমাণ কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণের নির্দেশ দেয়।
2. কম ছাইয়ের পরিমাণ (≤০.১৫%)
   ছাইয়ে থাকা ধাতব অপদ্রব্য (যেমন, সোডিয়াম, লোহা) ইলেকট্রোলাইটের বিয়োজনে অনুঘটকের কাজ করে, যা ব্যাটারির ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে। সোডিয়াম অপদ্রব্য অ্যানোডের হানিকম্ব অক্সিডেশনও ঘটাতে পারে, যা ব্যাটারির আয়ু কমিয়ে দেয়। উচ্চ-বিশুদ্ধ গ্রাফাইটের ছাইয়ের পরিমাণ ০.১৫%-এর নিচে নামিয়ে আনতে একটি “থ্রি-হাই” প্রক্রিয়া (উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, উচ্চ-বিশুদ্ধ কাঁচামাল) প্রয়োজন হয়।
3. উচ্চ স্ফটিকতা এবং অভিমুখী বিন্যাস
   • উচ্চ প্রকৃত ঘনত্ব: গ্রাফাইটের স্ফটিকতাকে প্রতিফলিত করে; উচ্চতর প্রকৃত ঘনত্ব লিথিয়াম-আয়ন সন্নিবেশ/নিষ্কাশনের জন্য সুশৃঙ্খল চ্যানেল নিশ্চিত করে, যা রেট পারফরম্যান্স উন্নত করে।
   • নিম্ন তাপীয় প্রসারণ সহগ: নিডল কোক, তার তন্তুময় কাঠামোর কারণে, স্পঞ্জ কোকের তুলনায় ৩০% কম তাপীয় প্রসারণ সহগ প্রদর্শন করে, যা চার্জ/ডিসচার্জ চক্রের সময় আয়তন প্রসারণ কমিয়ে আনে (যেমন, অ্যানাইসোট্রপিক গ্রাফাইট C-অক্ষ বরাবর প্রসারিত হয়ে ব্যাটারি স্ফীত করে)।
4. ভারসাম্যপূর্ণ কণার আকার এবং নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল
   • কণার আকারের ব্যাপক বন্টন: অপ্টিমাইজ করা D10, D50, এবং D90 প্যারামিটারগুলো ছোট কণাগুলোকে বড় কণাগুলোর মধ্যবর্তী শূন্যস্থান পূরণ করতে সক্ষম করে, যা ট্যাপ ডেনসিটি উন্নত করে (উচ্চতর ট্যাপ ডেনসিটি প্রতি একক আয়তনে সক্রিয় উপাদানের পরিমাণ বাড়ায়, যদিও এর অতিরিক্ত মাত্রা ইলেক্ট্রোলাইটের ভেদ্যতা কমিয়ে দেয়)।
   • মাঝারি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল: উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল (>10 m²/g) লিথিয়াম-আয়ন স্থানান্তরের পথ সংক্ষিপ্ত করে রেট পারফরম্যান্স বাড়ায়, কিন্তু SEI ফিল্মের ক্ষেত্রফল বাড়িয়ে প্রাথমিক কুলম্বিক দক্ষতা (ICE) কমিয়ে দেয়।
5. উচ্চ প্রাথমিক কুলম্বিক দক্ষতা (≥৯২.৬%)
   উচ্চ শক্তি ঘনত্ব বজায় রাখার জন্য প্রথম চার্জ/ডিসচার্জ চক্রে SEI গঠনের সময় লিথিয়ামের ব্যবহার কমানো অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। মান অনুযায়ী প্রাথমিক ডিসচার্জ ক্ষমতা ≥350.0 mAh/g এবং ICE ≥92.6% হওয়া আবশ্যক।

২. অ্যালুমিনিয়াম ক্যাথোড: পরিবাহিতা এবং তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা মূল অগ্রাধিকার হিসাবে

1. গ্রেডেড সালফার কন্টেন্ট কন্ট্রোল
   • কম-সালফারযুক্ত কোক (S < ০.৮%): ইস্পাত তৈরির সময় সালফার-জনিত গ্যাস স্ফীতি এবং ফাটল প্রতিরোধ করতে উন্নত মানের গ্রাফাইট ইলেকট্রোডে ব্যবহৃত হয়, যা প্রতি টন ইস্পাতের ব্যবহার কমিয়ে দেয় (উদাহরণস্বরূপ, একটি প্রতিষ্ঠান কম-সালফারযুক্ত কোক ব্যবহার করে অ্যানোডের ব্যবহার ১২% কমিয়েছে)।
   • মাঝারি-সালফারযুক্ত কোক (S ২%–৪%): অ্যালুমিনিয়াম তড়িৎ বিশ্লেষণ অ্যানোডের জন্য উপযুক্ত, যা খরচ এবং কর্মক্ষমতার মধ্যে ভারসাম্য রক্ষা করে।
2. উচ্চ ছাই সহনশীলতা (নির্দিষ্ট অশুদ্ধি নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে)
   অ্যালুমিনিয়াম তড়িৎবিশ্লেষণের তড়িৎ দক্ষতার পর্যায়ক্রমিক হ্রাস এড়াতে ছাইয়ে ভ্যানাডিয়ামের পরিমাণ অবশ্যই ≤০.০৩% হতে হবে। অ্যানোডের মধুচাক আকৃতির জারণ রোধ করতে সোডিয়াম অপদ্রব্যের কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।
3. উচ্চ স্ফটিকতা এবং তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ
   নিডল কোক এর তন্তুময় কাঠামোর জন্য পছন্দ করা হয়, যা উচ্চ ঘনত্ব, শক্তি, কম ক্ষয় এবং চমৎকার তাপীয় অভিঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদান করে, ফলে এটি অ্যালুমিনিয়াম তড়িৎ বিশ্লেষণের সময় ঘন ঘন তাপমাত্রার ওঠানামা সহ্য করতে সক্ষম হয়। এর নিম্ন তাপীয় প্রসারণ সহগ কাঠামোগত ক্ষতি কমিয়ে ক্যাথোডের আয়ুষ্কাল বৃদ্ধি করে।
4. কণার আকার এবং যান্ত্রিক শক্তি
   • দলা কণা পছন্দনীয়: এটি পরিবহন ও ক্যালসিনেশনের সময় পাউডার কোকের পরিমাণ কমিয়ে ভাঙন রোধ করে এবং যান্ত্রিক দৃঢ়তা নিশ্চিত করে।
   • ক্যালসাইন্ড কোকের উচ্চ অনুপাত: পরিবাহিতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ানোর জন্য অ্যালুমিনিয়াম ইলেকট্রোলাইসিস অ্যানোডে ৭০% ক্যালসাইন্ড কোক ব্যবহার করা হয়।
5. উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা
   নিডল কোক ইলেকট্রোড ১,০০,০০০ অ্যাম্পিয়ার পর্যন্ত বিদ্যুৎ প্রবাহ বহন করতে পারে, যার ফলে প্রতি চুল্লিতে ২৫ মিনিটে ইস্পাত তৈরির দক্ষতা অর্জন করা যায় এবং এর পরিবাহিতা প্রচলিত কোকের চেয়ে তিনগুণ বেশি, যা শক্তি খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়।

III. মূল পার্থক্যের সারসংক্ষেপ

চতুর্থ. শিল্পের প্রবণতা

• লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ্যানোড: শক্তি ঘনত্ব এবং চক্র কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করার জন্য অভিনব নিউক্লীয়-কাঠামোযুক্ত কোক (ব্যাসার্ধীয় গঠন) এবং পিচ-সংশোধিত ক্যালসাইন্ড কোক (যা হার্ড কার্বন অ্যানোডের চক্র জীবন বৃদ্ধি করে) উদীয়মান গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু হয়ে উঠেছে।
• অ্যালুমিনিয়াম ক্যাথোড: সিলিকন কার্বাইড গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য ৭৫০ মিমি বৃহৎ আকারের নিডল কোক ইলেকট্রোড এবং মাঝারি-সালফার কোকের ক্রমবর্ধমান চাহিদা উচ্চতর পরিবাহিতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধের দিকে উপাদান উন্নয়নকে চালিত করছে।