তড়িৎকোষের ইতিহাস

১৯ শতকের শেষদিকে বৈদ্যুতিক উৎপাদক তথা জেনারেটর এবং বৈদ্যুতিক গ্রিডের অগ্রগতির আগে তড়িৎকোষ বা ব্যাটারি ছিল বিদ্যুৎ সরবরাহের মূল উৎস। তড়িৎকোষ প্রযুক্তির ক্রমাগত উন্নতি বড় বৈদ্যুতিক অগ্রগতিকে সহজতর করে, প্রাথমিক বৈজ্ঞানিক অধ্যয়ন থেকে তারবার্তা (টেলিগ্রাফ) এবং দূরালাপনী বা টেলিফোনের উত্থান পর্যন্ত, শেষ পর্যন্ত বহনযোগ্য কম্পিউটার, মোবাইল ফোন, বৈদ্যুতিক গাড়ি এবং অন্যান্য বৈদ্যুতিক যন্ত্রগুলির দিকে এটিকে পরিচালিত করে।

বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা বিভিন্ন বাণিজ্যিক গুরুত্বপূর্ণ তড়িৎকোষ নির্মাণ করেছেন। "ভেজা কোষ" ছিল খোলা পাত্রে তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য এবং ধাতব তড়িৎদ্বার (ইলেকট্রোড) দিয়ে তৈরি এক ধরনের তড়িৎকোষ। তড়িৎদ্বার সম্পূর্ণরূপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে গেলে ভেজা কোষটির তড়িৎবিশ্লেষ্য এবং তড়িৎদ্বার প্রতিস্থাপনের মাধ্যমে পুনর্নবায়ন করা হয়। খোলা পাত্র চলমান বা বহনযোগ্য ব্যবহারের জন্য অনুপযুক্ত। তারবার্তা (টেলিগ্রাফ) এবং টেলিফোন ব্যবস্থায় ভেজা কোষ বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত হত। প্রারম্ভিক বৈদ্যুতিক গাড়িগুলিতে অর্ধ-বদ্ধ ভেজা কোষ ব্যবহার করা হতো।

তড়িৎকোষগুলিকে শ্রেণিবিভাজনের একটি গুরুত্বপূর্ণ মানদণ্ড হলো তাদের জীবনচক্র। "প্রাথমিক" তড়িৎকোষ সংযুক্ত হওয়ার সাথে সাথে বিদ্যুৎ প্রবাহ তৈরি করতে পারে তবে সক্রিয় উপাদানগুলি একবার গ্রাস হয়ে গেলে সেগুলি বৈদ্যুতিকভাবে পুনরায় আহিত বা চার্জ করা যায় না। সীসার অ্যাসিড তড়িৎকোষের নির্মাণ এবং পরবর্তীকালে "গৌণ" বা "চার্জযোগ্য" ধরনের শক্তি কোষে সঞ্চিত তড়িৎ-রাসায়নিক শক্তি ফুরিয়ে গেলে এটির ভেতরে বিশেষ প্রক্রিয়ায় পুনরায় শক্তি ভরা যায় ও বারবার ব্যবহার করা যায়, স্থায়ীভাবে সংযুক্ত কোষের আয়ু বাড়িয়ে তোলে। বিংশ শতাব্দীর শেষার্ধে নিকেল এবং লিথিয়াম-ভিত্তিক তড়িৎকোষ প্রবর্তনের ফলে শক্তিশালী ফ্ল্যাশলাইট থেকে শুরু করে মোবাইল ফোনসহ অসংখ্য বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক যন্ত্র তৈরি করা সম্ভব হয়েছে। খুব বড় নিশ্চল ব্যাটারি গ্রিড শক্তি সঞ্চয়স্থানে কিছু প্রয়োগ খুঁজে পায় যা বৈদ্যুতিক শক্তি বিতরণ নেটওয়ার্কগুলিকে স্থিতিশীল করতে সহায়তা করে।

পরীক্ষা-নিরীক্ষা 

১৭৪৯ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের বহুবিদ্যাবিশারদ এবং প্রতিষ্ঠাতা জনকদের একজন বেঞ্জামিন ফ্রাঙ্কলিন প্রথমে বিদ্যুতের সাথে তার পরীক্ষাগুলির জন্য সংযুক্ত তড়িৎ-ধারকগুলির একটি সেট বর্ণনা করার জন্য ইংরেজি ভাষাতে প্রথম "ব্যাটারি" শব্দটি ব্যবহার করেছিলেন, যার বাংলা অর্থ তড়িৎকোষ। এই তড়িৎ-ধারকগুলির প্রতিটি পৃষ্ঠে ধাতু দ্বারা আবৃত কাঁচের ফলক বা প্যানেল ছিল। এই তড়িৎ-ধারকগুলিকে একটি স্থির বিদ্যুৎ উৎপাদনযন্ত্রের সাহায্যে আধানযুক্ত করা হয়েছিল এবং তাদের তড়িৎদ্বারের সাথে ধাতব স্পর্শ করে আধানমুক্ত করা হয়েছিল। এগুলিকে একটি "তড়িৎকোষ"এ একসাথে যুক্ত করা হলে আরও জোরালোভাবে আধানমুক্ত হয়। তোপ তড়িৎকোষের মতো, "দুই বা ততোধিক অনুরূপ বস্তুর একটি দল এক সাথে কাজ করে" শব্দটি ভোল্টাইক স্তূপ এবং অনুরূপ যন্ত্রর জন্য ব্যবহৃত হয়েছে যেখানে বহু তড়িৎরাসায়নিক কোষ ফ্র্যাঙ্কলিনের পদ্ধতিতে সংযুক্ত থাকে। বর্তমানে এমনকি একটি একক তড়িৎরাসায়নিক কোষ, শুষ্ক কোষকে সাধারণভাবে তড়িৎকোষ বলা হয়।

উদ্ভাবন 

লুইগি গালভানির কিছু গবেষণার ভিত্তিতে, বন্ধু এবং সহবিজ্ঞানী আলেসান্দ্রো ভোল্টা বিশ্বাস করেন যে বৈদ্যুতিক ঘটনাটি একটি আর্দ্র মধ্যবর্তী বস্তুর মাধ্যমে দুটি পৃথক ধাতুর মিলিত হওয়ার ফলে সৃষ্টি হয়েছে। তিনি এই অনুমানটি পরীক্ষার মাধ্যমে যাচাই করেন এবং ১৭৯১ সালে ফলাফল প্রকাশ করেন। ১৮০০ সালে ভোল্টা প্রথম সত্যিকারের তড়িৎ কোষ আবিষ্কার করেন, যা ভোল্টাইক কলাম নামে পরিচিতি লাভ করে। ভোল্টাইক কলাম একে অপরের উপরে যুগল তামার এবং দস্তার চাকতির সমন্বয়ে গঠিত ছিল, যা লবণ পানি দ্বারা ভেজানো কাপড় বা কার্ডবোর্ডের একটি স্তর দ্বারা পৃথক করা ছিল (অর্থাৎ তড়িৎবিশ্লেষ্য)। লেইডেন জারের বিপরীতে, ভোল্টাইক কলাম একটি অবিচ্ছিন্ন বিদ্যুৎ এবং স্থিতিশীল প্রবাহ তৈরি করে এবং অব্যবহৃত থাকার সময় সামান্য পরিমানে আধান হারাতে থাকে, যদিও তার প্রাথমিক মডেলগুলি স্ফুলিঙ্গ তৈরি করতে যথেষ্ট পরিমানে শক্তিশালী ভোল্টেজ উৎপাদন করতে পারে না। তিনি বিভিন্ন ধাতু নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করে দেখতে পান যে দস্তা এবং রূপা ব্যবহার করে সবচেয়ে ভাল ফলাফল পাওয়া যায়।

ভোল্টা বিশ্বাস করেতেন যে তড়িৎ প্রবাহ হলো দুটি পৃথক পদার্থের স্বাভাবিকভাবে একে অপরকে স্পর্শ করার ফল - এটি একটি অচল বৈজ্ঞানিক তত্ত্ব যা পীড়ন সম্পর্ক হিসাবে পরিচিত — রাসায়নিক বিক্রিয়ার ফল নয়। ফলস্বরূপ তিনি দস্তার পাতের ক্ষয়কে একটি সম্পর্কযুক্ত ত্রুটি হিসাবে বিবেচনা করেন যা সম্ভবত কোনও উপায়ে পরিবর্তন করে সমাধান করা যেতে পারে। তবে এই ক্ষয় রোধে কোনও বিজ্ঞানী কখনও সফল হননি। প্রকৃতপক্ষে এটি লক্ষ্য করা গেছে যে একটি উচ্চতর প্রবাহ উৎপাদিত হয় তখন ক্ষয় দ্রুত হয়। এটি প্রস্তাব করা হয় যে ক্ষয় আসলে ব্যাটারির প্রবাহ তৈরির ক্ষমতার  সমানুপাতিক। এটি কিছু অংশে বৈদ্যুতিক রাসায়নিক তত্ত্বের পক্ষে ভোল্টার পীড়ন সম্পর্ক তত্ত্বকে প্রত্যাখ্যান করে। ভোল্টার আঁকা পেয়ালার মুকুট এবং ভোল্টায়িক কলামের চিত্রগুলিতে অতিরিক্ত ধাতব চাকতি রয়েছে, যা এখন উপরে এবং নীচে উভয় দিকে অপ্রয়োজনীয় বলে পরিচিত। দস্তা-তামা ভোল্টাইক কলামের সাথে যুক্ত চিত্রটির আধুনিক নকশা রয়েছে, এটি একটি ইঙ্গিত দেয় যে "পীড়ন সম্পর্ক" ভোল্টাইক কলামের তড়িচ্চালক শক্তির উৎস নয়।

ভোল্টার আসল কলাম মডেলের কিছু প্রযুক্তিগত ত্রুটি ছিল যার মধ্যে একটি ছিল তড়িৎবিশ্লেষ্য ক্ষরণ হওয়া এবং লবণ পানিতে-ভেজা কাপড় সংকোচিত চাকতিগুলির ওজনের কারণে শর্ট সার্কিট সৃষ্টি করা। উইলিয়াম ক্রুইকশাঙ্ক নামে এক স্কটল্যান্ডবাসী এই সমস্যার সমাধান করেন। তিনি উপাদানগুলিকে একটি স্তূপে  স্তূপীকৃত করার পরিবর্তে একটি বাক্সে রেখে এই সমস্যাটি সমাধান করেছিলেন। এটি খাত তড়িৎকোষ হিসাবে পরিচিত ছিল। ভোল্টা নিজেই একটি বিকল্প উদ্ভাবন করেছিলেন যা একটি লবণের দ্রবণ পূর্ণ পেয়ালার একটি শিকল দিয়ে তৈরি হয়, যা ধাতব আর্ক এর সাথে তরলে ডুবিয়ে একত্রে যুক্ত হয়। এটি কাপের মুকুট হিসাবে পরিচিত ছিল। এই আর্ক দুটি পৃথক ধাতব (যেমন, দস্তা এবং তামা) একসাথে ঝালাই করে তৈরি করা হয়। এই মডেলটি তার মূল কলামগুলির চেয়েও বেশি কার্যকর প্রমাণিত হয়েছে, যদিও এটি জনপ্রিয় হয়নি।

ভোল্টার ব্যাটারির আরেকটি সমস্যা হলো তড়িৎকোষটির কম আয়ু (সর্বোচ্চ এক ঘণ্টা আয়ু), এটি দুটি কারণে হয়। প্রথমটি হচ্ছে যখন তড়িৎ প্রবাহ উৎপাদিত হয় তখন তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণটি তড়িৎবিশ্লিষ্ট হয়ে হাইড্রোজেন বুদবুদ তৈরি হয়ে তামার উপর একটি ঝিল্লি তৈরি করে, যার ফলে ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ রোধ ধারাবাহিকভাবে বৃদ্ধি পায় (এই প্রভাবকে পোলারাইজেশন বলে, অতিরিক্ত পদক্ষেপের মাধ্যমে আধুনিক কোষগুলিতে এটি প্রতিরোধ করা হয়)। অন্যটি হচ্ছে স্থানীয় ক্রিয়া নামক একটি ঘটনা, যার মধ্যে দস্তাতে থাকা খাদের কারণে সূক্ষ্ম শর্ট সার্কিট তৈরি হয়, যার ফলে দস্তার অবচয় ঘটে। পরবর্তী সমস্যাটি ইংরেজ উদ্ভাবক উইলিয়াম স্টারজিয়ন ১৮৩৫ সালে সমাধান করেন, তিনি দেখতে পান যে সংযুক্ত দস্তা যার পৃষ্ঠে কিছুটা পারদের বিক্রিয়া করেছে, এটি স্থানীয় ক্রিয়ার কারণে ঘটেনি।

ত্রুটি থাকা সত্ত্বেও ভোল্টার তড়িৎকোষ লেইডেনের জারের তুলনায় স্থির তড়িৎ প্রবাহ সরবরাহ করে এবং ইংরেজ সার্জন অ্যান্টনি কার্লিসল এবং ইংরেজ রসায়নবিদ উইলিয়াম নিকোলসনের পানির প্রথম তড়িৎ বিশ্লেষণের মতো অনেকগুলি নতুন পরীক্ষা-নিরীক্ষা ও আবিষ্কার সম্ভব করে তোলে।

প্রথম ব্যবহারিক তড়িৎকোষ

ড্যানিয়েল কোষ

জন ফ্রেডেরিক ড্যানিয়েল নামে রসায়নের এক ইংরেজ অধ্যাপক প্রথম উৎপাদিত হাইড্রোজেন গ্রাস করতে দ্বিতীয় তড়িৎবিশ্লেষ্য ব্যবহার করে ভোল্টাইক কলামের হাইড্রোজেন বুদবুদ সমস্যা সমাধানের একটি পদ্ধতি বের করেন। ১৮৩৬ সালে তিনি ড্যানিয়েল কোষ আবিষ্কার করেন, যাতে একটি তামার পাত্রে কপার সালফেট দ্রবণ থাকে, এর মধ্যে সালফিউরিক অ্যাসিড এবং একটি দস্তার তড়িৎদ্বার ভরা একটি বদ্ধ মাটির পাত্র নিমজ্জিত থাকে। মাটির পাত্রের প্রতিবন্ধকটি ছিদ্রযুক্ত, যার মধ্য দিয়ে আয়ন চলাচল করতে পারে তবে দ্রবণকে মিশ্রত হওয়া থেকে রক্ষা করে।

ড্যানিয়েল কোষ তড়িৎকোষের উন্নয়নের শুরুর দিনগুলিতে ব্যবহৃত প্রযুক্তির তুলনায় অত্যন্ত উন্নতি ছিল এবং এটি বিদ্যুতের প্রথম ব্যবহারিক উৎস ছিল। এটি ভোল্টাইক কোষ এর চেয়ে দীর্ঘ এবং আরও নির্ভরযোগ্য তড়িৎ প্রবাহ সরবরাহ করে। এটি সুরক্ষিত এবং কম ক্ষয়করও। এটি প্রায় ১.১ ভোল্ট বিভব পার্থক্য তৈরি করে। এটি দ্রুতই ব্যবহারের জন্য শিল্পমান সম্পন্ন হয়ে উঠে, বিশেষত নতুন টেলিগ্রাফ ব্যবস্থার জন্য।

ড্যানিয়েল কোষ ভোল্টের সংজ্ঞায়নের জন্য প্রথম কার্যকরী মান হিসাবেও ব্যবহৃত হয়েছিল, ভোল্ট হচ্ছে তড়িচ্চালক বলের একক।

বার্ডের কোষ
১৮৩৭ সালে গাই হাসপাতালের চিকিৎসক গোল্ডিং বার্ড ড্যানিয়েল কোষের একটি সংস্করণ উদ্ভাবন করেন যাতে দ্রবণ পৃথক রাখতে প্লাস্টার অফ প্যারিসের প্রতিবন্ধক ব্যবহার করেন। এই কোষ নিয়ে বার্ডের পরীক্ষাগুলি বৈদ্যুতিকধাতুবিদ্যার নতুন শাখার জন্য কিছুটা গুরুত্বপূর্ণ ছিল।

সচ্ছিদ্র পাত্র কোষ

১৮৩৮ সালে লিভারপুলের যন্ত্র প্রস্তুতকারী জন ডান্সার ড্যানিয়েল কোষের সচ্ছিদ্র পাত্র সংস্করণ আবিষ্কার করেন। এটি একটি জিংক সালফেট দ্রবণযুক্ত একটি সচ্ছিদ্র মাটির পাত্রের কেন্দ্রে চুবানো জিঙ্ক অ্যানোড দিয়ে গঠিত। সচ্ছিদ্র পাত্রটি পরিবর্তে তামার পাত্রের মধ্যে তুঁতের দ্রবণ নিমগ্ন হয়, যা কোষের ক্যাথোড হিসাবে কাজ করে। সচ্ছিদ্র প্রতিবন্ধকের ব্যবহার আয়নকে এর মধ্য দিয়ে যেতে দেয় তবে দ্রবণকে মিশ্রিত হতে বাধা দেয়।

গ্র্যাভিটি কোষ

১৮৬০ এর দশকে ক্যালাউড নামে একজন ফরাসী গ্র্যাভিটি কোষ নামে ড্যানিয়েল কোষের একটি বিকল্পরূপ আবিষ্কার করেন। এই সরল সংস্করণটিতে ছিদ্রযুক্ত অন্তরকের ভিতর দিয়ে  বণ্টিত হয়। এই পদ্ধতিতে অভ্যন্তরীণ রোধ হ্রাস করে এবং এইভাবে ব্যাটারি আরও শক্তিশালী প্রবাহ উৎপাদন করে। এটি দ্রুত আমেরিকা এবং ব্রিটিশ টেলিগ্রাফ ব্যবস্থাসমূহের পছন্দের তড়িৎ কোষে পরিণত হয়ে ওঠে এবং ১৯৫০ এর দশক পর্যন্ত এটি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

গ্র্যাভিটি কোষে একটি কাচের জার থাকে, এর ভিতরে নীচের দিকে একটি তামার ক্যাথোড বসানো থাকে এবং কিনারায় ভিতরের দিকে একটি দস্তার অ্যানোড ঝুলানো অবস্থায় স্থাপন করা হয়। কপার সালফেটের স্ফটিকগুলিকে ক্যাথোডের চারপাশে ছড়িয়ে দেওয়া হয় এবং এরপরে জারটি পাতিত পানি দিয়ে ভরা হয়। এরফলে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়, জিঙ্ক সালফেট দ্রবণের একটি স্তর আনোডের উপরের দিকে চারপাশে গঠিত হয়। এই উপরের স্তরটি কম ঘনত্বের ও কোষের বিপরীত মেরুত্বের কারণে নীচের কপার সালফেট স্তর থেকে পৃথক থাকে।

গাঢ় নীল রঙের তামার সালফেট স্তরের বিপরীতে জিঙ্ক সালফেট স্তরটি পরিষ্কার, যার ফলে একজন যন্ত্রবিদ এক নজরেই ব্যাটারির আয়ু পরিমাপ করতে পারে। অন্যদিকে, এই বিন্যাসের অর্থ তড়িৎ কোষটি কেবল নিশ্চল সরঞ্জামে ব্যবহার করা যেতে পারে, অন্যথায় দ্রবণগুলো মিশ্রিত হয়ে যাবে বা উপচে পড়বে। আরেকটি অসুবিধা হলো তড়িৎ প্রবাহ ক্রমাগত উৎপাদনের জন্য দুটি দ্রবণকে ব্যাপনের ফলে মিশ্রিত হওয়া থেকে বিরত রাখতে হয়, তাই এটি সবিরাম ব্যবহারের জন্য অনুপযুক্ত।

পোগেনডর্ফ কোষ 
জার্মান বিজ্ঞানী জোহান ক্রিশ্চিয়ান পোগেনডর্ফ ১৮৪২ সালে সচ্ছিদ্র মাটির পাত্র ব্যবহার করে তড়িৎবিশ্লেষ্য এবং ডিপোলারাইজারকে আলাদা করার সমস্যার সমাধান করেন। পোগেনডর্ফ কোষে, ১৮৫৯ সালের দিকে ইউজিন গ্রেনেটের কাজের কারণে এটি কখনো কখনো গ্রেনেট কোষ নামেও পরিচিত, তড়িৎবিশ্লেষ্য হিসাবে পাতলা সালফিউরিক অ্যাসিড এবং ডিপোলাইজার হিসাবে ক্রোমিক অ্যাসিড ব্যবহৃত হয়। দুটি অ্যাসিডকে বাহ্যিকভাবে একত্রে মিশানো হয়, ছিদ্রযুক্ত পাত্রটি বাদ দেওয়া হয়। ধনাত্মক তড়িৎদ্বার (ক্যাথোড) হিসাবে ব্যবহৃত হয় দুটি কার্বন ফলক, এই ফলকদুটির মধ্যে একটি দস্তার ফলক (ঋণাত্মক বা আনোড) স্থাপন করা হয়। দস্তার (জিংক) সাথে অ্যাসিড মিশ্রণের প্রতিক্রিয়া দেখা দেওয়ার প্রবণতার কারণে, অ্যাসিডে পরিষ্কার করে দস্তার তড়িৎদ্বার উন্নত করার একটি প্রক্রিয়া সমাধান করা হয়।

কোষটি ১.৯ ভোল্ট সরবরাহ করে। তুলনামূলকভাবে উচ্চ ভোল্টেজের কারণে এটি বহু বছর ধরে গবেষকদের কাছে জনপ্রিয় ছিল; ধারাবাহিকভাবে তড়িৎ প্রবাহ উৎপাদন ক্ষমতা এবং এতে যে কোন ধরনের উদ্বায়ী পদার্থের অনুপস্থিত, তবে এর পাতলা কাচের ঘেরের আপেক্ষিক ভঙ্গুরতা এবং কোষ ব্যবহার না করলেও দস্তার ফলক বাড়ানোর প্রয়োজনীয়তার কারণে এটি ব্যবহারে অসুবিধা দেখা দেয়। কোষটি 'ক্রোমিক অ্যাসিড কোষ' নামেও পরিচিত ছিল, তবে মূলত এটি 'বাইক্রোমেট কোষ' নামে পরিচিত। এই পরের নামটি পটাশিয়াম ডাইক্রোমেটে সালফিউরিক অ্যাসিড যুক্ত করে ক্রোমিক অ্যাসিড উৎপাদন করার পদ্ধতি থেকে আসে, যদিও কোষে কোন ডাইক্রোমেট থাকে না।

ফুলার কোষটি পোগেনডর্ফ কোষ থেকে তৈরি হয়েছিল। দুটি অ্যাসিড আবারও একবার সছিদ্র পাত্র দ্বারা পৃথক করা হয় এবং একটি অমলগাম তৈরির জন্য দস্তা পারদ দিয়ে প্রক্রিয়াজাত করা হয় যাতে হয়।

গ্রোভ কোষ
১৮৩৯ সালে ওয়েলসের অধিবাসী উইলিয়াম রবার্ট গ্রোভ গ্রোভ সেল আবিষ্কার করেন। এটিতে সালফিউরিক অ্যাসিডে ডুবানো একটি জিঙ্ক অ্যানোড এবং নাইট্রিক অ্যাসিডে নিমজ্জিত একটি প্লাটিনাম ক্যাথোড থাকে, সচ্ছিদ্র মাটির পাত্র দ্বারা দ্রবণ পৃথক থাকে। গ্রোভ সেল একটি উচ্চতর প্রবাহ এবং ড্যানিয়েল কোষের প্রায় দ্বিগুণ ভোল্টেজ উৎপন্ন করে, যা এটি এক সময় আমেরিকার টেলিগ্রাফ ব্যবস্থার অনুকূল কোষ হিসাবে ব্যবহৃত হতো। তবে এটি পরিচালনা করার সময় বিষাক্ত নাইট্রিক অক্সাইড ধোঁয়া উৎপন্ন করে। আধান হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে ভোল্টেজও তীব্র হ্রাস পায়, যা টেলিগ্রাফ ব্যবস্থাকে আরও জটিল করার জন্য দায়ী হয়ে ওঠে। প্লাটিনাম অতীতেও এবং বর্তমানেও খুবই ব্যয়বহুল পদার্থ।

ডুন কোষ
আলফ্রেড ডুন ১৮৮৫, নাইট্রো-মিউরিয়াটিক অ্যাসিড (অ্যাকোয়া রেজিয়া) - আয়রন এবং কার্বন
নতুন উপাদানটিতে সুবিধাজনকভাবে সক্রিয়-তরল হিসাবে প্রথম ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে যেমন দ্রবণগুলি ঘনীভূত অবস্থায় রয়েছে অত্যন্ত ডিপোলারাইজিং-শক্তি, যা বর্ধমান কার্বন পৃষ্ঠের যান্ত্রিক সুবিধার প্রয়োজন ছাড়াই রাসায়নিকভাবে ডিপোলারাইজেশন করে। ধনাত্মক তড়িৎদ্বার হিসাবে লোহা ব্যবহার করা হয়, এবং সক্রিয়-তরল হিসাবে নাইট্রো মিউরিয়াটিক অ্যাসিড (অ্যাকোয়া রেজিয়া,) মিউরিয়াটিক এবং নাইট্রিক অ্যাসিডের মিশ্রণের ফলে এটি উৎপন্ন হয়। উপরে বর্ণিত নাইট্রো-মিউরিয়াটিক অ্যাসিড উভয় কোষ পূর্ণ করার কাজ করে।কার্বন-কোষের জন্য এটির শক্তিশালী বা খুব হালকা তরলীভূত মিশ্রিণ ব্যবহৃত হয়, তবে অন্যান্য কোষের জন্য খুব তরলীভূত মিশ্রণ ব্যবহৃত হয় (প্রায় বিশ ভাগের এক ভাগ বা সর্বোচ্চ এক দশমাংশ।) কমপক্ষে বিশ ঘণ্টা  বৈদ্যুতিক আলো জ্বালানোর জন্য ব্যবহৃত একটি কোষে কার্বন এবং ঘন নাইট্রো-মিউরিয়াটিক অ্যাসিডযুক্ত উপাদান এবং অন্য কোষে লোহা এবং পাতলা নাইট্রো-মিউরিয়াটিক অ্যাসিড থাকে। (p. 80 গুগল বুকে)

পুনর্ভরণযোগ্য তড়িৎকোষ এবং শুকনো কোষ

লেড-এসিড

এই পর্যায়ে যখন তাদের সমস্ত রাসায়নিক বিক্রিয়া শেষ হয়ে যাবে তখন বিদ্যমান সকল তড়িৎকোষ স্থায়ীভাবে ক্ষয়াপ্রাপ্ত হবে। ১৮৫৯ সালে গ্যাস্টন প্ল্যান্তে লেড-অ্যাসিড ব্যাটারি আবিষ্কার করেন, এটি প্রথমবারের মতো আবিষ্কৃত তড়িৎকোষ যার মধ্য দিয়ে বিপরীত তড়িৎপ্রবাহ চালনা করে পুনঃআধানযুক্ত করা যায়। একটি লেড অ্যাসিড কোষে সালফিউরিক অ্যাসিডে নিমজ্জিত লেড অ্যানোড হিসাবে এবং লেড ডাইঅক্সাইড ক্যাথোড হিসাবে ব্যবহৃহ হয়। উভয় তড়িৎদ্বার অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে লেড সালফেট তৈরির করে, তবে লেড আনোডের বিক্রিয়ায় ইলেক্ট্রন মুক্ত হয় যখন লেড ডাইঅক্সাইডে বিক্রিয়ায় এগুলো গ্রহণ করে, এইভাবে একটি প্রবাহ তৈরি হয়। এই রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির বিপরীত বিক্রিয়া ঘটে যখন ব্যাটারি দিয়ে বিপরীত প্রবাহ চালনা করা হয় এবং এভাবে ব্যাটারি পুনরায় আধানযুক্ত হয়।

প্লান্তের প্রথম মডেলটিতে দুটি লেডের পাত রাবার ফালা দ্বারা পৃথক করা হয় এবং পেঁচিয়ে একটি কুণ্ডলীতে পরিণত করা হয়। কোনও স্টেশনে থামার সময় ট্রেনের কামরাতে আলো জ্বালানোর কাজে তার ব্যাটারিগুলি প্রথম ব্যবহৃত হয়েছিল। একটি লেডের ঝাঁঝরিতে লেড অক্সােইডের লেই চাপ দিয়ে লাগিয়ে একটি প্লেট গঠন করা হয়। ভাল ফলাফলের জন্য একাধিক প্লেট পাশাপাশি স্থাপন করা হয়। এই নকশা অধিক উৎপাদনকে সহজ করে।

অন্যান্য ব্যাটারির তুলনায় প্ল্যান্তের ব্যাটারি যে পরিমাণ শক্তি ধরে রাখতে পারে তার তুলনায় বরং ভারী এবং বিশাল। যাইহোক এটি উল্লেখযোগ্যভাবে প্রচুর তড়িৎ প্রবাহ উৎপাদন করতে পারে। এটিতে খুব কম অভ্যন্তরীণ রোধ রয়েছে যার অর্থ একটি একক তড়িৎকোষ একাধিক বর্তনীতে শক্তি সরবরাহ করতে পারে।

লেড-অ্যাসিড ব্যাটারি আজও মোটরগাড়ি এবং যেখানে ওজন বড় কোন সমস্যা নয় এমন অন্যান্য যন্ত্রে ব্যবহৃত হয়। ১৮৫৯ সাল থেকে এর মূল নীতিটি পরিবর্তন হয়নি। ১৯৩০ এর দশকের গোড়ার দিকে, আধানযুক্ত কোষে সিলিকা যুক্ত করে জেল তড়িৎবিশ্লেষ্য (তরলের পরিবর্তে) তৈরি করা হয়, এটি বহনযোগ্য বায়ুশূণ্য-নল রেডিওর এলটি ব্যাটারিতে ব্যবহৃত হয়। ১৯৭০ এর দশকে, "রূদ্ধ" সংস্করণ প্রচলিত হয়ে ওঠে (সাধারণত "জেল কোষ" বা "এসএলএ" হিসাবে পরিচিত), ব্যাটারিটি ক্ষয় বা নিঃসরণ ছাড়াই বিভিন্ন স্থানে ব্যবহার করা যায়।

বর্তমানের কোষকে দুই ভাগে শ্রেণী বিভাগ করা হয়, "প্রাইমারি" কোষ- যারা কেবলমাত্র তার রাসায়নিক বিক্রিয়া শেষ করা পর্যন্ত প্রবাহ উৎপাদন করে এবং "সেকেন্ডারি" কোষ- যে কোষকে পুনঃআধাযুক্ত করার জন্য রাসায়নিক বিক্রিয়া পশ্চাদ্দিকে ফিরানো যায়।

লেকল্যান্স কোষ 

১৮৬৬ সালে জর্জেস লেকল্যান্স একটি ব্যাটারি আবিষ্কার করেন যা একটি জিংক এনোড এবং ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড ক্যাথোডকে একটি সচ্ছিদ্র উপাদান দিয়ে আবৃত করে অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড দ্রবণের জারে ডুবানো হয়। ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড ক্যাথোডের সাথে সামান্য কার্বন মিশ্রিত করা হয় যা পরিবাহিতা এবং শোষণকে উন্নত করে। এটি ১.৪ ভোল্ট বিভব পার্থক্য সরবরাহ করে। এই কোষ টেলিগ্রাফ, সংকেত প্রেরণ এবং বৈদ্যুতিক ঘণ্টায় ব্যবহারের ক্ষেত্রে খুব দ্রুত সাফল্য অর্জন করে।

দস্তা-কার্বন কোষ, প্রথম শুকনো কোষ 
অনেক পরীক্ষক এটিকে আরও সুবিধাজনক করার জন্য বৈদ্যুতিক-রাসায়নিক কোষের তড়িৎবিশ্লেষ্য স্থির করার চেষ্টা করেন। ১৮১২ সালের জাম্বনি কলাম একটি উচ্চ-ভোল্টেজের শুষ্ক কোষ তবে এটি কেবলমাত্র ক্ষুদ্র প্রবাহ সরবরাহ করতে সক্ষম। সেলুলোজ, কাঠের মিহি গুঁড়ো, কাঁচের গুড়ো, অ্যাসবেস্টস তন্তু এবং সিরিশ-আঠা দিয়ে তৈরি করে বিভিন্ন পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা হয়।

নিকেল-ক্যাডমিয়াম, প্রথম ক্ষারীয় ব্যাটারি
১৮৯৯ সালে ওয়ালডেমার জাঙ্গনার নামে একজন সুইডিশ বিজ্ঞানী নিকেল-ক্যাডমিয়াম ব্যাটারি আবিষ্কার করেছিলেন, এটি একটি পুনর্ভরণযোগ্য তড়িৎকোষ যাতে পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণে নিকেল এবং ক্যাডমিয়াম তড়িৎদ্বার থাকে; এটি ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষ্য ব্যবহার করা প্রথম ব্যাটারি। এটি ১৯১০ সালে সুইডেনে বাণিজ্যিকভাবে উৎপাদন করা হয় এবং ১৯৪৬ সালে যুক্তরাষ্ট্রে প্রসারিত হয়। প্রথম মডেলগুলি শক্তসমর্থ ছিল এবং লেড-অ্যাসিড ব্যাটারির চেয়ে শক্তি ঘনত্ব উল্লেখযোগ্য ছিল, তবে এটি অধিক ব্যয়বহুল ছিল।

বিংশ শতাব্দী: নতুন প্রযুক্তি এবং সর্বব্যাপিতা

নিকেল-লৌহ

ওয়াল্ডেমার জাঙ্গনার ১৮৯৯ সালে তাঁর নিকেল-আয়রন ব্যাটারি পেটেন্ট করেন, একই বছর নিকেল-ক্যাডমিয়াম ব্যাটারি পেটেন্ট করেছিলেন, তবে এটি এর ক্যাডমিয়াম প্রতিরুপের চেয়ে নিম্নতর পাওয়া যায় এবং ফলস্বরূপ, কখনও এটি উন্নত করতে চেষ্টা করেনি।. আধানযুক্ত হওয়ার সময় এটি অনেক বেশি হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করে, যার অর্থ এটি রূদ্ধ করা যায় না, এবং আধানযুক্তকরণ প্রক্রিয়াটি কম কার্যকর ছিল (এটি অবশ্য সস্তা ছিল)।

সাধারণ ক্ষারীয় ব্যাটারি
১৯৫০ এর দশকের শেষ অবধি জিঙ্ক-কার্বন ব্যাটারি একটি জনপ্রিয় প্রাইমারি কোষের ব্যাটারি হিসাবে জনপ্রিয় ছিল, তবে এর তুলনামূলকভাবে কম আয়ুষ্কালের কারণে বিক্রি কম হয়। ইউনিয়ন কার্বাইডে কাজ করা কানাডিয় প্রকৌশলী লুইস ইউরি,  প্রথমে অন্টারিওর ন্যাশনাল কার্বন কোম্পানিতে এবং ১৯৫৫ সালে ওহিয়োর ক্লিভল্যান্ডের ন্যাশনাল কার্বন কোম্পানির পারমা গবেষণা পরীক্ষাগারে, তাকে জিঙ্ক-কার্বন ব্যাটারি আয়ুষ্কাল বাড়ানোর উপায় সন্ধান করার দায়িত্ব দেওয়া হয়। এডিসনের পূর্ববর্তী কাজের উপর ভিত্তি করে ইউরি সিদ্ধান্ত নেন যে এর পরিবর্তে ক্ষারীয় ব্যাটারি আরও ভাল ফল দিবে। তখন পর্যন্ত দীর্ঘস্থায়ী ক্ষারীয় ব্যাটারি অসম্ভব ব্যয়বহুল ছিল। ইউরির ব্যাটারিতে একটি ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড ক্যাথোড হিসাবে এবং ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষ্যের সাথে দস্তা চূর্ণ আনোড হিসাবে থাকে। দস্তা চূর্ণ ব্যবহার করা অ্যানোডকে একটি বৃহত্তর পৃষ্ঠতল দেয়। এই ব্যাটারি ১৯৫৯ সালে বাজারে ছাড়া হয়।

নিকেল-হাইড্রোজেন এবং নিকেল ধাতব-হাইড্রাইড
বাণিজ্যিক যোগাযোগ উপগ্রহের জন্য একটি শক্তি-সঞ্চয়ক উপ-পদ্ধতি হিসাবে নিকেল–হাইড্রোজেন ব্যাটারি বাজারে আসে।

ছোট যন্ত্রগুলির জন্য প্রথম গ্রাহক মানের নিকেল–ধাতব হাইড্রাইড ব্যাটারি (NiMH) ১৯৮৯ সালে বাজারে আসে, ১৯৭০ এর দশকের নিকেল-হাইড্রোজেন ব্যাটারির রুপান্তর হিসাবে এটি বাজারে আসে। NiMH ব্যাটারির আয়ুষ্কাল NiCd ব্যাটারির তুলনায় দীর্ঘতর থাকে (এবং তাদের আয়ুষ্কাল নির্মাতাদের নতুন সঙ্কর ধাতুর পরীক্ষার ফলে বাড়তে থাকে) এবং যেহেতু ক্যাডমিয়াম বিষাক্ত, তাই NiMH ব্যাটারিগুলি পরিবেশের জন্য কম ক্ষতিকারক।

লিথিয়াম এবং লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি 

লিথিয়াম হচ্ছে এক ধরনের ধাতু যার ঘনত্ব সর্বনিম্ন এবং বৈদ্যুতিক-রাসায়নিক শক্তি এবং শক্তি বনাম ওজন অনুপাত বেশি। এর আয়নের কম পারমাণবিক ওজন এবং ছোট আকার এর বিস্তারকে গতি দেয়, এটি ব্যাটারির জন্য একটি আদর্শ উপাদান। ১৯১২ সালে জি.এন. লুইস এর অধীনে লিথিয়াম ব্যাটারির গবেষণা শুরু হয়, তবে বাণিজ্যিক লিথিয়াম ব্যাটারি ১৯৭০ এর দশক পর্যন্ত বাজারে আসেনি। সিআর১২৩এ টাইপের মতো তিন ভোল্টের লিথিয়াম প্রাইমারি কোষ এবং তিন ভোল্ট বোতাম কোষ এখনও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, বিশেষত ক্যামেরা এবং খুব ছোট যন্ত্রে।

১৯৮০ এর দশকে লিথিয়াম ব্যাটারি সম্পর্কিত তিনটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি ঘটে। ১৯৮০ সালে আমেরিকার রসায়নবিদ জন বি. গুডএনাফ LiCoO2 ক্যাথোড (ধনাত্মক লেড) এবং মরোক্কোর গবেষক বিজ্ঞানী রশিদ ইয়াজামি নিরেট তড়িৎবিশ্লেষ্য গ্রাফাইট আনোড (ঋণাত্মক লেড) আবিষ্কার করেন। ১৯৮১ সালে জাপানি রসায়নবিদ টোকিও ইয়ামাবে এবং শিজুকুনি ইয়াতা একটি অবিজাত জৈব যৌগ ন্যানো-কার্বোন্যাসিয়াস-পিএএস (পলিএসিন) আবিষ্কার করেন এবং আবিষ্কার করেন যে এটি প্রচলিত তরল তড়িৎবিশ্লেষ্যে অ্যানোডের জন্য খুব কার্যকর। এটি ১৯৮৫ সালে প্রথম লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্রোটোটাইপ তৈরি করতে জাপানের আসাহি কেমিক্যালের আকিরা ইয়োশিনো পরিচালিত একটি গবেষণা দলকে নেতৃত্ব দেয়, এটি রিচার্জেবল এবং লিথিয়াম ব্যাটারি থেকে আরও স্থিতিশীল; সনি ১৯৯১ সালে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বাণিজ্যিকীকরণ করে।

১৯৯৭ সালে সনি এবং আসাহি কাসেই লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারি বাজারে ছাড়ে। এই ব্যাটারি একটি তরল দ্রাবকের পরিবর্তে একটি কঠিন পলিমার সংমিশ্রণে তাদের তড়িৎবিশ্লেষ্য ধারণ করে এবং তড়িৎদ্বার এবং বিভাজক একে অপরের সাথে স্তরিত হয়। পরবর্তী পার্থক্যটি হলো ব্যাটারিকে অনমনীয় ধাতব আবরণের পরিবর্তে নমনীয় মোড়কে আবদ্ধ করা হয়, যার অর্থ এই জাতীয় ব্যাটারি নির্দিষ্ট যন্ত্রের সাথে মানানসই আকারে তৈরি করা যায়। এই সুবিধাটি মোবাইল ফোন এবং ব্যক্তিগত ডিজিটাল সহায়ক যন্ত্র, এবং বেতার-নিয়ন্ত্রিত বিমানের মতো বহনযোগ্য ইলেকট্রনিক ডিভাইসের নকশায় লিথিয়াম পলিমার ব্যাটারির সুবিধা হয়েছে, কারণ এই ধরনের ব্যাটারি আরও নমনীয় এবং আঁটসাঁট ডিজাইনের মানানসই। সাধারণ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির তুলনায় এগুলির মধ্যে সাধারণত নিম্ন শক্তি ঘনত্ব থাকে।

২০১৯ সালে জন বি. গুডএনাফ, এম. স্ট্যানলি হুইটিংহ্যাম এবং আকিরা ইয়োশিনোকে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উন্নয়নের জন্য ২০১৯ সালে রসায়নে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়।

আরও দেখুন

 Baghdad Battery, a pseudoartifact that has similar properties to a modern battery
 Memory effect
 Comparison of battery types
 History of electrochemistry
 List of battery sizes
 List of battery types
 Search for the Super Battery, a 2017 PBS film

তথ্যসূত্র ও পাদটীকা

ব্যাটারি (বিদ্যুৎ)
ব্যাটারি
আলেসান্দ্রো ভোল্টা
প্রযুক্তির ইতিহাস
তড়িৎকোষ