लिथियम आयन बैटरी प्रौद्योगिकी के मूलभूत

लिथियम आयन बैटरी वास्तव में शक्ति के "उत्पादन" नै करै छै जेना कि अधिकांश लोग एकरा बारे में सोचै छै. ई सब जे करै छै, वू छै उलटय योग्य विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम स॑ विद्युत ऊर्जा के संग्रहीत, तखनिये ओकरा छोड़ै छै जब॑ बाहरी परिपथ करंट के मांग करै छै । एकरा बारे म॑ भ्रम डिजाइन मीटिंग म॑ बहुत आबै छै, खास करी क॑ जब॑ कोय पहलऽ बार बैटरी पैक के आकार दै के कोशिश करी रहलऽ छै ।

डिस्चार्ज के समय दू टा बात होइत छैक। सबसें पहिले, लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट आरू विभाजक के माध्यम स॑ नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) स॑ सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) म॑ पलायन करै छै । दोसर, इलेक्ट्रॉन एनोड सं कैथोड धरि बाहरी परिपथक माध्यम सं बहैत अछि, उपयोगी काज करैत अछि. चार्जिंग के दौरान, आप एक बाहरी वोल्टेज लगाय क॑ प्रक्रिया क॑ उल्टा करै छियै जे आयन आरू इलेक्ट्रॉन क॑ विपरीत दिशा म॑ चलै लेली मजबूर करै छै ।

एक कोशिका जे वोल्टेज पैदा करै छै, वू पूरा तरह स॑ आपने चुनै छै आरू ओकरऽ संबंधित विद्युत रासायनिक विभवऽ प॑ निर्भर करै छै । शेल्फ पर बैठलऽ एगो ताजा कोशिका अपनऽ खुला-सर्किट वोल्टेज-विशेष रूप स॑ अधिकांश लिथियम आयन रसायनऽ के लेलऽ 3.6 स॑ 3.7V के आसपास दिखाय देतै, हालांकि ई संख्या आवेश आरू तापमान के स्थिति के आधार प॑ इम्हर-उम्हर चल॑ छै । एक बेर जखन अहाँ कोनो लोड केँ जोड़ि लेब आ ड्राइंग करंट शुरू करब तखन आंतरिक प्रतिरोधक कारणेँ वोल्टेज खसैत अछि । कतेक ड्रॉप करैत अछि से कोशिका के स्वास्थ्य के बारे में बहुत किछु बताबैत अछि.

Lithium Ion Battery Technology

सब लिथियम आयन कोशिका एक ही मूलभूत परिचालन सिद्धांत साझा करै छै, लेकिन रसायन विज्ञान म॑ काफी अंतर छै । कैथोड सामग्री काफी हद तलक कोशिका केरऽ प्रदर्शन विशेषता क॑ निर्धारित करै छै-ऊर्जा घनत्व, शक्ति क्षमता, चक्र जीवन, तापीय स्थिरता, आरू लागत.

परतदार ऑक्साइड कैथोड पहिल वाणिज्यिक रसायन विज्ञान छल । सोनी न॑ १९९१ म॑ लिकू २ (लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड) स॑ ही एकरा शुरू करलकै, जेकरऽ उपयोग अखनी भी उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स म॑ करलऽ जाय छै, जहां ऊर्जा घनत्व लागत या सुरक्षा मार्जिन स॑ भी अधिक छै । ई कोशिका कोशिका स्तर पर मोटा-मोटी 150-200 wh/kg पैक करैत अछि । कोबाल्ट के महग यद्यपि, आ रसायन 150 डिग्री सं ऊपर अस्थिर भ जाइत छैक . हम देखलौं जे थर्मल रनवे दुर्व्यवहारित कोशिका मे 130 डिग्री धरि कम तापमान पर शुरू होइत अछि ।

बेहतर सुरक्षा आरू कम लागत के लेलऽ ड्राइव के कारण मध्य-}}1990 के दशक म॑ Limn11 (लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड) के कारण छेलै । मैंगनीज गंदगी सस्ता आ स्पाइनल संरचना स्वाभाविक रूप स बेसी स्थिर अछि । ई कोशिका सब ताबत धरि नहि भागि जायत जा धरि अहाँ केँ 250 डिग्री सँ बेसी समय सँ आगू नहि भेटत। ट्रेडऑफ? ऊर्जा घनत्व 100-120 wh/kg होय जाय छै, आरू मैंगनीज समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट म॑ घुल जाय छै, विशेष रूप स॑ ऊंचा तापमान प॑ । साइकिल लाइफ के नुकसान होयत-अहाँ क्षमता 80% सं नीचा गिरय सं पहिने शायद 300-700 चक्र देख रहल छी.

लाइफपो- (लिथियम आयरन फॉस्फेट) 2001 के आसपास देखा गेल आ सुरक्षा के बातचीत बदलि देलक। ओलिविन संरचना चट्टान-ठोस तापीय अछि; 270 डिग्री सं ऊपर धरि थर्मल रनवे नहिं होइत छैक , आ तखनो ई कम हिंसक रहैत छैक. चक्र जीवन बकाया छै,{000+ चक्र 80% क्षमता मानक छै, आरू कुछ कोशिकाओं क॑ 5,000 चक्र स॑ पिछला परीक्षण करलऽ गेलऽ छै । एकरऽ नकारात्मक पहलू वोल्टेज छै: केवल 3.2V नाममात्र, आरू ऊर्जा घनत्व 90-120 wh/kg तलक सीमित छै । संगहि, फॉस्फेट पेटेंट के स्थिति सालों सं गन्दा छल.

एनएमसी (लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड) आरू एनसीए (लिथियम निकेल कोबाल्ट एल्यूमीनियम ऑक्साइड) "संतुलित" रसायन विज्ञान के रूप म॑ उभरलै । निकेल, मैंगनीज, आरू कोबाल्ट क॑ विभिन्न अनुपातऽ म॑ मिश्रण करी क॑-सामान्य छै एनएमसी 111, 532, 622, आरू 811 जहाँ संख्या सापेक्षिक धातु सामग्री क॑ इंगित करै छै-आप प्रदर्शन क॑ ट्यून करी सकै छियै । उच्च निकेल सामग्री ऊर्जा घनत्व क॑ 200-250 wh/kg के तरफ ऊपर धकेल॑ छै लेकिन तापीय स्थिरता आरू चक्र जीवन केरऽ लागत प॑ । एनएमसी 811 कोशिका 250 डब्ल्यूएच/किलोग्राम कें हिट कयर सकय छै मुदा बहुत अधिक सावधानीपूर्वक तापीय प्रबंधन कें जरूरत छै.

एनोड पक्ष पर, ग्रेफाइट पहिल दिन सं मानक अछि. सैद्धांतिक क्षमता 372 एमएएच/जी छै, आ वाणिज्यिक कोशिका आमतौर पर 340-360 एमएएच/जी प्राप्त करय छै. चार्जिंग के दौरान ग्राफीन परतऽ के बीच लिथियम इंटरकैलेट करै छै, जेकरा स॑ ग्रेफाइट आयतन क॑ मोटा-मोटी 10% तक विस्तार देलऽ जाय छै । ई यांत्रिक तनाव साइकिल चलाबय सं बेसी क्षमता फीका पड़य मे योगदान दैत अछि.

सिलिकॉन एनोड एखन करीब पन्द्रह साल स "अगिला पैघ चीज" अछि। सिलिकॉन के सैद्धांतिक क्षमता 4,200 mAh/g-दस गुना से अधिक ग्रेफाइट|समस्या ई छै कि, सिलिकॉन लिथियम क॑ सोखला प॑ ३००% के विस्तार होय छै । एहि सँ किछु चक्रक बाद एनोड केँ अलग-अलग तोड़ि दैत अछि । वर्तमान दृष्टिकोण सिलिकॉन -गैलिकॉन सामग्री के साथ Graphite मिश्रण के उपयोग आमतौर पर 10% स॑ नीचे छै ताकि विस्तार क॑ प्रबंधनीय रखै के लायक रखै के चाही । तइयो, पहिल-चक्र अपरिवर्तनीय क्षमता हानि सिलिकॉन युक्त एनोड मे 15-25% तक चलैत अछि बनाम शुद्ध ग्रेफाइट के लेल 5-10%.

बेलनाकार कोशिका शायद ओ अछि जे बेसी लोक जखन "बैटरी" सोचैत छथि तखन चित्रित करैत छथि|18650 केरऽ प्रारूप (18 मिमी व्यास, 65 मिमी लंबाई) 2000 केरऽ दशक केरऽ शुरुआत म॑ एकरा प॑ मानकीकृत लैपटॉप निर्माता के बाद सर्वव्यापी होय गेलै । टेस्ला मूल रोडस्टर में हुनका सब के प्रसिद्ध रूप स उपयोग करैत छल|विशिष्ट 18650 क्षमता रसायन विज्ञान कें आधार पर 2,000-3,500 एमएएच आ ऊर्जा या बिजली कें लेल अनुकूलित करय कें छै या नहि.

नयऽ 21700 प्रारूप (21mm × 70mm) जे टेस्ला आरू पैनासोनिक संयुक्त रूप स॑ विकसित करलऽ गेलऽ छै, लगभग 50% अधिक ऊर्जा प्रति कोशिका-4,000-5,000 एमएएच म॑ आबै छै । पैघ व्यास सक्रिय सामग्री कें अनुपात आ निष्क्रिय घटक (वर्तमान संग्रहकर्ता, कैन, सुरक्षा उपकरणक), पैक स्तर पर ऊर्जा घनत्व मे सुधार करयत छै. मैन्युफैक्चरिंग लाइन कए रिटूल करय पड़ल, जेकर हिस्सा अछि जे गोद लेबा मे किछु समय लागल।

प्रिज्मीय कोशिका मोटर वाहन उद्योग केरऽ बेहतर अंतरिक्ष उपयोग केरऽ इच्छा स॑ ऐलै । एकटा डिब्बा कें सिलेंडर सं भरय कें बजाय आ ओय सबटा शून्य स्थान कें छोड़य कें बजाय, अहां आयताकार कोशिका बनायत छी जे कुशलता सं ढेर भ जायत छै. मोटर वाहन-ग्रेड प्रिज्मीय कोशिका 20ah सँ 100ah क्षमता सँ बेसी धरि होइत अछि|इ सब पैकेजिंग कें दृष्टिकोण सं थर्मल-प्रबंधन कें लेल आसान छै, कियाकि अहां सीधे समतल पक्षक कें खिलाफ ठंडा करय कें प्लेट डाल सकय छी. एकरऽ नकारात्मक पहलू ई छै कि आहाँ क॑ अपनऽ सब अंडा कम टोकरी म॑ मिललऽ छै-यदि एक बड़ऽ प्रिज्मीय कोशिका विफल होय जाय छै त॑ अगर एक छोटऽ बेलनाकार कोशिका विफल होय जाय छै त॑ आपने के क्षमता कम होय जाय छै ।

पाउच कोशिका धातु क॑ पूरा तरह स॑ खत्म करी क॑ अंतरिक्ष दक्षता विचार क॑ आरू आगू बढ़ाबै छै । कोशिका क॑ एक लचीला एल्यूमीनियम म॑ सील करलऽ जाय छै-प्रयोजित पाउच । इ शायद 10-15% वजन बनाम एकटा प्रिज्मीय डिब्बा कें बचत करयत छै, आ प्रारूप अत्यंत लचीला छै-अहां ओकरा कोनों आकार बना सकय छी या एप्लीकेशन कें आवश्यकता कें आकार द सकय छै. ईवी निर्माता हुनका पसंद करय छै, कियाकि अहां ओकरा सीधा ठंडा करय वाला प्लेट मे ढेर करय सकय छी. कमजोरी यांत्रिक छै: ओकरा इलेक्ट्रोड डिलेमिनेशन कें रोकय कें लेल इलेक्ट्रोड डिलेमिनेशन कें रोकय कें लेल बाहरी संपीड़न कें जरूरत छै, आ ओ पंचर क्षति कें लेल बेसि कमजोर छै.

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विभाजक पर बेसी ध्यान नहिं भेटैत छैक, मुदा ई तर्कसंगत रूप सं सुरक्षा घटक सब सं महत्वपूर्ण अछि. ई एगो पतला (16-25 μm आम तौर प॑) झरझरा झिल्ली छै जे एनोड आरू कैथोड क॑ स्पर्श स॑ बचाबै छै जबकि लिथियम आयन क॑ गुजरै के अनुमति दै छै । प्रारंभिक विभाजक एकल-परत पॉलीइथिलीन (पीई) या पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) छल ।

आधुनिक उच्च-प्रदर्शन विभाजक त्रिलेखक संरचना के प्रयोग करैत अछि, आमतौर पर पीपी/पीई/पीपी|पीई परत मे पीपी (165 डिग्री ) सं कम गलनांश (135 डिग्री ) होइत अछि । यदि कोशिका अधिक गरम होय जाय छै, त पीई पिघल॑ जाय छै आरू छिद्रऽ क॑ भर॑ छै, जेकरा स॑ तापमान खतरनाक स्तर प॑ पहुँचै स॑ पहल॑ आयनिक परिवहन क॑ बंद करी देलऽ जाय छै । एकरा थर्मल शटडाउन कहलऽ जाय छै, आरू ई थर्मल रनवे स॑ पहल॑ ई आपनो डिफेंस केरऽ आखिरी लाइन छै ।

सिरेमिक-कोटेड सेपरेटर एकटा आओर सुरक्षा मार्जिन जोड़ैत अछि. विभाजक केरऽ एक या दोनों तरफऽ के एल्यूमिना या अन्य सिरेमिक कणऽ के एक पतला (2-4 μm) कोटिंग संरचनात्मक अखंडता क॑ बरकरार रखै छै भले ही बहुलक पिघल॑ जाय । कोटिंग एतेक छिद्रपूर्ण अछि जे आयनिक परिवहन जारी रहैत अछि , मुदा ई इलेक्ट्रोड केँ 150 डिग्री सँ ऊपरक तापमान पर सेहो छोट-सर्किट सँ रोकैत अछि|नकारात्मक पक्ष लागत-सिरेमिक-कोटेड सेपरेटर 2-3× मानक विभाजक के कीमत-आ किछु बेसी प्रतिबाधा चलाबय के अछि |

छिद्रता आमतौर पर 40-50% चलैत अछि. बहुत कम आ आयनिक प्रतिरोध ऊपर चलि जाइत अछि, जे बिजली क्षमता सीमित भ जाइत अछि । बहुत बेसी आ यांत्रिक ताकत के नुकसान होइत छैक। छिद्र आकार वितरण सेहो महत्व रखैत अछि; गुर्ली नंबर (एयर पारगम्यता परीक्षण) एकटा मानक स्पेक्स अछि । अधिकांश ईवी ग्रेड विभाजक 200-400 सेकंड/100सीसी कें लक्ष्य रखयत छै.

लिथियम आयन कोशिका में इलेक्ट्रोलाइट अहां के सोच सं बेसी जटिल अछि. आधार सूत्रीकरण आमतौर पर एक लिथियम नमक -LITHIUM HEXAFLOOFOSPHATE) कोशिकाओं की 95%+ में -जैलिक कार्बोनेट के मिश्रण में घुले हुए है|आम विलायक म॑ एथिलीन कार्बोनेट (ईसी), डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी), डाइथाइल कार्बोनेट (डीईसी), आरू एथिल मिथाइल कार्बोनेट (ईएमसी) शामिल छै ।

LIPF₆ एकाग्रता आमतौर पर 1.0 स 1.2 मीटर (मोलर) के आसपास होयत छै. अधिक सांद्रता एक बिन्दु तक आयनिक चालकता में सुधार करै छै, लेकिन 1.3 मीटर या एकरा स॑ भी आगू बढ़ी क॑ आप कम तापमान प॑ नमक के अवक्षेप मिलना शुरू करी दै छै । LIPF₆ क॑ मुद्दा-ई नमी छै-संवेदनशील आरू 60 डिग्री स॑ ऊपर के सड़ै शुरू करै छै -लेकिन लिबोब या लिफसी जैसनऽ विकल्प लागत या अन्य ट्रेडऑफ के कारण एकरा अभी विस्थापित नै करलकै ।

कार्बोनेट विलायक मिश्रण एप्लीकेशन कें लेल ट्यून भ जायत छै. ईसी मे उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक आ नीक sei- बनैत अछि, मुदा ई 36 डिग्री पर फ्रीज भ' जाइत अछि . कम-तापमान प्रदर्शन कें बनाए रखय कें लेल अहां कें एकरा निचला-विजयी कार्बोनेट जैना डीएमसी या ईएमसी जैना मिश्रण कें जरूरत छै. एकटा विशिष्ट सूत्रीकरण ईसी:डीएमसी 1:1 के अनुसार भ सकैत अछि, या ईसी:एमसी 3:7. सटीक अनुपात स्वामित्व आ निकट पहरा देल गेल अछि ।

एडिटिव्स ओ जगह अछि जतय असली रसायन विज्ञान जादू होइत अछि । आधुनिक इलेक्ट्रोलाइट्स म॑ विभिन्न एडिटिव्स केरऽ 2-5% वजन होय छै जे एसईआई केरऽ गठन क॑ संशोधित करै छै, ओवरचार्ज क॑ रोकै छै, गैस जनरेशन क॑ दबाबै छै, या उच्च-प्रणाली स्थिरता म॑ सुधार करै छै । ग्रेफाइट एनोड पर एसईआई गुणवत्ता म॑ सुधार लेली 1-2% प॑ विनाइलीन कार्बोनेट (वीसी) लगभग सार्वभौमिक छै । फ्लोरोएथिलीन कार्बोनेट (FEC) सिलिकॉन युक्त एनोड कें लेल बेहतर काज करय छै. ई यौगिक प्रारंभिक चार्जिंग चक्र के दौरान प्राथमिकता स॑ कम होय जाय छै, जेकरा स॑ एनोड प॑ एक सुरक्षात्मक परत बनी जाय छै जे आय आय आय आय आयिक रूप स॑ प्रवाहकीय लेकिन इलेक्ट्रॉनिक रूप स॑ इन्सुलेटिंग होय छै ।

बाइफेनिल या साइक्लोहेक्सिलबेंजीन जैना ओवरचार्ज प्रोटेक्शन एडिटिव्स 4.5V कें आसपास बहुलकीकरण शुरू करयत छै, जे एकटा आंतरिक शंट कें निर्माण करयत छै जे वोल्टेज कें आगू चढ़य सं रोकय छै. एहि सं अहां के किछ सुरक्षा मिलत अगर बीएमएस फेल भ जाएत अछि, हालांकि एहि पर भरोसा करनाय जाहिर अछि जे डिजाइन के सर्वोत्तम अभ्यास नहि अछि.

एसईआई संभवतः लिथियम आयन बैटरी संचालन केरऽ सबसें कम समझलऽ जाय छै लेकिन सबसें महत्वपूर्ण पहलू छै । पहिलऽ कुछ चार्जिंग चक्र के दौरान, इलेक्ट्रोलाइट घटक एनोड सतह के साथ प्रतिक्रिया करै छै, जेकरा स॑ एक निष्क्रियता परत बन॑ छै । ई परत महत्वपूर्ण छै: एकरा आय आय आयनात्मक रूप स॑ प्रवाहकीय होना चाहियऽ (लिथियम आयन के माध्यम स॑ अनुमति दै लेली) लेकिन इलेक्ट्रॉनिक रूप स॑ इन्सुलेटिंग (आगू इलेक्ट्रोलाइट अपघटन क॑ रोकै लेली) । एसईआई संरचना एक गंदगी छै{-लिथियम लवण, कार्बनिक यौगिक, आरू बहुलक सब क॑ एक साथ एक परत 10-100 एनएम मोटाई म॑ एक साथ मिलाबै छै ।

अच्छा एसईआई गठन एक कोशिका के बीच के अंतर छै जे 500 बार चक्रीय होय छै आरू एक जे 3,000 बार चक्रीय होय छै. समस्या ई जे एसईआई स्थिर नहि अछि। ई एनोड म॑ आयतन म॑ बदलाव के दौरान दरार डालै छै, जेकरा स॑ ताजा सतह के उजागर करलऽ जाय छै जे नुकसान क॑ ठीक करै लेली अधिक इलेक्ट्रोलाइट आरू लिथियम के सेवन करै छै । यही कारण छै कि साइकिल चलाबै के दौरान क्षमता फीका होय जाय छै, तब भी जबे आपने कोठरी के साथ कोमल होय जाय छै.

गठन साइकिलिंग एकटा महत्वपूर्ण निर्माण चरण अछि। कोशिका एक या एक स॑ अधिक धीमा आवेश स॑ गुजरै छै-नियंत्रित तापमान प॑ डिस्चार्ज चक्र स॑ गुजरै छै ताकि प्रारंभिक एसईआई स्थापित करलऽ जाय सक॑ । गठन प्रोटोकॉल मालिकाना अछि, मुदा विशिष्ट पहिल{-साइकिल चार्जिंग दर C/20 सँ C/10 अछि, आ एहि प्रक्रिया मे 24-48 घंटा लागि सकैत अछि । निर्माता गठन वोल्टेज सीमा, तापमान, आराम अवधि, आरू साइकिलिंग पैटर्न क॑ अनुकूलित करै छै ताकि संभव सबसें स्थिर एसईआई पैदा करलऽ जाय सक॑ । ई गलत भेला पर अहाँक जीवन साइकिल चला रहल अछि।

कैलेंडर बुढ़ापा-क्षमता हानि तखनो जखन कोशिका बस बैसल रहैत अछि-बहुत हद तक एकटा एसईआई घटना सेहो अछि. ओपन सर्किट पर एसईआई धीरे-धीरे बढ़ैत रहैत अछि, जाहि मे साइकिलेबल लिथियम क खपत होइत अछि । उच्च आवेश आ उच्च तापमान पर भंडारण एकरा मे तेजी अनैत अछि । 100% एसओसी पर संग्रहीत कोशिका आ 60 डिग्री एक साल मे 20% क्षमता के नुकसान भ सकैत अछि, जखन कि 50% एसओसी आ 25 डिग्री पर वैह सेल 3% के नुकसान भ सकैत अछि।

लिथियम आयन कोशिका ओवरचार्ज, ओवर-डिस्चार्ज, आरू अनुचित तापमान पर चार्जिंग के प्रति संवेदनशील होय छै. यही कारण छै कि हर मल्टी-सेल बैटरी पैक क॑ बीएमएस (बैटरी मैनेजमेंट सिस्टम) के जरूरत छै ।

मानक चार्जिंग विधि स्थिर धारा/निरंतर वोल्टेज (CC-सीवी) छै. सीसी चरण के दौरान, आप एक निश्चित दर पर कोशिका म॑ धक्का दै छै-आविक रूप स॑ अधिकांश कोशिका के लेलऽ 0.5C स॑ 1C, हालांकि कुछ उच्च-पावर कोशिका 3C या ओकरा स॑ अधिक क॑ संभाली सकै छै । सेल चार्ज के साथ वोल्टेज बढ़ता है|जब वोल्टेज ऊपरी सीमा (अधिकांश रसायन के लिए 4.2V, LFP के लिए 3.65V, 4.3V या 4.35V कुछ उच्च-ऊर्जा एनएमसी वेरिएंट के लिए), आप सीवी मोड पर स्विच करते हैं|करंट टेपर ऑफ के रूप म॑ सेल फुल चार्ज के नजदीक आबै छै, आम तौर प॑ काटै छै जब॑ करंट C/20 या C/50 स॑ नीचे गिर जाय छै ।

फास्ट चार्जिंग बेसी जटिल अछि। उच्च आवेश दर एनोड पर लिथियम प्लेटिंग क॑ तेज करै छै, जे खतरनाक छै-धातु लिथियम अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होय छै आरू आंतरिक शॉर्ट्स या डेंड्राइट केरऽ निर्माण केरऽ कारण बनी सकै छै जे विभाजक म॑ प्रवेश करै छै । तेजी स॑ -सुरक्षित होय क॑, आपक॑ ई समझै के जरूरत छै कि वोल्टेज, करंट, आरू तापमान लिथियम चढ़ाना शुरुआती स्थिति के साथ कोना बातचीत करै छै ।

मुद्दा ई छै कि आपने सीधे सीलबंद कोशिका म॑ लिथियम चढ़ाना नै नाप॑ सकै छियै । एकरा आन संकेतसँ अनुमान लगाबय पड़त। एकटा दृष्टिकोण एनोड पोटेंशियल बनाम लिथियम मेटल संदर्भ कें ट्रैक करनाय छै. यदि एनोड विभव 0V बनाम li/li4 स॑ नीचें जाय छै, त॑ चढ़ैलऽ जाय रहलऽ छै । समस्या ई छै, अधिकांश वाणिज्यिक कोशिका में संदर्भ इलेक्ट्रोड नै छै.

फास्ट चार्जिंग के दौरान तापमान बढ़नाय सेहो मायने रखैत अछि. 2C पर एक कोशिका चार्जिंग अपनऽ आंतरिक तापमान म॑ सक्रिय शीतलन के साथ भी परिवेश स॑ 15-}}}20 डिग्री ऊपर बढ़ैलऽ जाय सकै छै । ठंडा तापमान पर, ई वास्तव म॑ सहायक होय छै-एक ठंडा कोशिका (कहऽ -10 डिग्री ) म॑ बहुत खराब शक्ति क्षमता होय छै, लेकिन अगर आप मध्यम दर (0.5c) प॑ चार्ज करी क॑ एकरा गर्म करी सकै छियै त॑ प्रदर्शन म॑ सुधार होय छै । कुछ ईवी वास्तव म॑ ई काम क॑ जानबूझ क॑ ई काम करै छै: ठंडा मौसम म॑, वू एक संक्षिप्त उच्च-वर्तमान चार्ज पल्स चलाबै छै ताकि बैटरी क॑ गर्म करी क॑ ड्राइवर क॑ त्वरण लेली उच्च शक्ति के मांग करलऽ जाय सक॑ ।

सेल बैलेंसिंग जरूरी छै, कैन्हेंकि सीरीज म॑ कोशिका कभियो एकदम मेल नै खाबै छै । निर्माण सहिष्णुता, स्व-डिस्चार्ज दर, आ पैक भर मे थर्मल ढाल मे छोट अंतर के कारण वोल्टेज बहाव के कारण बनैत अछि|यदि अहां बिना बैलेंसिंग के कोनों सीरीज स्ट्रिंग चार्ज करय छी त किछ सेल दोसर सं पहिने ऊपरी वोल्टेज सीमा पर टकराइत अछि. मजबूत कोशिका के अंडरचार्ज छै, कमजोर कोशिका के ओवरचार्ज छै, आरू प्रदर्शन के नुकसान होय छै.

निष्क्रिय संतुलन उच्च-वोल्टेज कोशिका स॑ ऊर्जा स॑ खून बहाबै लेली प्रतिरोधक के उपयोग करै छै । ई सरल आ सस्ता अछि मुदा गर्मी के रूप में ऊर्जा के बर्बाद करैत अछि । सक्रिय बैलेंसिंग उच्च कोशिका स॑ कम कोशिका म॑ ऊर्जा के स्थानांतरण करै लेली DC{-डीसी कन्वर्टर या संधारित्र के उपयोग करै छै । बेसी कुशल, बेसी जटिल, बेसी महग। 400V ईवी पैक कें लेल, निष्क्रिय संतुलन 50-100W कें लगातार बर्बाद कयर सकय छै, जे ड्राइविंग पावर कें तुलना मे नगण्य छै मुदा समय कें साथ जोड़य छै.

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एक लिथियम आयन कोशिका म॑ ताप जनरेशन तीन स्रोतऽ स॑ आबै छै: अपरिवर्तनीय ताप (आतंरिक प्रतिरोध स॑ जौल ताप), प्रतिवर्ती ताप (इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया केरऽ एन्ट्रोपी परिवर्तन), आरू साइड रिएक्शन स॑ ताप । निम्न स मध्यम C-दर पर, प्रतिवर्ती ताप हावी भ जाइत अछि । उच्च C{{-दर पर, अपरिवर्तनीय ताप अपन कब्जा जमा लैत अछि ।

प्रतिवर्ती ताप शब्द रोचक छै, कैन्हेंकि ई एसओसी के आधार पर चिन्ह बदलै छै. अधिकांश लिथियम आयन केमिस्ट्री के लेलऽ, चार्जिंग कम SOC प॑ गर्मी पैदा करै छै लेकिन उच्च SOC प॑ गर्मी क॑ सोख॑ छै । डिस्चार्जिंग एकर उल्टा करैत अछि। क्रॉसओवर पॉइंट आमतौर पर लगभग 50-60% एसओसी छै. यही कारण छै कि अगर करंट पर्याप्त कम होय जाय छै त॑ चार्जिंग केरऽ अंतिम चरण के दौरान कोशिका के तापमान वास्तव म॑ गिरी जाय छै ।

आंतरिक प्रतिरोध तापमान, SOC, आ उम्र बढ़य के साथ भिन्न होयत छै. 25 डिग्री पर , एकटा ताजा 18650 कोशिका मे 40- 60 मिलिओहम्स डीसी प्रतिरोध भ सकैत अछि । -20 डिग्री पर , जे 200-300 मिलिओहम तक कूद सकैत अछि । इएह कारण अछि जे ठंढा-मौसम ईवी रेंज एतेक नाटकीय रूप सं खसि पड़ैत अछि. कम तापमान पर रसायन विज्ञान न॑ न सिर्फ धीमा छै, बल्कि आंतरिक प्रतिरोध बढ़ोत्तरी के मतलब छै कि कोशिका के भीतर गर्मी के रूप म॑ बैटरी केरऽ ऊर्जा के अधिक बर्बाद होय जाय छै ।

थर्मल रनवे थ्रेशोल्ड केमिस्ट्री पर निर्भर करैत अछि । एनएमसी कोशिका के लेल, बहिःतापीय अपघटन प्रतिक्रिया 180-220 डिग्री के आसपास शुरू होइत अछि . एक बेर शुरू भ गेलाक बाद तापमान 10-50 डिग्री प्रति सेकंड पर बढ़ि सकैत अछि, जाहि सं 800 डिग्री या ओहि सं बेसी समय धरि पहुंचल जा सकैत अछि. एलएफपी बहुत सुरक्षित अछि; थर्मल रनवे केरऽ शुरुआत 270 डिग्री + छै आरू अधिकतम तापमान कम होय जाय छै ।

एकटा पैक मे कोशिका के बीच प्रसार असली खतरा अछि. यदि एक कोशिका थर्मल रनवे में जाय छै त॑ वू अपनऽ पड़ोसी क॑ गरम करी दै छै । पड़ोसी कोशिका भी भागै छै कि नै, ई शीतलन क्षमता, कोशिका अंतराल, आरू इन्सुलेशन पर निर्भर करै छै. UL 9540A प्रसार परीक्षण एक कोशिका क॑ थर्मल भगदड़ म॑ मजबूर करी क॑ आरू निगरानी करी क॑ एकरऽ अनुकरण करै छै कि नै समीपस्थ कोशिका के पालन करलऽ जाय छै कि नै । नीक पैक डिजाइन मे एकटा सेल मे विफलता या बेसी सं बेसि एकटा छोट मॉड्यूल होयत छै.

शीतलन रणनीति अलग-अलग होइत अछि। एयर कूलिंग सरल होयत छै-कोष्ठक या पैक पर हवा कें झोंका करूं. पीएचईवी या ऊर्जा भंडारण प्रणाली जैना कम बिजली घनत्व अनुप्रयोगक कें लेल ठीक छै. उच्च-प्रदर्शन ईवी कें लेल तरल शीतलन आवश्यक छै. अधिकांश डिजाइन मे ठंडा प्लेट या शीतलन चैनल कें माध्यम सं 10-25 लीटर प्रति मिनट पर 50:50 पानी-ग्लाइकोल मिश्रण कें उपयोग कैल जायत छै. इनलेट तापमान आमतौर पर 20-35 डिग्री तक नियंत्रित कैल जायत छै . बैटरी पैक तापमान ढाल कें 5 डिग्री मैक्स सं कम होबाक चाही ताकि गर्म कोशिका कें त्वरित उम्र बढ़य सं बचल जा सकय.

कुछ प्रयोगात्मक डिजाइन म॑ सर्द शीतलन, ढांकता हुआ द्रव म॑ विसर्जन शीतलन, या चरण- सामग्री बदलै के प्रयोग करलऽ जाय छै । सर्द शीतलन सं बेसि गर्मी कें बाहर खींच सकय छै मुदा एकटा बेसि जटिल एसी सिस्टम कें आवश्यकता होयत छै. विसर्जन शीतलन मे उत्कृष्ट ताप हस्तांतरण गुणांक (500-2,000 W/m2k बनाम 50-150 W/m2k अप्रत्यक्ष तरल शीतलन कें लेल) छै मुदा सीलिंग आ द्रव संगतता चुनौतियक छै. पीसीएमएस निष्क्रिय रूप सं काज करय छै मुदा अंततः संग्रहीत गर्मी कें अस्वीकार करय कें जरूरत छै, अइ कें लेल इ मुख्य रूप सं तेजी सं चार्जिंग या कठोर त्वरण कें दौरान क्षणिक ठंडा करय मे मदद करय छै.

क्षमता फीका आ प्रतिबाधा वृद्धि दू मुख्य क्षरण तंत्र अछि । ई सब एक साथ घटित होय वाला कई अलग-अलग भौतिक आरू रासायनिक प्रक्रिया के कारण होय छै.

एनोड पक्ष पर एसईआई केरऽ विकास स॑ चक्रीय लिथियम आरू इलेक्ट्रोलाइट के सेवन होय छै, जेकरा स॑ प्रतिरोध बढ़ी जाय छै । ग्रेफाइट एक्सफोलिएशन हो सकै छै अगर कोशिका क॑ कम तापमान प॑ चार्ज करलऽ जाय छै-प्रतिकैलेशन के बजाय ग्रेफाइट सतह प॑ लिथियम प्लेट, आरू जब॑ ई अंततः इंटरकैलेट होय जाय छै, त॑ ग्रेफाइट संरचना क॑ अलग करी दै छै । ई प्रायः अपरिवर्तनीय होइत अछि । ऊंचा तापमान पर बाइंडर अपघटन के कारण कणऽ के बीच विद्युत संपर्क के नुकसान होय छै ।

कैथोड अपघटन संक्रमण धातु विघटन (विशेष रूप स॑ एलएमओ या मैंगनीज म॑ मैंगनीज-नामसी म॑), उच्च-निकेल कैथोड म॑ बार-बार लिथियम सम्मिलन/निष्कर्षण, आरू सतह के पुनर्निर्माण स॑ संरचनात्मक परिवर्तन शामिल छै । घुललऽ संक्रमण धातु एनोड म॑ परिणत होय जाय छै, जहां वू एसईआई केरऽ विकास क॑ उत्प्रेरक बनाबै छै, ई लेली कैथोड अपघटन अप्रत्यक्ष रूप स॑ एनोड केरऽ क्षरण म॑ तेजी लानै छै ।

इलेक्ट्रोलाइट अपघटन आरू गैस जनरेशन उच्च वोल्टेज आरू उच्च तापमान प॑ बड़ऽ समस्या छै । आम गैस मे CO2, CO, आ कार्बोनेट अपघटन सं विभिन्न हाइड्रोकार्बन शामिल छै. पाउच सेल में पाउच के दृश्यमान रूप में सूजन देखब। हार्ड केस वाला बेलनाकार या प्रिज्मीय कोशिका मे, दाब कें निर्माण तखन तइक होयत छै जखन तइक सुरक्षा वेंट नहि खुल जायत छै (आम तौर पर 10-15 बार पर) ।

लिथियम इन्वेंट्री कें नुकसान एकटा प्रमुख फीका तंत्र छै. हर बेर एसईआई एनोड पर अपरिवर्तनीय रूप सं लिथियम प्लेट बढ़ै छै, तखन किछु लिथियम कें साइकिल कें पूल सं बाहर निकालल जायत छै. अन्ततः अहाँ भागि जाइत छी आ क्षमता घटैत अछि ।

आंतरिक शॉर्ट्स सं अचानक विफलता भ सकय छै. अधिकांश शॉर्ट्स छोटका सँ शुरू होइत अछि-एकटा छोट सन धातुक कण विभाजक पंचर करैत अछि, वा एकटा लिथियम डेन्ड्राइटक माध्यम सँ बढ़ैत अछि । शॉर्ट एकटा हॉट स्पॉट बनाबैत अछि, जे स्थानीय स्तर पर क्षरण मे तेजी अनैत अछि, जे छोट कए आओर खराब करैत अछि, आ अहाँकेँ सकारात्मक प्रतिक्रिया लूप भेटैत अछि । कखनो काल कोशिका आत्म-जँ छोट सन पिघलैत अछि तँ ठीक भ' जाइत अछि । आन बेर ई थर्मल रनवे दिस बढ़ैत अछि ।

कील पैठ परीक्षण (एक चार्ज सेल कें माध्यम सं स्टील कील कें जबरन) एकटा मानक दुरुपयोग परीक्षण छै. एलएफपी कोशिका आमतौर पर नाखून में प्रवेश सं थर्मल रनवे में नहिं जाइत अछि. एनएमसी कोशिका अक्सर करै छै, हालांकि बेहतर विभाजक आरू कम विशिष्ट ऊर्जा वाला डिजाइन कखनी-कखनी पास होय सकै छै.

चित्र 5 मध्यम चक्रीय परिस्थितिक (1c चार्ज/डिस्चार्ज, 25 डिग्री , 100% डीओडी) कें तहत कई रसायन विज्ञानक कें लेल क्षमता धारण बनाम चक्र संख्या.

अहां सीधा नाप नहि सकय छी जे लिथियम आयन कोशिका मे कतेक ऊर्जा अछि. अहां कें एकर अनुमान अन्य मापन सं करय पड़तय: वोल्टेज, करंट, आ तापमान.

सरलतम SOC अनुमान विधि वोल्टेज -आधारित अछि|प्रत्येक रसायन विज्ञान के एक विशेषता खुला-सर्किट वोल्टेज बनाम SOC वक्र होयत छै. कोशिका केरऽ कुछ समय लेली आराम करला के बाद वोल्टेज क॑ मापलऽ जाय (आतंरिक प्रतिरोध क्षय स॑ क्षणिक वोल्टेज केरऽ बूंदऽ क॑) ओकरा ओसीवी वक्र प॑ ऊपर देखऽ, आरू आप SOC क॑ पता छै । समस्या ई छै कि, कोशिका के वास्तविक अनुप्रयोगऽ म॑ आराम करै लेली बहुत कम समय मिलै छै ।

कूलम्ब गिनती मानक दृष्टिकोण अछि। अहाँ समय के साथ करंट के एकीकृत करैत छी जे चार्ज इन-आउट ट्रैक करैत अछि. यदि अहां कोनों ज्ञात एसओसी सं शुरू करय छी त अहां कोनों समय नव एसओसी कें गणना कयर सकय छी. सटीकता अहां कें करंट सेंसर (±0.5% विशिष्ट छै) आ सही क्षमता कें जाननाय पर निर्भर करय छै. समय कें साथ त्रुटि जमा भ जायत छै, अइ कें लेल अहां कें पूरा आवेश या डिस्चार्ज चक्र करय सं समय-समय पर रिकैलिब्रेट करय कें जरूरत छै.

मॉडल-आधारित विधियाँ कोशिका के एक समतुल्य सर्किट मॉडल या विद्युत रासायनिक मॉडल का प्रयोग करता है|अहां टर्मिनल वोल्टेज आ करंट कें मापैत छी, ओकरा अपन मॉडल कें माध्यम सं चलाऊं, आ एसओसी सहित आंतरिक अवस्था निकालूं. विस्तारित कलमन फिल्टर या समान राज्य पर्यवेक्षक आम अछि । इ दृष्टिकोण बहुत सटीक (±2% SOC त्रुटि) भ सकय छै मुदा नीक मॉडल आ महत्वपूर्ण कम्प्यूटेशनल संसाधनक कें आवश्यकता होयत छै.

सोह अनुमान कठिन अछि कारण अहाँ क्षरणक मात्रा निर्धारित करबाक प्रयास क' रहल छी, जे धीमा आ क्रमिक अछि. क्षमता फीका आ प्रतिबाधा वृद्धि जरूरी नै छै कि एक दोसरा के साथ रैखिक रूप स॑ सहसंबंधित होय या चक्र गिनती के साथ । एकटा कोशिका जे तेज रहल अछि-चार्जड बहुत बेसी प्रतिबाधा भ' सकैत अछि मुदा मात्र मध्यम क्षमता फीका भ' सकैत अछि. जे कोशिका उच्च एसओसी/तापमान पर संग्रहीत कैल गेल छै, ओकरा महत्वपूर्ण क्षमता फीका भ सकय छै मुदा अपेक्षाकृत कम प्रतिबाधा वृद्धि भ सकय छै.

उद्योग अभ्यास क्षमता कें आधार पर SOH कें परिभाषित करनाय छै: ओकर मूल क्षमता कें 80% पर एकटा कोशिका 80% SOH पर छै, आ इ अक्सर EV अनुप्रयोगक कें लेल जीवन कें अंत-जीवन कें अंत मे मानल जायत छै. सेल एखनो काज करैत अछि, मुदा रेंज मे 20% गिरावट आयल अछि। ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगक कें लेल, कोशिका कें उपयोग 60-70% एसओएच तइक कैल जा सकय छै.

किछु बीएमएस आवधिक क्षमता जांच करैत अछि-पूर्ण रूप सं बैटरी कें कम दर सं डिस्चार्ज करू आ मापू कतेक ऊर्जा निकलैत अछि. ई सटीक मुदा घुसपैठिया (परीक्षणक दौरान बैटरी अनुपलब्ध अछि) आ घंटों लगैत अछि । अन्य दृष्टिकोण वोल्टेज वक्र, प्रतिबाधा मापन, या कूलोम्बिक दक्षता स॑ अप्रत्यक्ष रूप स॑ क्षमता के अनुमान लगाबै के कोशिश करै छै ।

आतंरिक प्रतिरोध क॑ एक करंट पल्स आरू वोल्टेज प्रतिक्रिया क॑ मापी क॑, या विभिन्न आवृत्ति (इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेडेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी) प॑ एक छोटऽ एसी संकेत के इंजेक्शन स॑ मापलऽ जाब॑ सकै छै । ईआईएस बहुत अधिक जानकारी दैत छै मुदा विशेष हार्डवेयर कें आवश्यकता छै जे वाणिज्यिक बीएमएस मे बहुत कम उपस्थित होयत छै.

Lithium Ion Battery Technology

जब॑ एक ईवी बैटरी -जीवन केरऽ अंत -जीवन (विशेष रूप स॑ 70- 80% मूल क्षमता) प॑ पहुँची जाय छै, त॑ ई अभी भी कम मांग वाला अनुप्रयोगऽ लेली एकदम सही कार्यात्मक छै. स्थिर ऊर्जा भंडारण कें लेल दोसर जीवन कें बैटरी कें उपयोग कर्षण प्राप्त छै.

अर्थशास्त्र कठिन अछि। अहां कें रिटायर्ड पैक कें परीक्षण करनाय, संभावित रूप सं ओकर पुनर्निर्माण करनाय होयत छै (बीएमएस, कूलिंग सिस्टम, या क्षतिग्रस्त मॉड्यूल कें बदलनाय), ओकरा नव एप्लीकेशन कें लेल प्रमाणित करनाय, आ एकटा वारंटी प्रदान करनाय होयत छै. एहि सब मे पाइ खर्च होइत अछि। दोसर-जीवन कें समझ मे आबै कें लेल, नवनिर्मित पैक कें स्थिर अनुप्रयोग कें लेल डिजाइन कैल गेल एकटा नव पैक सं काफी कम लागत कें जरूरत छै. लागत टूटनाय भले ही नव पैक लागत कें 40-50% सं कम चलय छै, तखनहु अहां कें मानय कें लेल अहां कें माननाय छै.

परीक्षण सेवानिवृत्त कोशिका गैर-तुल्य अछि. एक मॉड्यूल मे सैकड़ों कोशिका श्रृंखला -पैरलल मे भ सकय छै. अहां हुनका सभ के व्यक्तिगत रूप सं आसानी सं परीक्षण नहिं क सकय छी. अहां मॉड्यूल कें यूनिट कें रूप मे परीक्षण कयर सकय छी, मुदा एकटा खराब सेल खुद कें मास्क कयर सकय छै. बिना विनाशकारी परीक्षण के किछ क्षरण मोड के पता लगानाय मुश्किल छै. दायित्वक प्रश्न सेहो अछि: जँ दोसर-जीवन बैटरी आगि पकड़ैत अछि तँ के जिम्मेदार अछि ?

पुनर्चक्रण-जीवन पथ के अंतिम अंत - अछि|वर्तमान पैघ-स्केल रिसाइकिलिंग मे पायरोमेटालर्जी (सुतलना) या हाइड्रोमेटालर्जी (रासायनिक लीचिंग) कें उपयोग कैल जायत छै. पायरोमेटालर्जी सरल छै लेकिन कम चयनात्मक -आपने मिश्रित धातु मिश्र धातु मिलै छै जेकरा आरू परिष्कृत करय के जरूरत छै. हाइड्रोमेटालर्जी अधिक शुद्धता पर अलग-अलग धातुक कें पुनर्प्राप्त कयर सकय छै मुदा बेसि चरणक कें आवश्यकता होयत छै आ रासायनिक अपशिष्ट पैदा करय छै.

रिसाइकिलिंग के अर्थशास्त्र धातु के दाम पर बेसी निर्भर करैत अछि. कोबाल्ट मूल्यवान (मोटा-मोटी $30-40/kg ऐतिहासिक रूप सं, यद्यपि मूल्य बेतहाशा झूलैत अछि), तें कोबाल्ट कें पुनर्चक्रण{-अमीर रसायन आर्थिक रूप सं व्यवहार्य अछि. निकेल स्केल पर रिसाइकिलिंग के लायक अछि. मैंगनीज, आयरन, आ एल्यूमीनियम कम-मूल्य धातु छै, अतः पुनर्चक्रण मुख्य रूप सं ओकरा लैंडफिल सं बाहर रखनाय कें लेल समझ मे आबै छै. लिथियम रोचक छै-ई प्रति किलोग्राम विशेष रूप सं मूल्यवान नै छै, लेकिन आपूर्ति के बाधा रिकवरी आकर्षक बनाबै छै.

सीधा पुनर्चक्रण-बैटरी क॑ विभाजित करना आरू कैथोड या एनोड सामग्री क॑ सीधे धातु के लवट म॑ तोड़ने बिना पुनः उपयोग करना-}एक गरम शोध क्षेत्र छै । यदि अहां उपयोगी रूप मे कैथोड पाउडर कें बरामद कयर सकय छी, त अहां कैथोड संश्लेषण कें ऊर्जा आ लागत कें बचत करय. चुनौतियऽ म॑ सक्रिय सामग्री क॑ वर्तमान संग्रहकर्ता आरू बाइंडर स॑ अलग करना, आरू ई तथ्य स॑ निपटना शामिल छै कि पुनर्नवीनीकरण सामग्री अलग-अलग निर्माता, आयु, आरू रसायनऽ के कोशिका के मिश्रण छै ।