સામગ્રીના દ્રષ્ટિકોણથી લિથિયમ-આયન બેટરીનું વર્ગીકરણ

(સામગ્રીના પરિપ્રેક્ષ્યમાંથી લિથિયમ-આયન બેટરીનું વર્ગીકરણ)

લીડ-આધારિત અને નિકલ-આધારિત બેટરીની જેમ જ, લિથિયમ આયનો સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ), નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) અને વાહક તરીકે ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરે છે. હકારાત્મક વાયર મેટલ ઓક્સાઇડ છે, અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ છિદ્રાળુ ગ્રેફાઇટથી બનેલું છે. ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, લિથિયમ આયનો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને વિભાજક દ્વારા નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાંથી હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરફ જાય છે; ચાર્જિંગ દરમિયાન, લિથિયમ આયનો સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાંથી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરફ વિરુદ્ધ દિશામાં વહે છે.

 

જ્યારે બેટરી ચાર્જ થાય છે અને ડિસ્ચાર્જ થાય છે, ત્યારે Li+ સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે શટલ કરે છે, ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, એનોડ ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે અને કણો મેળવવા માટે કેથોડ ઘટે છે; ચાર્જ કરતી વખતે, ચાર્જ વિરુદ્ધ દિશામાં ખસે છે.

 

ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના આધારે લિથિયમ-આયન બેટરીના ઘણા પ્રકારો છે. પરંતુ જ્યારે તમે વિવિધ સામગ્રી પસંદ કરો છો, ત્યારે બેટરીનું પ્રદર્શન મોટા પ્રમાણમાં બદલાશે.

 

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીમાં Li+ હોય છે. સામાન્ય લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ (લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ), લિથિયમ મેંગેનીઝ ઓક્સાઇડ (સ્પિનલ અથવા લિથિયમ મેંગેનેટ તરીકે પણ ઓળખાય છે), લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ, નિકલ કોબાલ્ટ મેંગેનીઝ ટર્નરી મટિરિયલ (NMC) [3] અને લિથિયમ નિકલ કોબાલ્ટ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (NCA). આ તમામ સામગ્રીઓમાં સૈદ્ધાંતિક ઉપલી ઊર્જા મર્યાદા હોય છે (લિથિયમ-આયનની સૈદ્ધાંતિક ક્ષમતા લગભગ 2000 kWh છે, જે વાણિજ્યિક લિથિયમ-આયન બેટરીની વિશિષ્ટ ઊર્જા કરતાં દસ ગણી વધારે છે).

 

સોનીની મૂળ લિથિયમ-આયન બેટરી હાનિકારક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે કોક (કોલસાનું ઉત્પાદન) નો ઉપયોગ કરે છે. 1997 થી, સોની સહિતના મોટાભાગના લિથિયમ-આયન બેટરી ઉત્પાદકોએ એનોડ સામગ્રીને ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરી છે, પરિણામે સપાટ ડિસ્ચાર્જ વળાંક આવે છે. ગ્રેફાઇટ એ કાર્બનનું એક સ્વરૂપ છે જેનો ઉપયોગ પેન્સિલોમાં થાય છે. તે ચાર્જિંગ દરમિયાન લિથિયમ આયનોને સારી રીતે સંગ્રહિત કરી શકે છે અને તેની લાંબી ચક્ર અને ઉત્તમ સ્થિરતા છે. કાર્બન પદાર્થોમાંથી, ગ્રેફાઇટ સૌથી સામાન્ય છે, ત્યારબાદ સખત કાર્બન અને નરમ કાર્બન આવે છે. અન્ય કાર્બન, જેમ કે કાર્બન નેનોટ્યુબ, હજુ સુધી તેનો વ્યવસાયિક ઉપયોગ શોધી શક્યા નથી. નીચેની આકૃતિ આધુનિક લિથિયમ-આયન બેટરીના વોલ્ટેજ ડિસ્ચાર્જ વળાંકને ગ્રેફાઇટ સાથે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે અને લિથિયમ-આયન બેટરીને જૂના કોક નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે સરખાવે છે.

 

સામાન્ય ઓપરેટિંગ ડિસ્ચાર્જ શ્રેણીમાં, બેટરીમાં ફ્લેટ વોલ્ટેજ વળાંક હોવો જોઈએ, જે ભૂતપૂર્વ કોક કરતાં વધુ સારી છે.

 

એનોડ સામગ્રી પણ વિકસિત થઈ રહી છે, અને સંશોધકો સિલિકોન-આધારિત એલોય સહિત નવી સામગ્રી સાથે સતત પ્રયોગ કરી રહ્યા છે. આ એલોયમાં, છ કાર્બન અણુઓ એક લિથિયમ-આયન સાથે બંધાયેલા છે, અને એક સિલિકોન અણુ ચાર લિથિયમ આયનોને બંધન કરી શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે નકારાત્મક સિલિકોન ઇલેક્ટ્રોડ સૈદ્ધાંતિક રીતે ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની દસ ગણી ઊર્જા સંગ્રહિત કરી શકે છે. હાલમાં, લોડ સંભવિત અને ચક્ર જીવન ઘટાડવાની કિંમતે ચોક્કસ ક્ષમતામાં સિલિકોન સામગ્રીમાં 20%-30% વધારો થયો છે. જો કે, સમસ્યા એ છે કે ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, સિલિકોન-આધારિત સામગ્રી (પ્રારંભિક કદ કરતાં ચાર ગણાથી વધુ વધતા) માં એમ્બેડ કર્યા પછી લિથિયમ આયન સરળતાથી વોલ્યુમમાં વિસ્તૃત થાય છે.

 

નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ લિથિયમ ટાઇટેનેટ મીઠું સારી સાયકલ લાઇફ અને લોડ ક્ષમતા, ઉત્તમ નીચા-તાપમાન પ્રદર્શન અને હાનિકારક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે કાર્યાત્મક સલામતી પ્રદર્શન ધરાવે છે. તેમ છતાં, તેનું વિશિષ્ટ કાર્ય ઓછું છે, અને કિંમત વધારે છે.

(સામગ્રીના પરિપ્રેક્ષ્યમાંથી લિથિયમ-આયન બેટરીનું વર્ગીકરણ)