साहित्याच्या दृष्टीकोनातून लिथियम-आयन बॅटरीचे वर्गीकरण

(सामग्रीच्या दृष्टीकोनातून लिथियम-आयन बॅटरीचे वर्गीकरण)

लीड-आधारित आणि निकेल-आधारित बॅटरींप्रमाणेच, लिथियम आयन एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कॅथोड), एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) आणि इलेक्ट्रोलाइट कंडक्टर म्हणून वापरतात. सकारात्मक वायर एक धातूचा ऑक्साईड आहे आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सच्छिद्र ग्रेफाइटने बनलेला आहे. डिस्चार्ज दरम्यान, लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट आणि विभाजकाद्वारे नकारात्मक इलेक्ट्रोडपासून सकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे जातात; चार्जिंग दरम्यान, लिथियम आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोडपासून नकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे उलट दिशेने प्रवाहित होतात.

 

जेव्हा बॅटरी चार्ज केली जाते आणि डिस्चार्ज केली जाते, तेव्हा Li+ पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड्स दरम्यान शटल करते, डिस्चार्ज दरम्यान, एनोड ऑक्सिडायझ होतो, इलेक्ट्रॉन गमावतो आणि कण मिळविण्यासाठी कॅथोड कमी होतो; चार्ज करताना, चार्ज उलट दिशेने फिरतो.

 

इलेक्ट्रोड सामग्रीवर अवलंबून, लिथियम-आयन बॅटरीचे अनेक प्रकार आहेत. परंतु आपण भिन्न सामग्री निवडता तेव्हा, बॅटरी कार्यप्रदर्शन मोठ्या प्रमाणात बदलते.

 

सर्व सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमध्ये Li+ असते. सामान्य लिथियम कोबाल्ट ऑक्साईड (लिथियम कोबाल्ट ऑक्साईड), लिथियम मँगनीज ऑक्साईड (स्पिनल किंवा लिथियम मँगनेट म्हणूनही ओळखले जाते), लिथियम आयर्न फॉस्फेट, निकेल कोबाल्ट मँगनीज टर्नरी मटेरियल (NMC) [3] आणि लिथियम निकेल कोबाल्ट ॲल्युमिनियम ऑक्साइड (NCA). या सर्व सामग्रीची सैद्धांतिक उच्च उर्जा मर्यादा आहे (लिथियम-आयनची सैद्धांतिक क्षमता सुमारे 2000 kWh आहे, जी व्यावसायिक लिथियम-आयन बॅटरीच्या विशिष्ट उर्जेच्या दहापट जास्त आहे).

 

सोनीची मूळ लिथियम-आयन बॅटरी हानीकारक इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून कोक (कोळसा उत्पादन) वापरते. 1997 पासून, सोनीसह बहुतेक लिथियम-आयन बॅटरी उत्पादकांनी एनोड सामग्रीचे ग्रेफाइटमध्ये रूपांतर केले आहे, परिणामी एक सपाट डिस्चार्ज वक्र आहे. ग्रेफाइट हा कार्बनचा एक प्रकार आहे जो पेन्सिलमध्ये वापरला जातो. हे चार्जिंग दरम्यान लिथियम आयन चांगल्या प्रकारे साठवू शकते आणि दीर्घ चक्र आणि उत्कृष्ट स्थिरता आहे. कार्बन पदार्थांपैकी, ग्रेफाइट सर्वात सामान्य आहे, त्यानंतर कठोर कार्बन आणि मऊ कार्बन आहे. इतर कार्बन, जसे की कार्बन नॅनोट्यूब, त्यांचा व्यावसायिक वापर अद्याप झालेला नाही. खालील आकृती आधुनिक लिथियम-आयन बॅटरीच्या व्होल्टेज डिस्चार्ज वक्रांची तुलना ग्रेफाइटशी ऋण इलेक्ट्रोड आणि लिथियम-आयन बॅटरी जुन्या कोक नकारात्मक इलेक्ट्रोडसह करते.

 

सामान्य ऑपरेटिंग डिस्चार्ज श्रेणीमध्ये, बॅटरीमध्ये फ्लॅट व्होल्टेज वक्र असावे, जे पूर्वीच्या कोकपेक्षा चांगले आहे.

 

एनोड सामग्री देखील विकसित होत आहे आणि संशोधक सिलिकॉन-आधारित मिश्रधातूंसह नवीन सामग्रीसह सतत प्रयोग करत आहेत. या मिश्रधातूमध्ये, सहा कार्बन अणू एका लिथियम-आयनशी जोडलेले असतात आणि एक सिलिकॉन अणू चार लिथियम आयनला जोडू शकतो. याचा अर्थ असा की नकारात्मक सिलिकॉन इलेक्ट्रोड सैद्धांतिकदृष्ट्या ग्रेफाइट सामग्रीच्या दहापट ऊर्जा साठवू शकतो. सध्या, भार क्षमता आणि सायकलचे आयुष्य कमी करण्याच्या खर्चात विशिष्ट क्षमतेमध्ये सिलिकॉन सामग्री 20%-30% वाढली आहे. तथापि, समस्या अशी आहे की चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, लिथियम आयन सिलिकॉन-आधारित सामग्रीमध्ये (प्रारंभिक आकाराच्या चार पट जास्त वाढणे) मध्ये एम्बेड केल्यानंतर आवाजात सहजपणे विस्तारित होतात.

 

नॅनोस्ट्रक्चर्ड लिथियम टायटेनेट सॉल्टमध्ये चांगले सायकल लाइफ आणि लोड क्षमता, उत्कृष्ट कमी-तापमान कार्यक्षमता आणि हानिकारक इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून कार्यात्मक सुरक्षा कार्यक्षमता आहे. तरीही, त्याचे विशिष्ट कार्य कमी आहे, आणि किंमत जास्त आहे.

(सामग्रीच्या दृष्टीकोनातून लिथियम-आयन बॅटरीचे वर्गीकरण)