लिथियम बैटरी अवलोकन |BSLBATT नवीकरणीय ऊर्जा

BSLBATT Engineered Technologies हमारी अनुभवी इंजीनियरिंग, डिज़ाइन, गुणवत्ता और निर्माण टीमों का उपयोग करती है ताकि हमारे ग्राहकों को तकनीकी रूप से उन्नत बैटरी समाधानों का आश्वासन दिया जा सके जो उनके विशिष्ट अनुप्रयोगों की अनूठी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।हम रिचार्जेबल और गैर-रिचार्जेबल लिथियम सेल और बैटरी पैक डिज़ाइन के विशेषज्ञ हैं, क्योंकि दुनिया भर में मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए विकल्पों और समाधानों की पेशकश करने के लिए विभिन्न प्रकार के लिथियम सेल केमिस्ट्री के साथ काम करते हैं।

लिथियम बैटरी पैक प्रौद्योगिकियों

हमारी व्यापक विनिर्माण क्षमताएं हमें विशिष्ट सर्किट्री, कनेक्टर्स और हाउसिंग के साथ कस्टम पैक के लिए सबसे बुनियादी बैटरी पैक बनाने में सक्षम बनाती हैं।निम्न से उच्च मात्रा तक, हमारे पास सभी ओईएम की अनूठी जरूरतों को पूरा करने की क्षमता और उद्योग विशेषज्ञता है क्योंकि हमारी अनुभवी इंजीनियरिंग टीम अधिकांश अनुप्रयोगों की विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए कस्टम बैटरी समाधानों का डिजाइन, विकास, परीक्षण और निर्माण कर सकती है।

बीएसएलबीएटीटी ग्राहकों की आवश्यकताओं और विशिष्टताओं के आधार पर टर्नकी समाधान प्रदान करता है।हम इष्टतम समाधान प्रदान करने के लिए उद्योग के अग्रणी सेल निर्माताओं के साथ साझेदारी करते हैं और हम इसके बैटरी पैक में सबसे परिष्कृत नियंत्रण और निगरानी इलेक्ट्रॉनिक्स को विकसित और एकीकृत करते हैं।

लिथियम-आयन बैटरी कैसे काम करती है?

लिथियम-आयन बैटरी सभी बैटरी प्रौद्योगिकियों के लिए रेडॉक्स प्रतिक्रिया केंद्रीय - कैथोड में कमी, एनोड पर ऑक्सीकरण को शक्ति देने के लिए लिथियम आयनों की मजबूत कम करने की क्षमता का लाभ उठाती हैं।एक सर्किट के माध्यम से बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों को जोड़ना, रेडॉक्स प्रतिक्रिया के दो हिस्सों को जोड़ता है, जिससे सर्किट से जुड़ी डिवाइस को इलेक्ट्रॉनों की गति से ऊर्जा निकालने की अनुमति मिलती है।

जबकि आज उद्योग में कई अलग-अलग प्रकार के लिथियम-आधारित रसायन हैं, हम लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO2) का उपयोग करेंगे - रसायन जो लिथियम-आयन बैटरी को निकेल-कैडमियम बैटरी को बदलने की अनुमति देता है जो उपभोक्ता के लिए आदर्श था 90 के दशक तक इलेक्ट्रॉनिक्स - इस लोकप्रिय तकनीक के पीछे बुनियादी रसायन शास्त्र का प्रदर्शन करने के लिए।

LiCoO2 कैथोड और ग्रेफाइट एनोड के लिए पूर्ण प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

जहां आगे की प्रतिक्रिया चार्जिंग का प्रतिनिधित्व करती है, और रिवर्स रिएक्शन डिस्चार्जिंग का प्रतिनिधित्व करती है।इसे निम्नलिखित अर्ध-प्रतिक्रियाओं में तोड़ा जा सकता है:

सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर, कैथोड में कमी डिस्चार्ज के दौरान होती है (रिवर्स रिएक्शन देखें)।

LiCo3+O2 ⇌ xLi+ + Li1-xCo4+xCo3+1-xO2 + ई-

नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर, एनोड पर ऑक्सीकरण डिस्चार्ज के दौरान होता है (रिवर्स रिएक्शन देखें)।

सी + एक्सली + + ई- ⇌ लिक्ससी

निर्वहन के दौरान, लिथियम आयन (ली +) नकारात्मक इलेक्ट्रोड (ग्रेफाइट) से इलेक्ट्रोलाइट (एक समाधान में निलंबित लिथियम लवण) और सकारात्मक इलेक्ट्रोड (लीकोओ 2) के विभाजक के माध्यम से चलते हैं।उसी समय, इलेक्ट्रॉन एनोड (ग्रेफाइट) से कैथोड (LiCoO2) की ओर बढ़ते हैं जो एक बाहरी सर्किट के माध्यम से जुड़ा होता है।यदि एक बाहरी शक्ति स्रोत लागू किया जाता है, तो सेल को चार्ज करने वाले संबंधित इलेक्ट्रोड की भूमिकाओं के साथ प्रतिक्रिया उलट जाती है।

लिथियम-आयन बैटरी में क्या है

आपका विशिष्ट बेलनाकार 18650 सेल, जो लैपटॉप से ​​लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक के व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए उद्योग द्वारा उपयोग किया जाने वाला सामान्य रूप कारक है, में 3.7 वोल्ट का OCV (ओपन सर्किट वोल्टेज) है।निर्माता के आधार पर यह 3000 एमएएच या उससे अधिक की क्षमता के साथ लगभग 20 एम्पियर वितरित कर सकता है।बैटरी पैक कई कोशिकाओं से बना होगा, और आम तौर पर ओवरचार्जिंग और न्यूनतम क्षमता से कम निर्वहन को रोकने के लिए एक सुरक्षात्मक माइक्रोचिप शामिल होती है, जिससे अति ताप, आग और विस्फोट दोनों हो सकते हैं।आइए एक कोशिका के आंतरिक भाग पर करीब से नज़र डालें।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड / कैथोड

एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड को डिजाइन करने की कुंजी शुद्ध लिथियम धातुओं की तुलना में 2.25V से अधिक विद्युत क्षमता वाली सामग्री को चुनना है।लिथियम-आयन में कैथोड सामग्री बहुत भिन्न होती है, लेकिन उनके पास आम तौर पर लीकोओ 2 कैथोड डिज़ाइन की तरह लिथियम संक्रमण धातु ऑक्साइड स्तरित होते हैं जिन्हें हमने पहले खोजा था।अन्य सामग्रियों में स्पिनल्स (यानी LiMn2O4) और ओलिवाइन (यानी LiFePO4) शामिल हैं।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड / एनोड

एक आदर्श लिथियम बैटरी में, आप एनोड के रूप में शुद्ध लिथियम धातु का उपयोग करेंगे, क्योंकि यह बैटरी के लिए कम आणविक भार और उच्च विशिष्ट क्षमता का इष्टतम संयोजन प्रदान करता है।दो मुख्य समस्याएं हैं जो वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में लिथियम को एनोड के रूप में उपयोग करने से रोकती हैं: सुरक्षा और प्रतिवर्तीता।लिथियम अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है और पायरोटेक्निक प्रकार के विपत्तिपूर्ण विफलता मोड के लिए प्रवण है।इसके अलावा चार्ज के दौरान, डेन्ड्राइट के रूप में जानी जाने वाली सुई जैसी आकारिकी को अपनाने के बजाय, लिथियम वापस अपनी मूल समान धात्विक अवस्था में प्लेट नहीं करेगा।डेन्ड्राइट बनने से विभाजकों में छेद हो सकता है जिससे शॉर्ट्स हो सकते हैं।

समाधान शोधकर्ताओं ने सभी विपक्षों के बिना लिथियम धातु के पेशेवरों का उपयोग करने के लिए तैयार किया था - लिथियम आयनों को कार्बन ग्रेफाइट या किसी अन्य सामग्री के भीतर लिथियम आयनों को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक आसान गति की अनुमति देने की प्रक्रिया।अन्य तंत्रों में लिथियम के साथ एनोड सामग्री का उपयोग करना शामिल है जो प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं को अधिक संभव बनाता है।विशिष्ट एनोड सामग्री में ग्रेफाइट, सिलिकॉन-आधारित मिश्र धातु, टिन और टाइटेनियम शामिल हैं।

सेपरेटर

विभाजक की भूमिका नकारात्मक और सकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत इन्सुलेशन की एक परत प्रदान करना है, जबकि अभी भी चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान आयनों को इसके माध्यम से यात्रा करने की अनुमति देता है।यह सेल में इलेक्ट्रोलाइट और अन्य प्रजातियों द्वारा गिरावट के लिए रासायनिक रूप से प्रतिरोधी होना चाहिए और टूट-फूट का विरोध करने के लिए यांत्रिक रूप से पर्याप्त मजबूत होना चाहिए।सामान्य लिथियम-आयन विभाजक आमतौर पर प्रकृति में अत्यधिक झरझरा होते हैं और इसमें पॉलीइथाइलीन (पीई) या पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) शीट होते हैं।

इलेक्ट्रोलाइट

लिथियम-आयन सेल में इलेक्ट्रोलाइट की भूमिका एक माध्यम प्रदान करना है जिसके माध्यम से चार्ज और डिस्चार्ज चक्र के दौरान लिथियम आयन कैथोड और एनोड के बीच स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकते हैं।विचार एक ऐसा माध्यम चुनने का है जो एक अच्छा ली+ कंडक्टर और एक इलेक्ट्रॉनिक इंसुलेटर दोनों हो।इलेक्ट्रोलाइट ऊष्मीय रूप से स्थिर होना चाहिए, और सेल में अन्य घटकों के साथ रासायनिक रूप से संगत होना चाहिए।आमतौर पर, LiClO4, LiBF4, या LiPF6 जैसे लिथियम लवण कार्बनिक विलायक जैसे डायथाइल कार्बोनेट, एथिलीन कार्बोनेट, या डाइमिथाइल कार्बोनेट में निलंबित पारंपरिक लिथियम-आयन डिजाइनों के लिए इलेक्ट्रोलाइट के रूप में काम करते हैं।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरपेज़ (एसईआई)

लिथियम-आयन कोशिकाओं के बारे में समझने के लिए एक महत्वपूर्ण डिजाइन अवधारणा ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरपेज़ (एसईआई) है - एक पैसिवेशन फिल्म जो इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच इंटरफेस पर बनती है क्योंकि ली + आयन इलेक्ट्रोलाइट के क्षरण उत्पादों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।सेल के प्रारंभिक चार्ज के दौरान नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर फिल्म बनती है।SEI सेल के बाद के चार्ज के दौरान इलेक्ट्रोलाइट को और अधिक अपघटन से बचाता है।इस निष्क्रिय परत का नुकसान चक्र जीवन, विद्युत प्रदर्शन, क्षमता और कोशिका के समग्र जीवन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकता है।दूसरी तरफ, निर्माताओं ने पाया है कि वे एसईआई को ठीक करके बैटरी के प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

लिथियम-आयन बैटरी परिवार से मिलें

बैटरी अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में लिथियम के आकर्षण ने कई प्रकार की लिथियम-आयन बैटरी को जन्म दिया है।यहाँ बाज़ार में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सबसे आम बैटरियों में से पाँच हैं।

लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड

हमने इस आलेख में पहले से ही LiCoO2 बैटरी को गहराई से कवर किया है क्योंकि यह पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे सेलफोन, लैपटॉप और इलेक्ट्रॉनिक कैमरे के लिए सबसे लोकप्रिय रसायन शास्त्र का प्रतिनिधित्व करता है।LiCoO2 की सफलता का श्रेय इसकी उच्च विशिष्ट ऊर्जा को जाता है।एक छोटा जीवनकाल, खराब तापीय स्थिरता और कोबाल्ट की कीमत के कारण निर्माताओं को मिश्रित कैथोड डिजाइनों पर स्विच करना पड़ता है।

लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड

लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड बैटरी (LiMn2O4) MnO2 आधारित कैथोड का उपयोग करती हैं।मानक LiCoO2 बैटरियों की तुलना में, LiMn2O4 बैटरियां कम जहरीली, कम लागत वाली और उपयोग में सुरक्षित हैं, लेकिन कम क्षमता वाली हैं।जबकि अतीत में रिचार्जेबल डिज़ाइनों का पता लगाया गया है, आज का उद्योग आमतौर पर प्राथमिक (एकल चक्र) कोशिकाओं के लिए इस रसायन का उपयोग करता है जो गैर-रिचार्जेबल होते हैं और उपयोग के बाद निपटाने के लिए होते हैं।टिकाऊ, उच्च तापीय स्थिरता और एक लंबी शेल्फ-लाइफ उन्हें बिजली उपकरण या चिकित्सा उपकरणों के लिए महान बनाती है।

लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड

कभी-कभी संपूर्ण इसके भागों के योग से अधिक होता है, और लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरी (जिसे NCM बैटरी भी कहा जाता है) LiCoO2 की तुलना में अधिक विद्युत प्रदर्शन का दावा करती है।NCM अपने व्यक्तिगत कैथोड सामग्री के पेशेवरों और विपक्षों को संतुलित करने में अपनी ताकत हासिल करता है।बाजार में सबसे सफल लिथियम-आयन प्रणालियों में से एक, NCM का व्यापक रूप से बिजली उपकरण और ई-बाइक जैसे पावरट्रेन में उपयोग किया जाता है।

लिथियम आयरन फॉस्फेट

लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) बैटरी नैनोसंरचित फॉस्फेट कैथोड सामग्री की मदद से अच्छी तापीय स्थिरता के साथ एक लंबा चक्र जीवन और उच्च वर्तमान रेटिंग प्राप्त करती है।इन सुधारों के बावजूद, यह कोबाल्ट मिश्रित तकनीकों की तरह ऊर्जा-सघन नहीं है और इस सूची में अन्य बैटरियों की तुलना में इसकी उच्चतम स्व-निर्वहन दर है।LiFePO4 बैटरी कार स्टार्टर बैटरी के रूप में लेड-एसिड के विकल्प के रूप में लोकप्रिय हैं।

लिथियम टाइटेनेट

लिथियम टाइटेनेट नैनोक्रिस्टल के साथ ग्रेफाइट एनोड को बदलने से एनोड का सतह क्षेत्र लगभग 100 एम 2 प्रति ग्राम तक बढ़ जाता है।नैनोसंरचित एनोड उन इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बढ़ाता है जो सर्किट के माध्यम से प्रवाहित हो सकते हैं, लिथियम टाइटेनेट कोशिकाओं को 10C से अधिक दरों पर सुरक्षित रूप से चार्ज और डिस्चार्ज करने की क्षमता प्रदान करते हैं (इसकी रेटेड क्षमता का दस गुना)।लिथियम-आयन बैटरी का सबसे तेज़ चार्ज और डिस्चार्ज चक्र होने का ट्रेडऑफ़ अपेक्षाकृत कम वोल्टेज 2.4V प्रति सेल, लिथियम बैटरी के ऊर्जा घनत्व स्पेक्ट्रम के निचले सिरे पर लिथियम टाइटेनेट सेल है, लेकिन फिर भी निकेल जैसे वैकल्पिक रसायन विज्ञान से अधिक है। कैडमियम।इस नुकसान के बावजूद, समग्र विद्युत प्रदर्शन, उच्च विश्वसनीयता, थर्मल स्थिरता, और एक अतिरिक्त लंबे चक्र जीवन का मतलब है कि बैटरी अभी भी इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग करती है।

लिथियम-आयन बैटरियों का भविष्य

स्वच्छ ऊर्जा और कम कार्बन उत्सर्जन की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए लिथियम-आयन और अन्य बैटरी प्रौद्योगिकियों पर आगे अनुसंधान और विकास को आगे बढ़ाने के लिए दुनिया भर की कंपनियों और सरकारों की ओर से एक बड़ा धक्का है।स्वाभाविक रूप से सौर और पवन जैसे आंतरायिक ऊर्जा स्रोत लिथियम आयन के उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबे चक्र जीवन से बहुत लाभान्वित हो सकते हैं जिसने पहले ही इलेक्ट्रिक वाहन बाजार में प्रौद्योगिकी को मदद की है।

इस बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले से ही मौजूदा लिथियम-आयन की सीमाओं को नए और रोमांचक तरीकों से आगे बढ़ाना शुरू कर दिया है।बेहतर सुरक्षा और हल्के वजन के साथ तुलनीय विद्युत प्रदर्शन के लिए लिथियम पॉलीमर (ली-पो) सेल खतरनाक तरल लिथियम नमक आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स को सुरक्षित पॉलीमर जैल और सेमी-वेट सेल डिजाइन के साथ प्रतिस्थापित करते हैं।सॉलिड-स्टेट लिथियम ब्लॉक पर नवीनतम तकनीक है, जो ठोस इलेक्ट्रोलाइट की स्थिरता के साथ ऊर्जा घनत्व, सुरक्षा, चक्र जीवन और समग्र दीर्घायु में सुधार का वादा करती है।यह भविष्यवाणी करना मुश्किल है कि कौन सी तकनीक परम ऊर्जा भंडारण समाधान की दौड़ जीतेगी, लेकिन आने वाले वर्षों में लिथियम-आयन ऊर्जा अर्थव्यवस्था में एक प्रमुख भूमिका निभाने के लिए निश्चित है।

ऊर्जा भंडारण समाधान प्रदाता

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