لتیم آئن بیٹری میں کون سے مواد ہوتے ہیں؟

جدید ترین کیتھوڈ مواد میں لیتھیم میٹل آکسائیڈز شامل ہیں [جیسے LiCoO ₂ , LiMn ₂ اے ₄ ، اور Li(NixMnyCoz)O ₂ ]، وینڈیم آکسائیڈز، زیتون (جیسے LiFePO ₄ )، اور ریچارج ایبل لتیم آکسائیڈز۔ ^11,12 کوبالٹ اور نکل پر مشتمل پرتوں والے آکسائیڈ لتیم آئن بیٹریوں کے لیے سب سے زیادہ مطالعہ شدہ مواد ہیں۔وہ ہائی وولٹیج کی حد میں اعلی استحکام ظاہر کرتے ہیں لیکن کوبالٹ کی فطرت میں محدود دستیابی ہے اور یہ زہریلا ہے، جو بڑے پیمانے پر مینوفیکچرنگ کے لیے ایک زبردست خرابی ہے۔مینگنیج ایک اعلی تھرمل تھریشولڈ اور بہترین شرح کی صلاحیتوں کے ساتھ کم لاگت کا متبادل پیش کرتا ہے لیکن سائیکل چلانے کے محدود رویے کے ساتھ۔لہذا، کوبالٹ، نکل، اور مینگنیج کے مرکب اکثر بہترین خصوصیات کو یکجا کرنے اور خرابیوں کو کم کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔وینڈیم آکسائیڈز میں بڑی صلاحیت اور بہترین حرکیات ہیں۔تاہم، لتیم داخل کرنے اور نکالنے کی وجہ سے، مواد بے ساختہ بن جاتا ہے، جو سائیکلنگ کے رویے کو محدود کرتا ہے۔زیتون غیر زہریلے ہوتے ہیں اور سائیکل چلانے کی وجہ سے کم دھندلا ہونے کے ساتھ معتدل صلاحیت رکھتے ہیں، لیکن ان کی چالکتا کم ہوتی ہے۔مواد کو کوٹنگ کرنے کے طریقے متعارف کرائے گئے ہیں جو خراب چالکتا کو پورا کرتے ہیں، لیکن اس سے بیٹری میں پروسیسنگ کے کچھ اخراجات شامل ہوتے ہیں۔

انوڈ مواد

انوڈ مواد لتیم، گریفائٹ، لتیم ملاوٹ کرنے والے مواد، انٹرمیٹالیکس، یا سلکان ہیں۔ ¹¹ لیتھیم بظاہر سب سے سیدھا آگے کا مواد لگتا ہے لیکن سائیکل چلانے کے رویے اور ڈینڈریٹک نمو کے ساتھ مسائل کو ظاہر کرتا ہے، جس سے شارٹ سرکٹ پیدا ہوتے ہیں۔کم قیمت اور دستیابی کی وجہ سے کاربوناس انوڈس سب سے زیادہ استعمال ہونے والا انوڈک مواد ہے۔تاہم، لتیم کی چارج کثافت (3,862 mAh/g) کے مقابلے میں نظریاتی صلاحیت (372 mAh/g) کم ہے۔نئی گریفائٹ اقسام اور کاربن نانوٹوبس کے ساتھ کچھ کوششوں نے صلاحیت کو بڑھانے کی کوشش کی ہے لیکن اعلی پروسیسنگ لاگت کی قیمت کے ساتھ آئے ہیں۔الائے اینوڈس اور انٹرمیٹالک مرکبات اعلیٰ صلاحیتوں کے حامل ہوتے ہیں لیکن یہ حجم میں ڈرامائی تبدیلی بھی دکھاتے ہیں، جس کے نتیجے میں سائیکل چلانے کا رویہ خراب ہوتا ہے۔نینو کرسٹل لائن مواد کا استعمال کرتے ہوئے اور الائے فیز (Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn، اور دیگر کے ساتھ) کو نان اللوائینگ سٹیبلائزیشن میٹرکس (Co, Cu, Fe، یا کے ساتھ) کے ذریعے حجم کی تبدیلی پر قابو پانے کی کوششیں کی گئی ہیں۔ نی)۔سیلیکون کی انتہائی اعلی صلاحیت 4,199 mAh/g ہے، جو Si کی ترکیب کے مطابق ہے۔ ₅ لی ₂₂ .تاہم، سائیکلنگ کا رویہ ناقص ہے، اور صلاحیت ختم ہونا ابھی تک سمجھ میں نہیں آیا۔

الیکٹرولائٹس

ایک محفوظ اور دیرپا بیٹری کو ایک مضبوط الیکٹرولائٹ کی ضرورت ہوتی ہے جو موجودہ وولٹیج اور زیادہ درجہ حرارت کو برداشت کر سکے اور جس کی طویل شیلف لائف ہو جبکہ لیتھیم آئنوں کے لیے اعلیٰ نقل و حرکت کی پیشکش ہو۔اقسام میں مائع، پولیمر، اور سالڈ سٹیٹ الیکٹرولائٹس شامل ہیں۔ ¹¹ مائع الیکٹرولائٹس زیادہ تر نامیاتی، سالوینٹ بیسڈ الیکٹرولائٹس ہیں جن میں LiBC ہوتا ہے۔ ₄ اے ₈ (LiBOB)، LiPF ₆ ، لی[پی ایف ₃ (سی ₂ ایف ₅ ) ₃ ]، یا اس سے ملتا جلتا۔سب سے اہم غور ان کی flammability ہے؛بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والے سالوینٹس کے ابلتے پوائنٹس کم ہوتے ہیں اور فلیش پوائنٹس 30°C کے ارد گرد ہوتے ہیں۔اس لیے سیل کا نکلنا یا پھٹنا اور اس کے نتیجے میں بیٹری کو خطرہ لاحق ہے۔لتیم آئن بیٹریوں میں الیکٹرولائٹ کی سڑن اور انتہائی خارجی ضمنی رد عمل ایک اثر پیدا کر سکتے ہیں جسے "تھرمل رن وے" کہا جاتا ہے۔اس طرح، الیکٹرولائٹ کے انتخاب میں اکثر آتش گیریت اور الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے درمیان تجارت شامل ہوتی ہے۔

الگ کرنے والوں میں بلٹ ان تھرمل شٹ ڈاؤن میکانزم ہوتے ہیں، اور ماڈیولز اور بیٹری پیک میں اضافی بیرونی جدید ترین تھرمل مینجمنٹ سسٹم شامل کیے جاتے ہیں۔Ionic مائعات ان کے تھرمل استحکام کی وجہ سے زیر غور ہیں لیکن ان میں بڑی خرابیاں ہیں، جیسے کہ انوڈ سے باہر لتیم کی تحلیل۔

پولیمر الیکٹرولائٹس ionically conductive پولیمر ہیں۔وہ اکثر سیرامک ​​نینو پارٹیکلز کے ساتھ کمپوزٹ میں مل جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں اعلی چالکتا اور زیادہ وولٹیج کے خلاف مزاحمت ہوتی ہے۔اس کے علاوہ، ان کی زیادہ چپکنے والی اور ارد ٹھوس رویے کی وجہ سے، پولیمر الیکٹرولائٹس لیتھیم ڈینڈرائٹس کو بڑھنے سے روک سکتے ہیں۔ ¹³ اور اس لیے لتیم میٹل اینوڈس کے ساتھ استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ٹھوس الیکٹرولائٹس لتیم آئن conductive کرسٹل اور سیرامک ​​شیشے ہیں.وہ انتہائی کم درجہ حرارت کی کارکردگی دکھاتے ہیں کیونکہ ٹھوس میں لتیم کی نقل و حرکت کم درجہ حرارت پر بہت کم ہو جاتی ہے۔اس کے علاوہ، ٹھوس الیکٹرولائٹس کو قابل قبول رویہ حاصل کرنے کے لیے جمع کرنے کے خصوصی حالات اور درجہ حرارت کے علاج کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے وہ استعمال میں انتہائی مہنگے ہوتے ہیں، حالانکہ وہ الگ کرنے والوں کی ضرورت اور تھرمل بھاگنے کے خطرے کو ختم کرتے ہیں۔

الگ کرنے والے

P. Arora اور Z. Zhang کی طرف سے الگ کرنے والے مواد اور ضروریات کا ایک اچھا جائزہ فراہم کیا گیا ہے۔ ¹⁴ جیسا کہ اس کے نام سے پتہ چلتا ہے، بیٹری الگ کرنے والا دو الیکٹروڈ کو جسمانی طور پر ایک دوسرے سے الگ کرتا ہے، اس طرح شارٹ سرکٹ سے بچتا ہے۔مائع الیکٹرولائٹ کی صورت میں، الگ کرنے والا ایک فوم مواد ہے جو الیکٹرولائٹ کے ساتھ بھگو کر اسے اپنی جگہ پر رکھتا ہے۔انتہائی الیکٹرو کیمیکل طور پر فعال ماحول میں کم سے کم الیکٹرولائٹ مزاحمت، زیادہ سے زیادہ مکینیکل استحکام، اور انحطاط کے خلاف کیمیائی مزاحمت رکھتے ہوئے اسے الیکٹرانک انسولیٹر ہونے کی ضرورت ہے۔اس کے علاوہ، سیپریٹر میں اکثر حفاظتی خصوصیت ہوتی ہے، جسے "تھرمل شٹ ڈاؤن" کہا جاتا ہے۔بلند درجہ حرارت پر، یہ مکینیکل استحکام کو کھونے کے بغیر لیتھیم آئن ٹرانسپورٹ کو بند کرنے کے لیے اپنے سوراخوں کو پگھلا یا بند کر دیتا ہے۔علیحدگی کاروں کو یا تو شیٹس میں ترکیب کیا جاتا ہے اور الیکٹروڈ کے ساتھ جمع کیا جاتا ہے یا حالت میں ایک الیکٹروڈ پر جمع کیا جاتا ہے۔لاگت کے لحاظ سے، مؤخر الذکر افضل طریقہ ہے لیکن کچھ دیگر ترکیب، ہینڈلنگ، اور میکانکی مسائل پیدا کرتا ہے۔سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس اور کچھ پولیمر الیکٹرولائٹس کو الگ کرنے والے کی ضرورت نہیں ہے۔