1 لیتھیم تجزیہ اور SEI فلم
یہ مضمون لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کا جامع تجزیہ کرتا ہے، ان عوامل کی درجہ بندی اور ترتیب دیتا ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی عمر اور عمر کو متاثر کرتے ہیں، اور مختلف میکانزم کی وضاحت کرتا ہے جیسے اوور چارجنگ، SEI فلم کی نمو اور الیکٹرولائٹ، خود خارج ہونے والے مادہ، فعال مادی نقصان، اور موجودہ کلیکٹر سنکنرن. یہ حالیہ برسوں میں بیٹری کی عمر بڑھنے کے طریقہ کار میں مختلف شعبوں میں اسکالرز کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتا ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے پر اثر انداز ہونے والے عوامل اور عمل کے طریقوں کا تفصیل سے تجزیہ کرتا ہے، اور عمر بڑھنے کے ضمنی ردعمل کے ماڈلنگ کے طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔
لتیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کی وجوہات کی درجہ بندی اور اثرات
1. لتیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کی وجوہات کی درجہ بندی
لیتھیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کا عمل مختلف عوامل سے متاثر ہوتا ہے جیسے کہ الیکٹرک گاڑیوں میں ان کے گروپ بندی کا طریقہ، ماحولیاتی درجہ حرارت، چارج خارج ہونے کی شرح، اور خارج ہونے والی گہرائی۔ صلاحیت اور کارکردگی کا انحطاط عام طور پر متعدد ضمنی ردعمل کے عمل کا نتیجہ ہوتا ہے، جن کا تعلق متعدد جسمانی اور کیمیائی میکانزم سے ہوتا ہے۔ انحطاط کا طریقہ کار اور عمر بڑھنے کی شکل بہت پیچیدہ ہے۔ یہ لتیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے کے جامع میکانزم کے تجزیے کو ظاہر کرتا ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں کی اصل عمر بڑھنے کے عمل میں، لیتھیم آئن بیٹری کے ہر جزو میں مختلف ضمنی رد عمل یا مرحلے کی منتقلی کے عمل ہوتے ہیں، اور ہر عمل کے صلاحیت کے انحطاط پر مختلف اثرات ہوتے ہیں۔
مقامی اور بین الاقوامی سطح پر حالیہ تحقیقی پیشرفت کی بنیاد پر، لیتھیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کو متاثر کرنے والے اہم عوامل میں SEI فلم کی نمو، الیکٹرولائٹ سڑنا، لیتھیم آئن بیٹریوں کا خود سے خارج ہونا، الیکٹروڈ فعال مواد کا نقصان، اور موجودہ جمع کرنے والوں کا سنکنرن شامل ہیں۔ . لتیم آئن بیٹریوں کے اصل عمر بڑھنے کے عمل میں، الیکٹروڈ کے رد عمل کے ساتھ ساتھ مختلف ضمنی رد عمل ہوتے ہیں، اور مختلف عمر رسیدہ میکانزم مل کر کام کرتے ہیں اور ایک دوسرے کے ساتھ جوڑے جاتے ہیں، جس سے عمر بڑھنے کے طریقہ کار کا مطالعہ کرنے میں دشواری بڑھ جاتی ہے۔
2. لتیم آئن بیٹریوں کے بڑھاپے کے اثرات
لیتھیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کا ان کی مجموعی کارکردگی پر گہرا اثر پڑتا ہے، جو بنیادی طور پر چارج اور خارج ہونے والی کارکردگی میں کمی، دستیاب صلاحیت میں کمی، اور تھرمل استحکام میں ظاہر ہوتا ہے۔
عمر بڑھنے کے بعد لیتھیم آئن بیٹریوں کی اہم بیرونی خصوصیات دستیاب صلاحیت میں کمی اور اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہے، جس کے نتیجے میں اصل چارج اور خارج ہونے کی صلاحیت میں کمی اور لیتھیم آئن بیٹریوں کی زیادہ سے زیادہ دستیاب چارج اور خارج ہونے والی طاقت میں کمی واقع ہوتی ہے۔ ; ایک ہی وقت میں، لیتھیم آئن بیٹریوں کی اندرونی مزاحمت میں اضافے کی وجہ سے، گرمی کی پیداوار میں اضافہ، ماڈیول کے اندر درجہ حرارت میں اضافہ، اور استعمال کے دوران درجہ حرارت میں عدم مطابقت جیسے مسائل پیدا ہوتے ہیں، جن کے لیے تھرمل مینجمنٹ سسٹم کے لیے اعلیٰ تقاضوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ لتیم آئن بیٹریاں؛ تاہم، بیٹری کی گروپ بندی اور کنکشن کے ڈھانچے میں فرق کی وجہ سے لتیم آئن بیٹریوں کے اندرونی ضمنی رد عمل مختلف ہوتے ہیں، جو انفرادی استعمال کے حالات میں فرق کا باعث بنتے ہیں۔ جیسے جیسے بیٹری استعمال ہوتی ہے، بیٹری کے اندر ہر فرد سیل کی عمر بڑھنے کی شرح مختلف ہوتی ہے، جس سے لیتھیم آئن بیٹری پیک کی عدم مطابقت بڑھ جاتی ہے۔
لتیم آئن بیٹریوں کا کھلا سرکٹ وولٹیج وکر لتیم آئن بیٹریوں کی موجودہ اندرونی الیکٹرو موٹیو قوت کو نمایاں کرتا ہے۔ جیسے جیسے لتیم آئن بیٹریوں کی عمر ہوتی ہے، اوپن سرکٹ وولٹیج کا وکر اصل حالت کے نسبت ایک خاص حد تک بدل جاتا ہے یا خراب ہوجاتا ہے، جس کے نتیجے میں لتیم آئن بیٹریوں کے اصل چارج اور ڈسچارج وولٹیج وکر میں تبدیلی آتی ہے، جو بیٹری کی حالت کی درستگی کو متاثر کرتی ہے۔ اصل استعمال کے دوران بیٹری مینجمنٹ سسٹم میں تخمینہ۔ لتیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کے ساتھ، لتیم آئن بیٹریوں کے زیادہ سے زیادہ دستیاب چارج اور خارج ہونے کی شرح بھی کم ہو جائے گی۔ اگر بیٹری مینجمنٹ سسٹم انکولی ایڈجسٹمنٹ نہیں کرتا ہے، تو لیتھیم آئن بیٹریوں کے زیادہ چارجنگ، اوور ڈسچارجنگ، اور زیادہ طاقت کے استعمال کا سبب بننا آسان ہے، جس سے لیتھیم آئن بیٹری کے استعمال کے حفاظتی خطرات بڑھ جاتے ہیں۔
لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت میں کمی کا طریقہ کار
1. لیتھیم بارش کی وجہ سے صلاحیت میں کمی کے اثرات کا تجزیہ
اعداد و شمار منفی الیکٹروڈ سے لتیم جمع ہونے کی وجہ سے فعال لتیم آئنوں کے نقصان کو ظاہر کرتا ہے، جو الیکٹرولائٹ سے الیکٹروڈ سطح پر لتیم جمع کرنے کے عمل سے مراد ہے۔ منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لتیم کا ذخیرہ لتیم آئن بیٹریوں میں عمر بڑھنے کی ایک اہم وجہ ہے اور بیٹری کی حفاظت کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہے۔ جب منفی الیکٹروڈ پوٹینشل 0V (Li/Li+ کے نسبت) کی حد سے تجاوز کر جاتا ہے، تو منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لیتھیم جمع ہوتا ہے۔
لیتھیم کی بارش لتیم آئن انوینٹری کے ناقابل واپسی نقصان کا باعث بن سکتی ہے، جس کے نتیجے میں دستیاب صلاحیت میں کمی واقع ہوتی ہے۔ لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما فعال لتیم آئنوں کے نقصان کا باعث بنتی ہے، جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ بہت سے عوامل ہیں جو بیٹریوں میں لیتھیم کے جمع ہونے کو متاثر کرتے ہیں۔ کچھ اسکالرز کا خیال ہے کہ گریفائٹ منفی الیکٹروڈز میں لتیم آئنوں کی سست داخل ہونے کی شرح یا لتیم آئنوں کی منفی الیکٹروڈ میں تیز رفتار منتقلی کی شرح لتیم کے جمع ہونے کا سبب بن سکتی ہے۔ایسے مطالعات بھی ہیں جو یہ ظاہر کرتے ہیں کہ کم درجہ حرارت کے حالات میں کام کرنے پر لتیم آئنوں کی بازی کی شرح سست ہوجاتی ہے، اور منفی الیکٹروڈ کام کرنے کی صلاحیت لیتھیم جمع کرنے کی صلاحیت کے بہت قریب ہے، جس سے لیتھیم جمع کرنے کی صلاحیت آسان ہوجاتی ہے۔ اس کے علاوہ، ایک بہت چھوٹا N/P (منفی الیکٹروڈ کی گنجائش اور مثبت الیکٹروڈ کی گنجائش کا تناسب) لیتھیم جمع کرنے کا باعث بن سکتا ہے، اور مقامی الیکٹروڈ پولرائزیشن اور جیومیٹرک مماثلت بھی لیتھیم جمع کرنے کا سبب بن سکتی ہے۔
لتیم ارتقاء کا عمر بڑھنے کے عمل سے گہرا تعلق ہے۔ M ü hlbauer et al. یقین ہے کہ موجودہ اندرونی نقائص والی بیٹریوں میں الیکٹروڈ لتیم جمع ہونے کا زیادہ امکان ہوتا ہے۔ کبیر اور ڈیمیروک نے پایا کہ بیٹریوں میں لیتھیم جمع کرنے کا رجحان بڑھاپے کے بعد کے مراحل میں تیز ہوتا ہے، جو بیٹری کی صلاحیت کے انفلیکشن پوائنٹس کی موجودگی کی ایک اہم وجہ بنتا ہے۔ وجہ یہ ہے کہ جیسے جیسے بیٹری کی عمر ہوتی ہے، SEI جنریشن منفی الیکٹروڈ کی پورسٹی میں کمی کا باعث بنتی ہے، اور منفی الیکٹروڈ پر الیکٹرولائٹ پوٹینشل کا میلان بڑھتا ہے۔لہذا، چارجنگ کے عمل کے دوران، منفی الیکٹروڈ پوٹینشل کم ہو جاتا ہے اور اس کے 0V سے نیچے گرنے کا امکان زیادہ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں لیتھیم جمع ہوتا ہے۔ لتیم بارش کا عمل منفی الیکٹروڈ پورسٹی میں کمی اور الیکٹرولائٹ ممکنہ میلان میں اضافے کا باعث بن سکتا ہے، جس کے نتیجے میں بیٹری کی عمر بڑھ جاتی ہے۔ جب بیٹری ڈسچارج حالت میں ہوتی ہے تو ڈینڈرائٹس پر موجود لیتھیم تحلیل ہو سکتا ہے، لیکن یہ مواد موجودہ کلیکٹر کے ساتھ رابطے کی کمی کی وجہ سے الیکٹران حاصل نہیں کر سکتا، اور چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران الیکٹروڈ کے رد عمل میں حصہ نہیں لے سکتا، جس سے مردہ لیتھیم بنتا ہے۔ لیتھیم کا ذخیرہ فعال لتیم آئنوں کے نقصان کا باعث بنتا ہے جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔
2. صلاحیت میں کمی پر SEI فلم کی نمو کا اثر
SEI فلم ایک غیر فعال فلم ہے جو لیتھیم آئن بیٹریوں کی منفی الیکٹروڈ کی سطح پر بنتی ہے، جس میں آئن چالکتا ہوتا ہے اور الیکٹران کو گزرنے سے روکتا ہے، الیکٹرولائٹ کو منفی الیکٹروڈ سے الگ کرتا ہے۔ منفی الیکٹروڈ/الیکٹرولائٹ انٹرفیس پر SEI فلم کی نمو لیتھیم آئن بیٹریوں کا مرکزی ضمنی ردعمل ہے، جو ناقابل واپسی صلاحیت کے نقصان کا باعث بن سکتی ہے۔ بیٹری کی شرح، عمر، اور حفاظتی خصوصیات کا SEI فلم سے گہرا تعلق ہے۔ عام استعمال کے حالات میں، SEI فلم بیٹریوں میں فعال لتیم کے نقصان کا سبب بننے والا اہم عنصر ہے۔
SEI فلم بنیادی طور پر غیر نامیاتی مادوں جیسے Li2CO3، LiF، Li2O، نیز نامیاتی مادوں جیسے ROCO2Li، ROLi، RCOO2Li (جہاں R ایک نامیاتی گروپ ہے) پر مشتمل ہے۔ کچھ بیٹریوں کے لیے، SEI فلم کی موٹائی 100nm سے زیادہ تک پہنچ سکتی ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں کی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے ساتھ مثبت اور منفی الیکٹروڈز کے درمیان لتیم آئنوں کو بار بار نکالنے اور داخل کیا جاتا ہے۔ چارجنگ کے دوران، مثبت الیکٹروڈ مواد میں فعال لتیم آئنز منفی الیکٹروڈ کی سطح تک پہنچنے کے لیے جداکار سے گزریں گے، نصف سیل کے رد عمل سے گزریں گے، اور پھر منفی الیکٹروڈ مواد میں سرایت کریں گے۔ اس حقیقت کی وجہ سے کہ لیتھیم آئن بیٹریوں کی منفی الیکٹروڈ سطح کی کام کرنے کی صلاحیت عام طور پر الیکٹرولائٹ کی تھرموڈینامک طور پر مستحکم پوٹینشل ونڈو سے کم ہوتی ہے، ایک بار جب لیتھیم آئنز، الیکٹرولائٹ اور الیکٹران منفی الیکٹروڈ سطح پر رابطے میں آجاتے ہیں، وہاں الیکٹرولائٹ کی کمی کا امکان ہے۔ اس کے علاوہ، منفی الیکٹروڈ کے قریب موجود مادوں کے درمیان مختلف پیچیدہ رد عمل ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں منفی الیکٹروڈ کی سطح پر ایس ای فلم بنتی ہے، جس سے لیتھیم آئن بیٹریوں میں فعال مادّہ کا نقصان ہوتا ہے، جس کی وجہ سے زیادہ سے زیادہ دستیاب صلاحیت میں کمی واقع ہوتی ہے۔ رکاوٹ میں اضافہ.
SEI فلم کی تشکیل بھی اعلی درجہ حرارت اور ہائی اسٹیٹ آف چارج (SOC) حالات میں کیلنڈر کی عمر بڑھنے کی ایک اہم وجہ ہے۔ عام درجہ حرارت سائیکلنگ کے تحت پیدا ہونے والی نئی بیٹریوں اور SEI فلموں کے مقابلے میں، زیادہ درجہ حرارت پر پیدا ہونے والی SEI فلموں میں کم درجہ حرارت پر پیدا ہونے والی فلموں سے بہتر تھرمل استحکام اور زیادہ کثافت ہوتی ہے، جو بیٹریوں کی عمر بڑھنے کی رفتار کو کم کر سکتی ہے۔ اگرچہ منفی SEI فلم کی نشوونما کا لیتھیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت اور اندرونی مزاحمت پر منفی اثر پڑ سکتا ہے، لیکن ایک مستحکم SEI فلم الیکٹروڈ مواد کے انٹرفیس کی خصوصیات کو بہتر بنا سکتی ہے اور بیٹری سائیکلنگ کی کارکردگی کو بڑھا سکتی ہے۔ کچھ اسکالرز کا یہ بھی ماننا ہے کہ SEI فلم کی گھنی اندرونی تہہ (ابتدائی SEI فلم) اور غیر محفوظ بیرونی تہہ (طویل مدتی ترقی کی تہہ) سے بننے والی ڈبل پرت کا ڈھانچہ بیٹری کی خصوصیات پر SEI فلم کے اثر کی بہتر وضاحت کر سکتا ہے۔
اگرچہ SEI فلم کی ساخت کا درست تجزیہ کرنا ابھی بھی مشکل ہے، لیکن SEI فلم کی نشوونما، ٹوٹ پھوٹ اور تخلیق نو کے عمل کو بیٹری کی صلاحیت کے انحطاط کے عمل سے گہرا تعلق سمجھا جاتا ہے۔ SEI فلم ابتدائی تشکیل کے دوران بنتی ہے، اور اس وقت، SEI فلم ڈھیلی اور غیر محفوظ ہے۔ الیکٹرولائٹ فلم کی سطح پر چھیدوں کے ذریعے گھس جاتا ہے اور الیکٹروڈ کے ساتھ رابطے میں ہونے پر گلنے کے رد عمل سے گزرتا ہے۔ مصنوعات سوراخوں کو بھر دیتی ہیں، جس کی وجہ سے SEI فلم گھنی ہو جاتی ہے۔ تاہم، بیٹری کے طویل مدتی استعمال کے چکر کے دوران، الیکٹروڈ مواد خود بھی پھیلنے اور پھٹنے جیسے مظاہر کا تجربہ کرتا ہے، جس کی وجہ سے سطح پر موجود SEI موڈ تناؤ کو برداشت کرتا ہے اور پتلا ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں SEI فلم کی مسلسل نمو ہوتی ہے۔ سائیکل تاہم، تیز خارج ہونے والے مادہ کے دوران SEI فلم کو بھی نقصان پہنچ سکتا ہے، جس کے دوران الیکٹروڈ کا حجم تیزی سے سکڑتا ہے، جس کی وجہ سے SEI فلم زیادہ دباؤ میں پھٹ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں SEI فلم ناکام ہو جاتی ہے۔ SEI فلم جو پھٹ گئی ہے وہ سائیکلنگ کے بعد کے عمل کے دوران آہستہ آہستہ خود کو ٹھیک کرتی ہے۔ تاہم، مقامی پھٹنے سے SEI فلم کا مجموعی ڈھانچہ بے قاعدہ ہو جائے گا، اور بڑھتے ہوئے حصے کے قریب موجودہ کثافت زیادہ ہو گی، جو کہ اس حصے میں SEI فلم کی نمو، ٹوٹ پھوٹ اور دوبارہ بڑھنے میں تیزی لانے کے لیے مثبت تاثرات پیدا کرے گی، مقامی علاقے میں غیر معمولی عمر بڑھنے کا باعث بنتا ہے اور آہستہ آہستہ بیٹری کی مجموعی صلاحیت میں کمی کا باعث بنتا ہے۔
مناسب فارمیشن ٹیکنالوجی SEI فلم کی کثافت کو بہتر بنا سکتی ہے، اس طرح عمر بڑھنے کے عمل کو سست کر سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، کم درجہ حرارت والے ماحول بھی گھنے SEI فلم کی نسل کے لیے سازگار ہیں، اس طرح بیٹریوں کی سروس لائف میں بہتری آتی ہے۔
2 موجودہ جمع کرنے والوں کا سنکنرن اور فعال مواد کا نقصان
یہ مضمون لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کا جامع تجزیہ کرتا ہے، ان عوامل کی درجہ بندی اور ترتیب دیتا ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی عمر اور عمر کو متاثر کرتے ہیں، اور مختلف میکانزم کی وضاحت کرتا ہے جیسے اوور چارجنگ، SEI فلم کی نمو اور الیکٹرولائٹ، خود خارج ہونے والے مادہ، فعال مادی نقصان، اور موجودہ کلیکٹر سنکنرن. یہ حالیہ برسوں میں بیٹری کی عمر بڑھنے کے طریقہ کار میں مختلف شعبوں میں اسکالرز کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتا ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے پر اثر انداز ہونے والے عوامل اور عمل کے طریقوں کا تفصیل سے تجزیہ کرتا ہے، اور عمر بڑھنے کے ضمنی ردعمل کے ماڈلنگ کے طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔
موجودہ جمع کرنے والوں کے سنکنرن کی وجہ سے صلاحیت کا نقصان
موجودہ کلکٹر لتیم آئن بیٹریوں میں ایک کلیدی جزو ہے، جو فعال مواد کو لے جانے، انہیں جمع کرنے اور آؤٹ پٹ کرنے کے لیے ذمہ دار ہے۔ اس وقت بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والے کرنٹ جمع کرنے والے تانبے اور ایلومینیم ہیں: تانبا اعلیٰ صلاحیتوں پر آکسیکرن کا شکار ہوتا ہے اور منفی الیکٹروڈ مواد جیسے گریفائٹ اور سلکان کے لیے کرنٹ کلیکٹر کے طور پر موزوں ہے۔ لاگت، مکینیکل طاقت، چالکتا، اور تھرمل چالکتا میں اس کے فوائد کی وجہ سے، ایلومینیم کو عام طور پر بیٹری مثبت الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے لیے موزوں ترین مواد میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔
موجودہ کلیکٹر کا سنکنرن بیٹری کی عمر کو کم کرے گا اور اس کے استحکام اور حفاظت کو متاثر کرے گا۔ انتہائی آپریٹنگ حالات میں جیسے کہ اوور ڈسچارج، جیسے جب وولٹیج 1.5V تک گر جاتا ہے، تانبے کو الیکٹرولائٹ میں تانبے کے آئنوں میں آکسائڈائز کیا جائے گا، جس کے نتیجے میں تانبے کے موجودہ جمع کرنے والے تحلیل ہو جائیں گے۔ اوور ڈسچارجنگ کے ذریعے آکسائڈائز ہونے والے تانبے کے آئنوں کو بعد میں چارج کرنے کے دوران دھاتی تانبے کی شکل میں منفی الیکٹروڈ مواد کی سطح پر تیز اور جمع کیا جائے گا۔ منفی الیکٹروڈ کی سطح پر جمع ہونے والا تانبا لتیم کے اندراج اور ہٹانے میں رکاوٹ بنے گا اور SEI فلم کو گاڑھا کرنے کا سبب بنے گا، جس کے نتیجے میں لیتھیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی آئے گی۔
موجودہ جمع کرنے والوں کے سنکنرن کی وجہ سے بیٹریوں کی عمر بڑھنا بنیادی طور پر اندرونی مزاحمت میں اضافے سے ظاہر ہوتا ہے۔ Xu Zhiyou et al کے تحقیقی نتائج۔ اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ موجودہ کلکٹر کے طور پر ایلومینیم فوائل والی بیٹریاں AC کی رکاوٹ زیادہ رکھتی ہیں، اور 10 ڈگری سینٹی گریڈ پر 350 چکروں کے بعد ان کی صلاحیت ابتدائی قدر کے 10% تک گر جاتی ہے۔ ایلومینیم ورق کے مقابلے میں خستہ حال ایلومینیم ورق نے نمایاں بہتری دکھائی ہے، لیکن اس کا استحکام اب بھی ناقص ہے۔ 10 ڈگری سینٹی گریڈ پر 350 چکر لگانے کے بعد، صلاحیت ابتدائی قدر کے 22 فیصد تک گر جاتی ہے۔ سونگ وینجی اور دیگر کی تحقیق سے یہ بات سامنے آئی ہے کہ الیکٹرولائٹ کے طور پر لیتھیم ہیکسافلووروفاسفیٹ والے الیکٹرولائٹس میں، پانی کی تھوڑی سی مقدار الیکٹرولائٹ کے گلنے کو فروغ دے سکتی ہے اور مستحکم غیر نامیاتی نمکیات پیدا کر سکتی ہے، اس طرح ایلومینیم کرنٹ جمع کرنے والوں کے سنکنرن کو روکتا ہے۔ لیکن نمی کی پیداوار کے ساتھ، الیکٹرولائٹ کے آکسیکرن سڑنے والی مصنوعات ایلومینیم ورق کی سطح پر الیکٹرو کیمیکل رد عمل سے گزرتی ہیں، جس کی وجہ سے ایلومینیم ورق کے سنکنرن میں تیزی آتی ہے۔ Liu Xiao et al. سکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے سائیکلنگ کے عمل کے دوران تانبے کے موجودہ جمع کرنے والوں کی موٹائی میں ہونے والی تبدیلیوں کا تجزیہ کیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ غیر محفوظ پرت کی موٹائی میں بتدریج اضافہ ہوا / موجودہ کلیکٹر کی موٹائی میں کمی واقع ہوئی۔ الیکٹرو کیمیکل سائیکلنگ کے عمل کے دوران، تانبے کے کرنٹ کلیکٹر کے سنکنرن کی وجہ سے غیر محفوظ پرت کی تحلیل اور تشکیل کے نتیجے میں تانبے کے کرنٹ کلیکٹر کی موٹائی میں مسلسل کمی واقع ہوتی ہے، جس کی وجہ سے اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔
الیکٹروڈ فعال مواد کے نقصان کی وجہ سے صلاحیت میں کمی
چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران، لتیم آئنوں کو مثبت اور منفی الیکٹروڈز میں سرایت اور ڈیانٹرکیلیٹ کیا جائے گا، جس سے الیکٹروڈ مواد کے حجم میں تبدیلی آئے گی اور مکینیکل تناؤ پیدا ہوگا۔ خارج ہونے والے عمل کے دوران، منفی الیکٹروڈ مواد لیتھیم کے اخراج کی وجہ سے حجم کے سکڑنے سے گزرتا ہے، جبکہ مثبت الیکٹروڈ مواد لیتھیم داخل کرنے کی وجہ سے حجم کی توسیع سے گزرتا ہے۔ جب منفی الیکٹروڈ کا حجم سکڑنا مثبت الیکٹروڈ کے حجم کی توسیع سے زیادہ ہے، تو بیٹری کی بیرونی کارکردگی کل حجم سکڑ جائے گی، بصورت دیگر بیٹری حجم کی توسیع کو ظاہر کرے گی۔ ہائی ریٹ چارجنگ کے دوران، بیٹری پھیلتی رہے گی، جبکہ کم ریٹ چارجنگ کے دوران، بیٹری چارجنگ کے ابتدائی مراحل کے دوران حجم میں پھیلے گی، چارجنگ کے درمیانی مراحل کے دوران معاہدہ، اور چارجنگ کے بعد کے مراحل میں دوبارہ پھیلے گی۔ چارج اور خارج ہونے والے حالات کے تحت گریفائٹ منفی الیکٹروڈ کے حجم میں تبدیلی 10% سے زیادہ نہیں ہے، لیکن اس عمل کے دوران حجم کی تبدیلی سے پیدا ہونے والے تناؤ سے منفی الیکٹروڈ مواد کو نقصان پہنچنے کا امکان موجود ہے۔
مثبت الیکٹروڈ مواد بھی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے دوران خرابی سے گزرتا ہے، جیسے کہ لیتھیم آئرن فاسفیٹ مواد میں LiFePO4 اور FePO4 مراحل کی موجودگی، چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران تقریباً 6.81% کی حجم میں تبدیلی کے ساتھ؛ چارج اور ڈسچارج کے دوران LiMn2O4 اور Mn2O4 کی اخترتی تقریباً 6.5 فیصد ہے۔ منفی الیکٹروڈ مواد کے مقابلے میں، مثبت الیکٹروڈ مواد کشیدگی سے زیادہ متاثر ہوتے ہیں. تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ بازی کا عمل الیکٹروڈ مواد میں لیتھیم آئنوں کے ارتکاز کے میلان کو بڑھاتا ہے، جس سے مقامی حجم میں توسیع ہوتی ہے۔ یہ ناہموار توسیع ڈفیوژن انڈسڈ سٹریس (DIS) پیدا کرتی ہے۔ جب پھیلاؤ کی حوصلہ افزائی کا دباؤ ایک خاص حد سے تجاوز کر جاتا ہے تو، ذرہ ٹوٹنا ہو سکتا ہے، اور مثبت الیکٹروڈ مواد کے نقصان کا اسکیمیٹک خاکہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ رجحان تیزی سے چارج اور خارج ہونے والے عمل کے دوران زیادہ واضح ہوتا ہے۔
بیٹریوں کا تھرمل تناؤ بنیادی طور پر اندرونی درجہ حرارت کے فرق اور درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے ہوتا ہے۔ شی کیٹونگ نے بالواسطہ طور پر بیٹری کی موٹائی کی سمت میں تبدیلیوں کے ذریعہ اندرونی تناؤ پر درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے اثر کو نمایاں کیا، لیکن تھرمل تناؤ کی وجہ سے بیٹری کے نقصان کا تجزیہ نہیں کیا۔ Lu Shigang et al. داخلی درجہ حرارت کے میدان اور مربع بیٹریوں کے تھرمل اسٹریس فیلڈ کی تقسیم کی معلومات کی بنیاد پر تھرمل تناؤ کو متاثر کرنے والے عوامل کا مقداری تجزیہ کرنے کے لیے نقلی ماڈلنگ کے طریقے استعمال کیے گئے۔ انہوں نے پایا کہ ہندسی مرکز میں درجہ حرارت سب سے زیادہ تھا، اور بیٹری کا مرکزی علاقہ اعلی درجہ حرارت کی توسیع کی وجہ سے دباؤ کا شکار تھا، جبکہ پس منظر کا علاقہ تناؤ کے دباؤ کا شکار تھا۔ ایک ہی وقت میں، سائیڈ کے مرکز میں مرتکز تھرمل تناؤ کا ایک رجحان ہے۔ Carlstedt اور Asp نے بیلناکار بیٹریوں کے چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران اندرونی تناؤ پر حجم اور درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے اثرات کا تجزیہ کیا جو الیکٹروڈ مواد میں لیتھیم آئن کے ارتکاز میں فرق اور الیکٹرو کیمیکل سائیکلنگ سے پیدا ہونے والے تھرمل تناؤ کی وجہ سے پھیلنے والے تناؤ پر مبنی ہے۔ ان کا خیال تھا کہ تناؤ کا تعلق پیرامیٹرز سے ہے جیسے چارجنگ اور ڈسچارج ریٹ اور اسٹیکنگ ڈائمینشنز۔ Ge et al. یقین ہے کہ منفی تھرمل ایکسپینشن گتانک والے مواد سے بنے الیکٹروڈز لتیم آئن کے داخل اور نکالنے کی وجہ سے ہونے والی شدید توسیع اور سکڑاؤ کو مؤثر طریقے سے ختم کر سکتے ہیں۔
3 الیکٹرولائٹ اور ڈایافرام کا گلنا
یہ مضمون لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کا جامع تجزیہ کرتا ہے، ان عوامل کی درجہ بندی اور ترتیب دیتا ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی عمر اور عمر کو متاثر کرتے ہیں، اور مختلف میکانزم کی وضاحت کرتا ہے جیسے اوور چارجنگ، SEI فلم کی نمو اور الیکٹرولائٹ، خود خارج ہونے والے مادہ، فعال مادی نقصان، اور موجودہ کلیکٹر سنکنرن. یہ حالیہ برسوں میں بیٹری کی عمر بڑھنے کے طریقہ کار میں مختلف شعبوں میں اسکالرز کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتا ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے پر اثر انداز ہونے والے عوامل اور عمل کے طریقوں کا تفصیل سے تجزیہ کرتا ہے، اور عمر بڑھنے کے ضمنی ردعمل کے ماڈلنگ کے طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔
صلاحیت کی کمی پر الیکٹرولائٹ سڑنے کا اثر
الیکٹرولائٹ ایک آئنک کنڈکٹر ہے جو مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان لتیم آئنوں کو چلا سکتا ہے۔ جیسے جیسے سائیکلوں کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، الیکٹرولائٹ وقت کے ساتھ ساتھ بعض آکسیڈیشن یا سڑنے والے رد عمل سے گزرتا ہے، جو اس کی بڑے پیمانے پر منتقلی کی صلاحیت کو کمزور کر دیتا ہے اور بیٹری کی اندرونی مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔
بیٹری کی مثبت اور منفی الیکٹروڈ سطحوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے کے علاوہ، الیکٹرولائٹ لیتھیم جمع کرنے اور حرارتی نظام کے تحت رد عمل کی ایک سیریز سے بھی گزرتا ہے۔ حرارت کے تحت، الیکٹرولائٹ گلنا اور CO2 جیسی گیسیں پیدا کر سکتا ہے، اور درجہ حرارت میں مزید اضافہ دہن اور دھماکے کا باعث بھی بن سکتا ہے۔
تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ جب آپریٹنگ وولٹیج الیکٹرولائٹ کے الیکٹرو کیمیکل استحکام کی کھڑکی سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو الیکٹرولائٹ اور مثبت الیکٹروڈ مواد کے درمیان ایک آکسیڈیٹیو سڑن کا رد عمل ہوتا ہے۔ الیکٹرولائٹ اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان SEI فلم کی تشکیل کے ساتھ ساتھ لتیم ارتقاء کے دوران الیکٹرولائٹ کے رد عمل کے عمل کا اکثر عمر بڑھنے کی دوسری شکلوں کے ساتھ مل کر مطالعہ کیا جاتا ہے۔ الیکٹرولائٹ میں نامیاتی سالوینٹس بیٹری کے آپریشن کے دوران ایسٹر ایکسچینج اور پولیمرائزیشن کے رد عمل سے گزرتے ہیں، اور ترسیلی نمکیات جیسے LiPF6 نامیاتی فاسفیٹس اور فلورائٹس بنانے کے رد عمل میں انحطاط پذیر ہوتے ہیں۔ Henschel et al. پانچ آٹوموٹو مینوفیکچررز سے لیتھیم آئن بیٹری الیکٹرولائٹس کی عمر بڑھنے کا تجزیہ کیا اور پتہ چلا کہ جیسے جیسے لیتھیم آئن بیٹریوں کی عمر ہوتی ہے، توانائی اور پاور دونوں بیٹریوں میں الیکٹرولائٹ کو مختلف درجات کے نقصان کا سامنا کرنا پڑے گا، اور LiPF6 کی حراستی میں نمایاں کمی واقع ہوگی۔
صلاحیت میں کمی پر ڈایافرام کے گلنے کا اثر
الگ کرنے والا لتیم آئن بیٹریوں کے لیے کلیدی مواد ہے، جو الیکٹرانوں کو الگ کر سکتا ہے۔ چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران، لیتھیم آئن پھیلتے اور پھیلتے ہیں، جسمانی طور پر مثبت اور منفی الیکٹروڈ کو الگ کرتے ہیں۔ لہذا، جداکار بیٹری کے محفوظ آپریشن کے لیے اہم ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، جداکار میں اعلی کیمیائی استحکام، اچھی گیلی صلاحیت، اچھی تھرمل استحکام، اعلی مکینیکل طاقت، اور اعلی پورسٹی ہونا چاہیے۔ جھلی کی اعلی پورسٹی آئن ٹرانسپورٹ کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہے، جب کہ جھلی کی عمر بڑھنے والی شکل بنیادی طور پر جھلی کے چھیدوں میں رکاوٹ کی وجہ سے ہوتی ہے، جو الیکٹروڈ کے درمیان آئن کی نقل و حمل میں رکاوٹ بنتی ہے، جس کے نتیجے میں طاقت کی کشیدگی اور رکاوٹ میں اضافہ ہوتا ہے۔
جھلی کی عمر بڑھنے کی وجہ الیکٹرولائٹ کے گلنے والی مصنوعات اور فعال مواد کے ذریعہ جھلی کے چھیدوں کی رکاوٹ ہے، جو رکاوٹ میں اضافہ اور طاقت کی صلاحیت میں کمی کا باعث بن سکتی ہے۔ جھلی کی عمر بڑھنے کی بنیادی وجوہات میں نہ صرف الیکٹرولائٹ کا کٹاؤ، جھلی کے چھیدوں سے گزرنے والی لیتھیم ڈینڈرائٹس، اور زیادہ درجہ حرارت یا سائیکلنگ کی وجہ سے ساختی انحطاط، بلکہ جھلی کی سطح پر الیکٹرولائٹ سڑنے والی مصنوعات کا غیر مساوی جمع ہونا بھی ہیں، جو جھلی میں کمی کا باعث بن سکتے ہیں۔ آئن چالکتا وو وغیرہ۔ جھلی کے نقصان اور عمر بڑھنے کے طریقہ کار کا تجزیہ کیا، اور یقین کیا کہ جھلی کے نقصان کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ لیتھیم کے ارتقاء کے دوران پیدا ہونے والے ڈینڈرائٹس پتلی فلم کو چھید سکتے ہیں، جس سے بیٹری کی صلاحیت میں کمی یا اندرونی شارٹ سرکٹ بھی ہو سکتا ہے۔ جھلی کی سطح پر غیر متناسب ترمیم لتیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو مؤثر طریقے سے دبا سکتی ہے اور جھلی کی عمر کو بہتر بنا سکتی ہے۔
4 درجہ حرارت + چارج ڈسچارج ریٹ + اوور چارج
یہ مضمون لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کا جامع تجزیہ کرتا ہے، ان عوامل کی درجہ بندی اور ترتیب دیتا ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی عمر اور عمر کو متاثر کرتے ہیں، اور مختلف میکانزم کی وضاحت کرتا ہے جیسے اوور چارجنگ، SEI فلم کی نمو اور الیکٹرولائٹ، خود خارج ہونے والے مادہ، فعال مادی نقصان، اور موجودہ کلیکٹر سنکنرن. یہ حالیہ برسوں میں بیٹری کی عمر بڑھنے کے طریقہ کار میں مختلف شعبوں میں اسکالرز کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتا ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے پر اثر انداز ہونے والے عوامل اور عمل کے طریقوں کا تفصیل سے تجزیہ کرتا ہے، اور عمر بڑھنے کے ضمنی ردعمل کے ماڈلنگ کے طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔
درجہ حرارت کے ماحول کا لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی، حفاظت اور عمر پر نمایاں اثر پڑتا ہے۔ کچھ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ لیتھیم آئن بیٹریاں 15-35 ڈگری درجہ حرارت کی حد میں کام کرنے کے لیے موزوں ہیں۔ عملی ایپلی کیشنز میں، مختلف تھرمل مینجمنٹ تکنیکوں کو عام طور پر لیتھیم آئن بیٹریوں کے آپریٹنگ درجہ حرارت کو منظم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اس طرح ان کی سائیکل کی زندگی میں توسیع ہوتی ہے اور بیٹری کی پوری زندگی کی حفاظت کو بہتر بنایا جاتا ہے۔ کم درجہ حرارت پر، الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن کی شرح سست ہو جاتی ہے، الیکٹرولائٹ چالکتا کم ہو جاتی ہے، SEI فلم کی رکاوٹ بڑھ جاتی ہے، لیتھیم آئن کی منتقلی میں رکاوٹ بڑھ جاتی ہے، اور چارجنگ اور ڈسچارج کے حالات میں پولرائزیشن وولٹیج بڑھ جاتا ہے۔ لہذا، چارجنگ کے دوران لیتھیم جمع ہونے کا خطرہ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں بیٹری کی صلاحیت میں ناقابل واپسی کمی واقع ہوتی ہے اور یہاں تک کہ حفاظتی خطرات بھی پیدا ہوتے ہیں۔
اعلی درجہ حرارت پر کام کرتے وقت، رد عمل کینیٹکس (آرینیئس اثر) کی وجہ سے، لتیم آئن بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل رد عمل کی شرح بڑھ جاتی ہے، اندرونی مزاحمت کم ہوتی ہے، اور صلاحیت بڑھ جاتی ہے۔ مسلسل اعلی درجہ حرارت بیٹری میں اندرونی ضمنی رد عمل کو تیز کرے گا، جس سے الیکٹرولائٹ آکسیکرن اور سڑنا ہوگا اور SEI فلم کی تشکیل کو فروغ ملے گا، جس کے نتیجے میں ناقابل واپسی صلاحیت میں کمی اور رکاوٹ میں اضافہ ہوگا۔ لتیم آئن بیٹریوں کے آپریشن کے دوران، اندرونی اجزاء جیسے الیکٹروڈ اور جداکاروں کی کم تھرمل چالکتا کی وجہ سے، بیٹری کے خلیوں کے اندر درجہ حرارت کے میلان پیدا ہوتے ہیں۔ درجہ حرارت کے میلان کا رجحان زیادہ شرح اور کم درجہ حرارت والے ماحول میں زیادہ واضح ہوتا ہے، اور یہ مقامی درجہ حرارت کی تقسیم کا فرق موجودہ کثافت کی غیر یکساں تقسیم کو بڑھا سکتا ہے، اس طرح بیٹری کے انحطاط کو تیز کرتا ہے۔
چارج ڈسچارج ریٹ
موجودہ شرح لیتھیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی کا باعث بھی بن سکتی ہے۔ چارج ڈسچارج کی شرح میں اضافہ صلاحیت کے زوال کی شرح اور اعلی توانائی والی لتیم آئن بیٹریوں کی اومک مزاحمت اور پولرائزیشن مزاحمت کی شرح نمو کو تیز کرے گا، پولرائزیشن مزاحمت کی شرح نمو اومک مزاحمت سے زیادہ ہونے کے ساتھ۔ بیٹری پیک کی عمر بڑھنے اور مستقل مزاجی پر چارج ڈسچارج کی شرح کا اثر بنیادی طور پر چھوٹی صلاحیت والے واحد خلیوں کی عمر بڑھنے میں ظاہر ہوتا ہے۔ چھوٹی صلاحیت والی بیٹریوں کے لیے، زیادہ چارج اور ڈسچارج کی شرح کے تحت، اوور چارجنگ اور اوور ڈسچارجنگ کے واقعات زیادہ کثرت سے ہوتے ہیں، جو چھوٹی صلاحیت والی بیٹریوں کی صلاحیت کے زوال کو تیز کرتے ہیں اور مثبت فیڈ بیک بناتے ہیں۔ یہ بیٹری پیک کی دستیاب صلاحیت میں کمی کا باعث بن سکتا ہے، اور یہاں تک کہ اوور چارجنگ اور ڈسچارجنگ جیسے مظاہر کی وجہ سے تھرمل سیفٹی کے مسائل پیدا ہوسکتے ہیں۔ ہائی ریٹ چارج اور ڈسچارج سائیکلوں کی وجہ سے بیٹری کی عمر بڑھنے کا طریقہ کار بنیادی طور پر ہائی ریٹ چارج اور ڈسچارج کے دوران پیدا ہونے والے بازی حوصلہ افزائی کشیدگی کی وجہ سے مثبت الیکٹروڈ فعال مواد کے نقصان کی وجہ سے ہے۔ بیٹری کی عمر بڑھنے کے دوران مثبت الیکٹروڈ فعال مواد کے حجم کے حصے میں کمی پر غور کرتے ہوئے، یہ الیکٹروڈ مواد کے فی یونٹ رقبے میں موجودہ کثافت میں اضافہ کا باعث بنے گا۔ لہذا، ہائی ریٹ چارج ڈسچارج سائیکل کے حالات کے تحت، بیٹری کی عمر بڑھنے کا ایک تیز رجحان ظاہر ہوگا۔
Dubarry et al. متعدد چارجنگ اور ڈسچارج کی شرحوں کا استعمال کرتے ہوئے جامع مثبت لیتھیم آئن بیٹریوں پر عمر رسیدہ تجربات کیے، اور نتائج سے ظاہر ہوا کہ اعلیٰ شرح چارجنگ اور ڈسچارج بیٹری کی کارکردگی میں کمی کو تیز کرے گی۔ تنزلی کے نتائج کا تجزیہ کرنے کے بعد، یہ خیال کیا جاتا ہے کہ عمر بڑھنے کے عمل کو دو مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ پہلے مرحلے میں صلاحیت کا نقصان منفی الیکٹروڈ سطح پر SEI فلم کی تشکیل کی وجہ سے فعال لتیم آئنوں کے نقصان سے ہوتا ہے، جبکہ دوسرے مرحلے میں انحطاط الیکٹروڈ فعال مواد کے نقصان سے آتا ہے۔ چینگ وغیرہ۔ NCM لتیم آئن بیٹریوں کی عمر بڑھنے کی خصوصیات کا مطالعہ کیا اور پایا کہ صلاحیت میں کمی سائیکلوں کی تعداد کے ساتھ بڑھتی ہے، جس کے ساتھ مثبت الیکٹروڈ مواد کو ساختی نقصان اور عمر بڑھنے کے عمل کے دوران منفی الیکٹروڈ SEI فلم کی تشکیل ہوتی ہے۔ بارسلونا اور Piegari، چارج اور ڈسچارج کے عمل کے دوران درجہ حرارت کی تبدیلیوں کو پیلٹیئر دبانے کے ذریعے، یقین رکھتے ہیں کہ ایک مخصوص موجودہ شرح اور مخصوص SOC حالات کے اندر بیٹری کی عمر بڑھنے اور موجودہ شرح کے درمیان کوئی خاص تعلق نہیں ہے۔ یانگ وغیرہ۔ بیٹری کی کارکردگی میں کمی اور الیکٹرو کیمیکل تھرمل کمبائنڈ ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے سائیکلوں کی تعداد کے درمیان تعلق پر تبادلہ خیال کیا جس میں ضمنی رد عمل شامل ہیں۔ ان کا خیال تھا کہ جیسے جیسے سائیکلوں کی تعداد میں اضافہ ہوگا، بیٹری کی عمر بڑھنے میں ایک اہم موڑ آئے گا، جو لگ بھگ لکیری سے غیر لکیری میں منتقلی کا عمل ظاہر کرے گا۔ بعد میں غیر لکیری تیز رفتار عمر بڑھنے کی بنیادی وجہ منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لیتھیم کا جمع ہونا تھا۔
صلاحیت میں کمی پر اوور چارجنگ کے اثرات کا تجزیہ
زیادہ چارجنگ کی وجہ سے بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی میں بنیادی طور پر منفی الیکٹروڈ اوور چارجنگ کی وجہ سے لیتھیم کا جمع ہونا، مثبت الیکٹروڈ اوور چارجنگ کی وجہ سے گیس کی پیداوار، اور الیکٹرولائٹ اوور چارجنگ کے دوران شدید ضمنی رد عمل شامل ہیں۔
جب منفی الیکٹروڈ زیادہ چارج ہوتا ہے تو، لیتھیم ارتقاء کا رد عمل ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں دھاتی لتیم جمع ہوتا ہے، جو منفی الیکٹروڈ فعال مواد کے مقابلے میں مثبت الیکٹروڈ فعال مواد کی زیادتی ہونے پر ہونے کا زیادہ امکان ہوتا ہے۔ تاہم، ہائی ریٹ چارجنگ کی صورت میں، یہاں تک کہ اگر مثبت اور منفی الیکٹروڈ فعال مواد کا تناسب نارمل ہے، تب بھی لیتھیم کا ارتقاء ہو سکتا ہے۔ دھاتی لتیم کے جمع ہونے سے بیٹریوں میں مندرجہ ذیل پہلوؤں سے صلاحیت میں کمی واقع ہو سکتی ہے: ① بیٹری میں قابل استعمال لتیم کی مقدار میں کمی کا باعث بنتی ہے۔ ② تیز دھاتی لیتھیم سالوینٹس یا الیکٹرولائٹس کے ساتھ ضمنی رد عمل سے گزرتا ہے، دیگر ضمنی مصنوعات بناتا ہے اور الیکٹرولائٹ کھاتا ہے، جس کے نتیجے میں خارج ہونے والی کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ ③ لیتھیم دھات بنیادی طور پر منفی الیکٹروڈ اور سیپریٹر کے درمیان جمع ہوتی ہے، جس سے الگ کرنے والے سوراخوں میں رکاوٹ پیدا ہو سکتی ہے اور بیٹری کی اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہو سکتا ہے۔
جب مثبت الیکٹروڈ فعال مواد سے منفی الیکٹروڈ فعال مواد کا تناسب بہت کم ہو تو، مثبت الیکٹروڈ اوور چارجنگ ہونے کا خطرہ ہوتا ہے۔ مثبت الیکٹروڈ اوور چارجنگ بنیادی طور پر الیکٹرو کیمیکل غیر فعال مادوں، آکسیجن کی کمی اور دیگر شکلوں کے ذریعے بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی کا باعث بنتی ہے۔ الیکٹروڈ کے درمیان صلاحیت کے توازن میں خلل کی وجہ سے، بیٹری کی صلاحیت کا ناقابل واپسی نقصان ہو سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، الیکٹروڈ کے مثبت رد عمل سے جاری ہونے والی آکسیجن لیتھیم آئن بیٹریوں کے استعمال کے لیے حفاظتی خطرات بھی لاحق ہو سکتی ہے۔
اگر لیتھیم آئن بیٹریوں کی چارجنگ وولٹیج بہت زیادہ ہے، تو یہ الیکٹرولائٹ میں آکسیکرن رد عمل کا سبب بنے گی اور ناقابل حل مادے (جیسے Li2CO3) اور گیسیں پیدا کرے گی۔ یہ ضمنی مصنوعات الیکٹروڈ مائیکرو پورز کو روکیں گی، لیتھیم آئنوں کی منتقلی میں رکاوٹ بنیں گی، اور سائیکلنگ کی صلاحیت میں کمی کا سبب بنیں گی۔ مزید برآں، جیسے جیسے الیکٹرولائٹ استعمال ہوتا ہے، اس کی بڑے پیمانے پر منتقلی کی صلاحیت کمزور ہوتی جاتی ہے، جس سے بیٹری کی اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، اگر ٹھوس مصنوعات تیار کی جاتی ہیں، تو الیکٹروڈ کی سطح پر ایک گزرنے والی فلم بن سکتی ہے، جو بیٹری پولرائزیشن کو بڑھا دے گی اور بیٹری کے آؤٹ پٹ وولٹیج کو کم کرے گی۔
5 بیٹری میں تضاد + چارجنگ کا طریقہ + چارج اور ڈسچارج کی گہرائی
یہ مضمون لتیم آئن بیٹریوں میں صلاحیت کے انحطاط کے طریقہ کار کا جامع تجزیہ کرتا ہے، ان عوامل کی درجہ بندی اور ترتیب دیتا ہے جو لتیم آئن بیٹریوں کی عمر اور عمر کو متاثر کرتے ہیں، اور مختلف میکانزم کی وضاحت کرتا ہے جیسے اوور چارجنگ، SEI فلم کی نمو اور الیکٹرولائٹ، خود خارج ہونے والے مادہ، فعال مادی نقصان، اور موجودہ کلیکٹر سنکنرن. یہ حالیہ برسوں میں بیٹری کی عمر بڑھنے کے طریقہ کار میں مختلف شعبوں میں اسکالرز کی تحقیقی پیشرفت کا خلاصہ کرتا ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے پر اثر انداز ہونے والے عوامل اور عمل کے طریقوں کا تفصیل سے تجزیہ کرتا ہے، اور عمر بڑھنے کے ضمنی ردعمل کے ماڈلنگ کے طریقوں کی وضاحت کرتا ہے۔
بیٹری کی اندرونی عدم مطابقت
پوری گاڑی کی توانائی اور بجلی کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، لتیم آئن بیٹری سیلز کو الیکٹرک گاڑیوں میں لگانے سے پہلے عام طور پر سیریز یا متوازی طور پر منسلک ہونے کی ضرورت ہوتی ہے۔ مینوفیکچرنگ کے عمل، کام کرنے کے ماحول اور دیگر حالات میں فرق کی وجہ سے، خلیے صلاحیت، رکاوٹ، کٹ آف وولٹیج اور دیگر خصوصیات میں فرق ظاہر کر سکتے ہیں۔ یہ متضاد گاڑیوں کے پیچیدہ حالات کے تحت بیٹری پیک کی تیز رفتار عمر بڑھنے کا باعث بن سکتا ہے، اس طرح الیکٹرک گاڑیوں کی پائیداری، بھروسے اور حفاظت کو متاثر کرتا ہے۔
بیٹریوں کی عدم مطابقت بنیادی طور پر فیکٹری میں مینوفیکچرنگ کے عمل اور مواد میں ٹھیک ٹھیک فرق کے ساتھ ساتھ بعد میں بیٹری کے استعمال کے دوران استعمال کے ماحول میں فرق کی وجہ سے ہوتی ہے۔ تضادات بنیادی طور پر بیٹری وولٹیج، اندرونی مزاحمت اور صلاحیت جیسے پیرامیٹرز میں ظاہر ہوتے ہیں۔ عمر پر وولٹیج کی عدم مطابقت کا اثر بنیادی طور پر خارج ہونے والے مادہ کے اختتام پر ظاہر ہوتا ہے۔ کم وولٹیج والے سیل پہلے کٹ آف وولٹیج تک پہنچ جائیں گے اور مکمل طور پر خالی حالت میں پہنچ جائیں گے، جب کہ دیگر بیٹریاں کٹ آف وولٹیج سے زیادہ وولٹیج رکھتی ہیں اور پھر بھی اندرونی طور پر کچھ صلاحیت رکھتی ہیں۔ کم SOC پر بیٹریوں کے خارج ہونے کا ان کی عمر پر خاصا اثر پڑتا ہے، لہذا، مکمل طور پر خالی ہونے والے خلیوں کی عمر بڑھنے کی شرح دوسری بیٹریوں کے مقابلے میں تیز ہوگی۔
تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ لیتھیم آئن بیٹری کے ماڈیولز/سسٹم کی عدم مطابقت اور لیتھیم آئن بیٹری سیلز کی عدم مطابقت کے درمیان گہرا تعلق ہے۔ عام طور پر، بیٹری پیک کی سروس لائف بیٹری پیک میں سب سے کم واحد بیٹری کی سروس لائف سے کم ہے۔ لیتھیم آئن بیٹری پیک کے استعمال میں عدم مطابقت کی وجہ سے، ہر ایک سیل کی اصل صلاحیت مختلف ہوتی ہے۔ لہذا، ایک ہی بوجھ کے موجودہ حالات کے تحت، ہر سیل کے چارج اور خارج ہونے والے مادہ کی اصل گہرائی بھی مختلف ہے. گہری خارج ہونے والی حالتوں میں طویل عرصے تک استعمال ہونے والے بیٹری پیک کی عمر کم ہوتی ہے ان کے مقابلے میں جو اتھلی خارج ہونے والے حالات میں استعمال ہوتے ہیں۔ چارجنگ اور ڈسچارجنگ پاور زیادہ سے زیادہ چارجنگ اور ڈسچارج کرنٹ بیٹری پیک کی سروس لائف کو بھی متاثر کر سکتی ہے۔ زیبرمین وغیرہ۔ سکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی کے ساتھ مل کر تفریق وولٹیج کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے سیریز کے ڈھانچے والے لتیم آئن بیٹری پیک کی عمر بڑھنے کی خصوصیات کا مطالعہ کیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 5 ڈگری درجہ حرارت کا میلان بیٹری کی عمر بڑھنے کی شرح میں فرق کا باعث بنے گا، جس کے نتیجے میں بیٹری پیک کی صلاحیت میں کمی اور کارکردگی میں کمی واقع ہوگی۔
چارجنگ فارم اور حکمت عملی
لتیم آئن بیٹریوں کے چارج کرنے کے عمل کا لتیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی پر نمایاں اثر پڑتا ہے۔ تحقیقی نتائج بتاتے ہیں کہ لیتھیم آئن بیٹریوں کی چارجنگ کٹ آف وولٹیج عمر بڑھنے کے عمل پر نمایاں اثر ڈالتی ہے۔ مثال کے طور پر لیتھیم مینگنیز آکسائیڈ سسٹم لیتھیم آئن بیٹری کو لے کر، یہ فرض کرتے ہوئے کہ اس کا چارجنگ کٹ آف وولٹیج 4V ہے، کٹ آف وولٹیج کو قدرے کم کرنے سے دستیاب سائیکل کی زندگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ لیکن اس کی دستیاب صلاحیت بھی اسی حساب سے کم ہو جائے گی۔ یہ پراپرٹی لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے تیز رفتار چارجنگ کی حکمت عملیوں کے ڈیزائن کے لیے رہنمائی فراہم کر سکتی ہے۔ دوسری طرف، لیتھیم آئن بیٹریوں کی تیزی سے چارج ہونے سے بھی عمر بڑھنے پر خاصا اثر پڑتا ہے۔ تحقیقی نتائج بتاتے ہیں کہ فاسٹ چارجنگ کے تحت 100 فیصد تک بڑھاپے کی عمر 80 فیصد تک فاسٹ چارجنگ کے مقابلے میں زیادہ واضح ہے، اور یہاں تک کہ عام چارجنگ کے تحت 100 فیصد تک بڑھاپے کی عمر 80 فیصد تک فاسٹ چارجنگ کے تحت عمر بڑھنے کے مقابلے میں زیادہ سنگین ہے۔
پلس ڈسچارج مؤثر طریقے سے چارجنگ کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے اور کلاسیکل کنسٹنٹ کرنٹ (CC) چارجنگ یا مستقل کرنٹ کنسٹنٹ وولٹیج (CC-CV) چارجنگ طریقوں کے مقابلے میں چارجنگ کے وقت کو کم کر سکتا ہے۔ تحقیقی نتائج بتاتے ہیں کہ پلس چارجنگ چارجنگ کے وقت کو نمایاں طور پر کم کر سکتی ہے، لیکن نبض کی فریکوئنسی میں اضافہ ایک ہی پلس چارجنگ طریقہ استعمال کرتے وقت چارجنگ کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر نہیں کرتا ہے۔ تاہم، پلس چارجنگ کا بیٹری کی عمر بڑھنے پر نمایاں اثر پڑتا ہے۔ لی ایٹ ال کے تجرباتی نتائج۔ نے ظاہر کیا کہ لتیم آئن بیٹریوں کی اندرونی مزاحمت پلس چارجنگ کے حالات میں نمایاں طور پر بڑھ گئی ہے، اور الیکٹران مائکروسکوپی کی اسکیننگ پر مبنی تجزیہ سے منفی الیکٹروڈ فعال مواد کے زیادہ شدید نقصان کا انکشاف ہوا ہے۔
چارج اور ڈسچارج کی گہرائی
تحقیقی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ لتیم آئن بیٹریوں کے چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران، گہری چارجنگ اور ڈسچارج لتیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت کے انحطاط کو تیز کرے گی، اور اس وقت، لیتھیم آئن بیٹریوں کی اومک مزاحمت اور پولرائزیشن مزاحمت دونوں کو متاثر کرے گی۔ اضافہ دوسری طرف، چارج اور ڈسچارج کی اسی گہرائی کے تحت، ہائی ایس او سی رینج میں سائیکل کی جانے والی لیتھیم آئن بیٹریاں کم ایس او سی رینج میں سائیکل چلانے والوں کے مقابلے عمر بڑھنے کا زیادہ خطرہ رکھتی ہیں، جس کی وجہ لیتھیم کے جمع ہونے کے مسئلے کی وجہ سے ہو سکتی ہے۔ اعلی SOC رینج. اس کے علاوہ، لتیم آئن بیٹریوں کے تیز رفتار سائیکل ایجنگ کے عمل کے دوران، مستقل کرنٹ چارجنگ حالات میں عمر بڑھنے کی شرح مستقل کرنٹ اور مستقل وولٹیج چارجنگ حالات سے زیادہ ہے۔ لہذا، چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران بیکار وقت کو بڑھانا یا چارجنگ کے اختتام پر انتہائی کم کرنٹ چارجنگ کا استعمال بیٹری کی زندگی کو طول دینے کے لیے فائدہ مند ہے۔