موجودہ کلیکٹر لتیم آئن بیٹریوں میں ناگزیر اجزاء میں سے ایک ہے۔ یہ نہ صرف فعال مواد کو لے جا سکتا ہے، بلکہ الیکٹروڈ ایکٹیو میٹریل سے پیدا ہونے والے کرنٹ کو بھی اکٹھا اور آؤٹ پٹ کر سکتا ہے، جو لیتھیم آئن بیٹریوں کی اندرونی مزاحمت کو کم کرنے، کولمبک کارکردگی، سائیکل کے استحکام، اور ریٹ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے موزوں ہے۔ بیٹری
لتیم آئن بیٹری کرنٹ کلیکٹر
اصولی طور پر، ایک مثالی لتیم آئن بیٹری کرنٹ کلیکٹر کو درج ذیل شرائط کو پورا کرنا چاہیے: (1) اعلی چالکتا؛ (2) اچھا کیمیائی اور الیکٹرو کیمیکل استحکام؛ (3) اعلی مکینیکل طاقت؛ (4) الیکٹروڈ فعال مواد کے ساتھ اچھی مطابقت اور پابند طاقت؛ (5) سستا اور حاصل کرنے میں آسان؛ (6) ہلکا پھلکا۔
تاہم، عملی ایپلی کیشنز میں، مختلف موجودہ کلیکٹر مواد میں اب بھی مختلف مسائل ہیں، اس لیے وہ اوپر بیان کردہ کثیر پیمانے کی ضروریات کو پوری طرح سے پورا نہیں کر سکتے۔ کاپر زیادہ صلاحیتوں پر آکسیکرن کا شکار ہے اور منفی الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر استعمال کے لیے موزوں ہے۔ ایلومینیم، منفی الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر، سنکنرن کا زیادہ سنگین مسئلہ ہے اور یہ مثبت الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر استعمال کے لیے موزوں ہے۔ فی الحال، جو مواد لتیم آئن بیٹریوں کے لیے موجودہ جمع کرنے والے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے ان میں دھاتی موصل مواد جیسے کاپر، ایلومینیم، نکل، اور سٹینلیس سٹیل، سیمی کنڈکٹر مواد جیسے کاربن، اور جامع مواد شامل ہیں۔
1.1 کاپر کرنٹ کلیکٹر
تانبا ایک بہترین دھاتی کنڈکٹر ہے جس میں چالکتا چاندی کے بعد دوسرے نمبر پر ہے، اور اس کے بہت سے فوائد ہیں جیسے کہ وافر وسائل، کم قیمت اور آسان دستیابی، اور اچھی لچک۔ تاہم، اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ تانبا زیادہ صلاحیتوں پر آکسیکرن کا شکار ہے، یہ اکثر منفی الیکٹروڈ فعال مواد جیسے گریفائٹ، سلکان، ٹن، اور کوبالٹ ٹن مرکبات کے لیے موجودہ کلیکٹر کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ عام تانبے کے جمع کرنے والوں میں تانبے کا ورق، فوم کاپر، کاپر میش اور تین جہتی نینو کاپر سرنی کلیکٹر شامل ہیں۔
1.1.1 کاپر فوائل کرنٹ کلیکٹر
تانبے کے ورق کی پیداوار کے عمل کے مطابق، اسے مزید رولڈ کاپر ورق اور الیکٹرولیٹک تانبے کے ورق میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹرولیٹک تانبے کے ورق کے مقابلے میں، رولڈ تانبے کے ورق میں زیادہ چالکتا اور بہتر توسیعی اثر ہوتا ہے۔ گھماؤ کے لیے کم تقاضوں کے ساتھ لیتھیم آئن بیٹریاں الیکٹرولائٹک کاپر فوائل کو منفی الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر منتخب کر سکتی ہیں۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری کو بڑھانا موجودہ کلیکٹر اور فعال مواد کے درمیان بانڈنگ کی مضبوطی کو بہتر بنانے، فعال مواد اور موجودہ کلیکٹر کے درمیان رابطے کی مزاحمت کو کم کرنے، اور اسی طرح خارج ہونے والی کارکردگی اور سائیکل کی شرح کو بہتر بنانے کے لیے فائدہ مند ہے۔ بیٹری کی استحکام.
1.1.2 فوم کاپر کلیکٹر
فوم کاپر ایک قسم کا سہ جہتی نیٹ ورک مواد ہے جو اسپنج سے ملتا جلتا ہے، جس کے بہت سے فوائد ہیں جیسے ہلکا وزن، زیادہ طاقت اور سختی، اور سطح کا بڑا مخصوص رقبہ۔ اگرچہ سلیکون اور ٹن منفی الیکٹروڈ فعال مواد اعلی نظریاتی مخصوص صلاحیت کے حامل ہوتے ہیں اور انہیں لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک امید افزا منفی الیکٹروڈ فعال مواد میں سے ایک سمجھا جاتا ہے، لیکن ان کے نقصانات بھی ہیں جیسے سائیکلک چارجنگ/ڈسچارجنگ کے دوران بڑے حجم میں تبدیلی اور پلورائزیشن، جو بیٹری کی کارکردگی کو سنجیدگی سے متاثر کرتا ہے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ فوم کاپر کلیکٹر چارج اور ڈسچارج کے عمل کے دوران سلکان اور ٹن اینوڈ کے فعال مواد کے حجم کی تبدیلی کو روک سکتا ہے، پلورائزیشن کے رجحان کو سست کر سکتا ہے، اور اس طرح بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔
1.2 ایلومینیم کرنٹ کلیکٹر
اگرچہ ایلومینیم دھات کی چالکتا تانبے کی نسبت کم ہے، لیکن اسی مقدار میں بجلی کی نقل و حمل کے وقت ایلومینیم کے تار کا معیار تانبے کے تار سے صرف نصف ہے۔ بلاشبہ، ایلومینیم کرنٹ کلیکٹر کا استعمال لتیم آئن بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو بہتر بنانے میں مدد کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، تانبے کے مقابلے میں، ایلومینیم قیمت میں سستا ہے. لتیم آئن بیٹریوں کی چارجنگ/ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران، ایلومینیم فوائل کرنٹ کلیکٹر کی سطح پر ایک گھنی آکسائیڈ فلم بنتی ہے، جو ایلومینیم فوائل کی سنکنرن مزاحمت کو بہتر بناتی ہے اور اکثر اس میں مثبت الیکٹروڈ کے لیے موجودہ کلیکٹر کے طور پر استعمال ہوتی ہے۔ لتیم آئن بیٹریاں.
تانبے کے ورق کے موجودہ جمع کرنے والوں کی طرح، سطح کا علاج ایلومینیم ورق کی سطح کی خصوصیات کو بھی بہتر بنا سکتا ہے۔ براہ راست کرنٹ اینچنگ کے بعد، ایلومینیم فوائل کی سطح پر شہد کے چھتے کا ڈھانچہ بن جائے گا، جو مثبت الیکٹروڈ فعال مواد سے زیادہ مضبوطی سے جڑا ہوا ہے اور لیتھیم آئن بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔ تاہم، درحقیقت، ایلومینیم کرنٹ جمع کرنے والے اکثر سطحی گزرنے والی فلموں کی تباہی کی وجہ سے شدید سنکنرن کا شکار ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ لہٰذا، ایلومینیم ورق کی کھدائی کی سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے، اس کی سطح کو بہتر بنانا اور زیادہ مستحکم گزرنے والی فلم بنانا ضروری ہے۔
1.3 نکل کرنٹ کلیکٹر
نسبتاً بولتے ہوئے، نکل ایک بنیادی دھات ہے جس کی نسبتاً کم قیمت، اچھی چالکتا، اور تیزابیت اور الکلائن محلول میں استحکام ہے۔ لہذا، نکل کو مثبت الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر اور منفی الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر دونوں کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ دونوں مثبت الیکٹروڈ فعال مواد ہیں جیسے لیتھیم آئرن فاسفیٹ اور منفی الیکٹروڈ فعال مواد جیسے نکل آکسائڈ، سلفر، اور کاربن سلکان مرکب مواد جو اس سے ملتے ہیں.
نکل کلیکٹر کی شکل میں عام طور پر جھاگ نکل اور نکل ورق شامل ہوتے ہیں۔ چونکہ فوم نکل نے فعال مادہ کے ساتھ چینلز اور بڑے رابطے کے علاقے کو تیار کیا ہے، فعال مادہ اور جمع کرنے والے کے درمیان رابطے کی مزاحمت کم ہو گئی ہے. نکل فوائل کو الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر استعمال کرتے وقت، جیسے جیسے چارج/ڈسچارج سائیکلوں کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، فعال مواد لاتعلقی کا شکار ہوتا ہے، جو بیٹری کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے۔ اسی طرح، سطح سے پہلے کے علاج کا عمل نکل فوائل کرنٹ کلیکٹرز پر بھی لاگو ہوتا ہے۔ نکل فوائل کرنٹ کلیکٹر کی سطح کو اینچ کرنے کے بعد، فعال مادہ اور موجودہ کلیکٹر کے درمیان بانڈنگ کی طاقت نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے۔
نکل آکسائیڈ میں مستحکم ساخت، کم قیمت، اور اعلی نظریاتی مخصوص صلاحیت کے فوائد ہیں، جو اسے لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا منفی الیکٹروڈ فعال مواد بناتا ہے۔ اس کی بنیاد پر، نکل آکسائیڈ کی ایک تہہ کو جھاگ نکل کی سطح پر ٹھوس مرحلے کے آکسیکرن طریقہ سے اگایا گیا تھا، اور نکل آکسائیڈ اینوڈ کو جھاگ نکل کے ساتھ بطور کلکٹر تیار کیا گیا تھا۔ نکل فوائل/نکل آکسائیڈ منفی الیکٹروڈ کے مقابلے، فوم نکل/نکل آکسائیڈ منفی الیکٹروڈ کے پہلے اخراج کی مخصوص صلاحیت میں نمایاں اضافہ ہوا ہے۔ وجہ یہ ہے کہ دو جہتی کرنٹ کلیکٹرز کے مقابلے میں، تین جہتی ڈھانچے والے کرنٹ کلیکٹر انٹرفیس پولرائزیشن کے رجحان کو کم کرتے ہیں اور بیٹریوں کے چارج/ڈسچارج سائیکل کے استحکام کو بہتر بناتے ہیں۔
لیتھیم آئرن فاسفیٹ کو اس کی اچھی حفاظت اور خام مال کے وسیع ذریعہ کی وجہ سے پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے ایک مثالی مثبت فعال مواد سمجھا جاتا ہے۔ اسے فوم نکل کلیکٹر کی سطح پر کوٹنگ کرنے سے LiFePO4 اور فوم نکل کے درمیان رابطہ کا علاقہ بڑھ سکتا ہے، انٹرفیس ری ایکشن کی موجودہ کثافت کو کم کر سکتا ہے، اور اس طرح LiFePO4 کی شرح خارج ہونے والی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔
1.4 سٹینلیس سٹیل کرنٹ کلیکٹر
سٹینلیس سٹیل سے مراد مرکب سٹیل ہے جس میں نکل، مولیبڈینم، ٹائٹینیم، نیبیم، تانبا اور آئرن جیسے عناصر شامل ہیں۔ اس میں اچھی چالکتا اور استحکام ہے، اور یہ کمزور سنکنرن میڈیا جیسے ہوا، بھاپ اور پانی کے ساتھ ساتھ تیزاب، الکلی اور نمک جیسے مضبوط سنکنرن میڈیا سے کیمیائی سنکنرن کا مقابلہ کر سکتا ہے۔ سٹینلیس سٹیل کی سطح بھی ایک گزرنے والی فلم بنانے کا خطرہ رکھتی ہے، جو اس کی سطح کو سنکنرن سے بچا سکتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، سٹینلیس سٹیل کو تانبے سے پتلا بنایا جا سکتا ہے، جس کے فوائد جیسے کم قیمت، سادہ عمل اور بڑے پیمانے پر پیداوار۔ سٹینلیس سٹیل کو مثبت یا منفی کرنٹ کلیکٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، اور سٹینلیس سٹیل کرنٹ کلیکٹر کی عام اقسام میں سٹینلیس سٹیل میش اور غیر محفوظ سٹینلیس سٹیل شامل ہیں۔
1.4.1 سٹینلیس سٹیل میش کلیکٹر سیال
سٹینلیس سٹیل میش کی ساخت گھنے ہے. جب موجودہ کلیکٹر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، تو اس کی سطح کو الیکٹروڈ فعال مواد سے لپیٹا جاتا ہے اور یہ الیکٹرولائٹ کے ساتھ براہ راست رابطے میں نہیں آتا ہے، جس سے یہ ضمنی رد عمل کا کم شکار ہوتا ہے اور بیٹری کی سائیکلنگ کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔
1.4.2 غیر محفوظ سٹینلیس سٹیل کرنٹ کلیکٹر
فعال مواد کو مکمل طور پر استعمال کرنے اور الیکٹروڈ کی خارج ہونے والی مخصوص صلاحیت کو بہتر بنانے کا ایک آسان اور موثر طریقہ غیر محفوظ کرنٹ جمع کرنے والوں کا استعمال ہے۔
1.5 کاربن کرنٹ کلیکٹر
کاربن مواد کو مثبت یا منفی الیکٹروڈ کرنٹ کلیکٹر کے طور پر استعمال کرتے وقت، یہ دھاتی کرنٹ کلیکٹرز پر الیکٹرولائٹ کے سنکنرن سے بچ سکتا ہے، اور اس میں وافر وسائل، آسان پروسیسنگ، کم مزاحمت، ماحول کو کوئی نقصان نہیں، اور کم قیمت کے فوائد ہیں۔
کاربن فائبر کپڑا اس کی بہترین لچک، چالکتا، اور الیکٹرو کیمیکل استحکام کی وجہ سے لچکدار لتیم آئن بیٹریوں کے لیے موجودہ کلیکٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کاربن نانوٹوبس کاربن کرنٹ کلیکٹر کی ایک اور شکل ہے، جس کے ہلکے وزن کے لحاظ سے دھاتی کرنٹ جمع کرنے والوں پر واضح فوائد ہیں اور بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتے ہیں۔
1.6 جامع موجودہ کلیکٹر
واحد جمع کرنے والے جیسے کہ تانبے کے جمع کرنے والے، ایلومینیم کے جمع کرنے والے، نکل کے جمع کرنے والے، سٹینلیس سٹیل کے جمع کرنے والے، اور کاربن کے جمع کرنے والے، جامع جمع کرنے والوں نے بھی حالیہ برسوں میں اسکالرز کی تحقیقی دلچسپی کو اپنی طرف متوجہ کیا ہے، جیسے conductive resins، کاربن لیپت ایلومینیم فوائلز، اور ٹائٹینیم۔ نکل شکل میموری مرکب.
1.6.1 کوندکٹو رال کرنٹ کلیکٹر
Polyethylene (PE) اور phenolic resin (PF) کرنٹ کلیکٹر کنڈکٹیو فلرز اور پولیمر رال میٹرکس پر مشتمل ہوتے ہیں۔ ایک جامع موجودہ کلیکٹر PE اور PF کو یکساں طور پر کنڈکٹیو فلرز (گریفائٹ، کاربن بلیک) کے ساتھ میٹرکس مواد کے طور پر ملا کر تیار کیا گیا تھا، اور ان کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کا مطالعہ کیا گیا تھا۔ گرافین ایک منفرد اور نیا دو جہتی کاربن فنکشنل مواد ہے جو کاربن ایٹموں کے SP2 ہائبرڈائزیشن سے تشکیل پاتا ہے۔ اس کے بہت سے فوائد ہیں جیسے کہ انتہائی اعلی چالکتا، سطح کا مخصوص رقبہ، اور مکینیکل طاقت۔ یہ گریفائٹ کو لتیم آئن بیٹریوں کے منفی الیکٹروڈ فعال مواد کے طور پر یا موجودہ کلیکٹر مواد کے طور پر تبدیل کر سکتا ہے۔
1.6.2 ٹائٹینیم نکل شکل میموری الائے کرنٹ کلیکٹر
ٹائٹینیم نکل شکل میموری الائے نکل اور ٹائٹینیم پر مشتمل ایک بائنری مرکب ہے، جو بیرونی درجہ حرارت یا دباؤ میں تبدیلی کے ساتھ دو مختلف کرسٹل مراحل کے درمیان تبدیل ہو سکتا ہے۔ ٹائٹینیم نکل کی شکل کا میموری الائے چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران فعال مادوں کے حجم کی تبدیلی کو اپنے فیز سٹیٹ کو تبدیل کرکے دبا سکتا ہے، اس طرح بیٹریوں کی سائیکل لائف کو بہتر بناتا ہے۔
1.6.3 کاربن لیپت ایلومینیم ورق کرنٹ کلیکٹر
کاربن لیپت/ایلومینیم فوائل کرنٹ کلیکٹر سے مراد ایک جامع کرنٹ کلیکٹر ہے جس میں ایک کاربن پر مشتمل جامع تہہ ایلومینیم فوائل کی سطح پر لیپت ہوتی ہے۔ ان میں سے، کاربن پر مشتمل پرت کاربن ریشوں اور منتشر کاربن کے سیاہ ذرات پر مشتمل ہوتی ہے جس کا علاج کیا جاتا ہے، جسے الیکٹروڈ کی چالکتا اور سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے ایلومینیم فوائل کے ساتھ مضبوطی سے جوڑا جا سکتا ہے۔
موجودہ کلیکٹر لتیم آئن بیٹریوں میں ایک ناگزیر اور اہم اجزاء میں سے ایک ہے، جس میں الیکٹروڈ فعال مواد کو لے جانے اور آؤٹ پٹ کرنٹ جمع کرنے کے متعدد کام ہوتے ہیں۔ مختلف مواد اور پیداواری عمل سے تیار کردہ موجودہ جمع کرنے والوں کی کارکردگی مختلف ہوتی ہے، اور لیتھیم آئن بیٹریوں پر ان کا اثر بھی مختلف ہوتا ہے۔