লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বৈশিষ্ট্য

রাসায়নিক পর্যায় সারণীতে লিথিয়াম হল ক্ষুদ্রতম এবং সবচেয়ে সক্রিয় ধাতু। এর ছোট আকার এবং উচ্চ ক্ষমতার ঘনত্বের কারণে, এটি ভোক্তা এবং প্রকৌশলীদের দ্বারা ব্যাপকভাবে স্বাগত জানায়। যাইহোক, রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি খুব সক্রিয়, যা অত্যন্ত উচ্চ ঝুঁকি নিয়ে আসে। যখন লিথিয়াম ধাতু বাতাসের সংস্পর্শে আসে, তখন এটি অক্সিজেনের সাথে হিংসাত্মক প্রতিক্রিয়া দেখায় এবং বিস্ফোরিত হয়। নিরাপত্তা এবং ভোল্টেজ উন্নত করার জন্য, বিজ্ঞানীরা লিথিয়াম পরমাণু সঞ্চয় করার জন্য গ্রাফাইট এবং লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইডের মতো উপকরণ আবিষ্কার করেছেন। এই উপকরণগুলির আণবিক গঠন একটি ন্যানো-স্তরের ছোট স্টোরেজ গ্রিড গঠন করে যা লিথিয়াম পরমাণু সংরক্ষণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এইভাবে, এমনকি যদি ব্যাটারির শেল ফেটে যায় এবং অক্সিজেন প্রবেশ করে, অক্সিজেন অণুগুলি এই ছোট স্টোরেজ কোষগুলিতে প্রবেশ করতে খুব বড় হবে, যাতে লিথিয়াম পরমাণু অক্সিজেনের সংস্পর্শে আসবে না এবং বিস্ফোরণ এড়াতে পারবে। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির এই নীতি মানুষকে উচ্চ ক্ষমতার ঘনত্ব অর্জনের সময় নিরাপত্তা অর্জন করতে সক্ষম করে।

একটি বৈদ্যুতিক বিস্ফোরণ-প্রমাণ পরীক্ষা

যখন একটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি চার্জ করা হয়, তখন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের লিথিয়াম পরমাণুগুলি ইলেকট্রন হারায় এবং লিথিয়াম আয়নে জারিত হয়। লিথিয়াম আয়নগুলি ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে সাঁতার কাটে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের স্টোরেজ কোষে প্রবেশ করে এবং একটি ইলেকট্রন পায়, যা লিথিয়াম পরমাণুতে হ্রাস পায়। ডিসচার্জ করার সময়, পুরো পদ্ধতিটি বিপরীত হয়। ব্যাটারির ইতিবাচক এবং নেতিবাচক খুঁটিগুলিকে সরাসরি স্পর্শ করা এবং শর্ট-সার্কিট হওয়া প্রতিরোধ করার জন্য, শর্ট-সার্কিট প্রতিরোধ করার জন্য ব্যাটারিতে অনেকগুলি ছিদ্র সহ একটি ডায়াফ্রাম পেপার যুক্ত করা হয়। ব্যাটারির তাপমাত্রা খুব বেশি হলে একটি ভাল ডায়াফ্রাম কাগজ স্বয়ংক্রিয়ভাবে ছিদ্রগুলি বন্ধ করতে পারে, যাতে লিথিয়াম আয়নগুলি অতিক্রম করতে না পারে, যাতে তারা বিপদ প্রতিরোধ করতে তাদের নিজস্ব মার্শাল আর্ট ব্যবহার করতে পারে।

রক্ষা

লিথিয়াম ব্যাটারি সেল 4.2V এর চেয়ে বেশি ভোল্টেজে অতিরিক্ত চার্জ হওয়ার পরে, পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া ঘটতে শুরু করবে। ওভারচার্জ ভোল্টেজ যত বেশি, ঝুঁকি তত বেশি। যখন লিথিয়াম ব্যাটারি কোষের ভোল্টেজ 4.2V এর বেশি হয়, তখন ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড উপাদানে অবশিষ্ট লিথিয়াম পরমাণুর সংখ্যা অর্ধেকেরও কম হয়। এই সময়ে, সেলটি প্রায়ই ধসে পড়ে, যার ফলে ব্যাটারির ক্ষমতা স্থায়ীভাবে হ্রাস পায়। যদি আপনি চার্জ করা চালিয়ে যান, যেহেতু নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের কোষটি ইতিমধ্যে লিথিয়াম পরমাণুতে পূর্ণ, পরবর্তী লিথিয়াম ধাতু নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানের পৃষ্ঠে জমা হবে। এই লিথিয়াম পরমাণুগুলি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠ থেকে লিথিয়াম আয়নের দিকের দিকে ডেনড্রাইট বৃদ্ধি করবে। এই লিথিয়াম ধাতব স্ফটিকগুলি বিভাজক কাগজের মধ্য দিয়ে যাবে এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলিকে শর্ট-সার্কিট করবে। অনেক সময় শর্ট সার্কিট হওয়ার আগেই ব্যাটারি ফেটে যায়। এর কারণ হল ওভারচার্জিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, ইলেক্ট্রোলাইট এবং অন্যান্য উপাদানগুলি গ্যাস তৈরি করতে ফাটবে, যার ফলে ব্যাটারির শেল বা চাপ ভালভ ফুলে যায় এবং ফেটে যায়, অক্সিজেন প্রবেশ করতে এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে জমা হওয়া লিথিয়াম পরমাণুর সাথে প্রতিক্রিয়া করতে দেয়। এবং তারপর বিস্ফোরিত. তাই, একটি লিথিয়াম ব্যাটারি চার্জ করার সময়, উপরের ভোল্টেজের সীমা সেট করতে হবে যাতে ব্যাটারির আয়ু, ক্ষমতা এবং নিরাপত্তা একই সময়ে বিবেচনা করা যায়। চার্জিং ভোল্টেজের সবচেয়ে আদর্শ উপরের সীমা হল 4.2V। লিথিয়াম ব্যাটারি ডিসচার্জ করার সময় কম ভোল্টেজের সীমাও রয়েছে। যখন কোষের ভোল্টেজ 2.4V এর চেয়ে কম হয়, তখন কিছু উপাদান ধ্বংস হতে শুরু করবে। এছাড়াও, যেহেতু ব্যাটারি স্ব-স্রাব হবে, এটি যত বেশি সময় থাকবে, ভোল্টেজ তত কম হবে। অতএব, ব্যাটারিটি 2.4V-এ ডিসচার্জ হওয়ার সময় বন্ধ না করাই ভাল৷ যে সময়কালে লিথিয়াম ব্যাটারি 3.0V থেকে 2.4V পর্যন্ত ডিসচার্জ হয়, তখন ব্যাটারির ক্ষমতার প্রায় 3% শক্তি নির্গত হয়। অতএব, 3.0V হল একটি আদর্শ স্রাব কাট-অফ ভোল্টেজ।

চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময়, ভোল্টেজ সীমা ছাড়াও, বর্তমান সীমাও প্রয়োজনীয়। যখন কারেন্ট খুব বড় হয়, তখন লিথিয়াম আয়নগুলির স্টোরেজ কোষে প্রবেশ করার সময় থাকবে না এবং উপাদানের পৃষ্ঠে জমা হবে। এই লিথিয়াম আয়নগুলি ইলেকট্রন প্রাপ্ত করার পরে, তারা উপাদানের পৃষ্ঠে লিথিয়াম পরমাণু স্ফটিক তৈরি করবে, যা অতিরিক্ত চার্জিংয়ের সমান, যা বিপজ্জনক। ব্যাটারি কেসিং ফেটে গেলে বিস্ফোরিত হবে।

অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সুরক্ষায় কমপক্ষে তিনটি আইটেম অন্তর্ভুক্ত থাকতে হবে: চার্জিং ভোল্টেজের উপরের সীমা, স্রাব ভোল্টেজের নিম্ন সীমা এবং বর্তমানের উপরের সীমা। সাধারণভাবে, একটি লিথিয়াম ব্যাটারি প্যাকে, লিথিয়াম ব্যাটারি কোর ছাড়াও, একটি প্রতিরক্ষামূলক বোর্ড থাকবে। এই প্রতিরক্ষামূলক বোর্ড প্রধানত এই তিনটি সুরক্ষা প্রদান করে। যাইহোক, সুরক্ষা বোর্ডের এই তিনটি সুরক্ষা স্পষ্টতই যথেষ্ট নয় এবং এখনও বিশ্বজুড়ে লিথিয়াম ব্যাটারির ঘন ঘন বিস্ফোরণ রয়েছে। ব্যাটারি সিস্টেমের নিরাপত্তা নিশ্চিত করতে, ব্যাটারি বিস্ফোরণের কারণ আরও সাবধানে বিশ্লেষণ করতে হবে।

বিস্ফোরণের ধরন বিশ্লেষণ

ব্যাটারি সেল বিস্ফোরণের প্রকারগুলিকে তিন প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: বাহ্যিক শর্ট সার্কিট, অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট এবং ওভারচার্জ। এখানে বাইরের দিকটি ব্যাটারি প্যাকের দুর্বল অভ্যন্তরীণ নিরোধক ডিজাইনের কারণে সৃষ্ট শর্ট সার্কিট সহ ব্যাটারি সেলের বাইরের অংশকে বোঝায়।

যখন ঘরের বাইরে একটি শর্ট সার্কিট ঘটে এবং ইলেকট্রনিক উপাদানগুলি সার্কিটটি কেটে ফেলতে ব্যর্থ হয়, তখন কোষের ভিতরে উচ্চ তাপ উৎপন্ন হবে, যা ইলেক্ট্রোলাইটের অংশকে বাষ্পীভূত করতে এবং ব্যাটারির শেলকে প্রসারিত করতে পারে। যখন ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা 135 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত হয়, তখন একটি ভাল মানের ডায়াফ্রাম পেপার ছিদ্রগুলি বন্ধ করে দেবে, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়া বন্ধ হয়ে যাবে বা প্রায় বন্ধ হয়ে যাবে, কারেন্ট তীব্রভাবে কমে যাবে এবং তাপমাত্রা ধীরে ধীরে কমে যাবে, এইভাবে এড়ানো যায়। একটি বিস্ফোরণ. যাইহোক, ছিদ্র বন্ধ করার হার খুব খারাপ, বা ছিদ্রগুলি একেবারে বন্ধ হয় না। ডায়াফ্রাম পেপারের কারণে ব্যাটারির তাপমাত্রা ক্রমাগত বাড়তে থাকবে, আরও ইলেক্ট্রোলাইট বাষ্পীভূত হবে এবং অবশেষে ব্যাটারির শেল ভেঙ্গে যাবে, বা এমনকি ব্যাটারির তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবে যাতে উপাদান পুড়ে যায় এবং বিস্ফোরিত হয়। অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট প্রধানত তামার ফয়েল এবং অ্যালুমিনিয়াম ফয়েলের burrs মধ্যচ্ছদা ভেদ করে, অথবা লিথিয়াম পরমাণুর ডেনড্রাইটিক স্ফটিকগুলি মধ্যচ্ছদাকে ভেদ করে। এই ক্ষুদ্র সূঁচের মত ধাতু মাইক্রো শর্ট সার্কিট হতে পারে। যেহেতু সুইটি খুব পাতলা এবং একটি নির্দিষ্ট প্রতিরোধের মান রয়েছে, তাই কারেন্ট অগত্যা বড় নয়।

তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম ফয়েল burrs উত্পাদন প্রক্রিয়ার সময় সৃষ্ট হয়. পর্যবেক্ষণযোগ্য ঘটনাটি হল যে ব্যাটারি খুব দ্রুত লিক হয়, যার বেশিরভাগই ব্যাটারি সেল ফ্যাক্টরি বা অ্যাসেম্বলি ফ্যাক্টরি দ্বারা স্ক্রীন করা যেতে পারে। তাছাড়া, ছোট burrs কারণে, তারা কখনও কখনও পুড়ে যাবে, ব্যাটারি স্বাভাবিক ফিরে যাও. অতএব, burr মাইক্রো-শর্ট সার্কিট দ্বারা সৃষ্ট বিস্ফোরণের সম্ভাবনা বেশি নয়। এই বিবৃতিটি থেকে দেখা যায় যে বিভিন্ন ব্যাটারি সেল ফ্যাক্টরিতে চার্জ করার কিছুক্ষণ পরেই কম ভোল্টেজ সহ খারাপ ব্যাটারি থাকে, তবে কয়েকটি বিস্ফোরণ হয়, যা পরিসংখ্যান দ্বারা সমর্থিত। অতএব, অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট দ্বারা সৃষ্ট বিস্ফোরণ প্রধানত অতিরিক্ত চার্জ দ্বারা সৃষ্ট হয়। কারণ ওভারচার্জের পরে, খুঁটির অংশে সর্বত্র সুচের মতো লিথিয়াম ধাতব ক্রিস্টাল থাকে, পাংচার পয়েন্ট সর্বত্র থাকে এবং মাইক্রো শর্ট সার্কিট সর্বত্র ঘটে। অতএব, ব্যাটারির তাপমাত্রা ধীরে ধীরে বাড়বে এবং অবশেষে উচ্চ তাপমাত্রা ইলেক্ট্রোলাইটকে গ্যাসে পরিণত করবে। এই ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা এত বেশি যে উপাদানটি পুড়ে যায় এবং বিস্ফোরিত হয়, বা বাইরের শেলটি প্রথমে ভেঙে যায়, যার ফলে বাতাস প্রবেশ করে এবং লিথিয়াম ধাতুকে অক্সিডাইজ করে, এটি একটি বিস্ফোরণ।

যাইহোক, অতিরিক্ত চার্জিং দ্বারা সৃষ্ট একটি অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট দ্বারা সৃষ্ট বিস্ফোরণটি চার্জ করার সময় অগত্যা ঘটে না। এটা সম্ভব যে যখন ব্যাটারির তাপমাত্রা উপাদানটি পোড়াতে যথেষ্ট নয় এবং উৎপন্ন গ্যাস ব্যাটারির আবরণ ভাঙার জন্য যথেষ্ট নয়, তখন ভোক্তা চার্জ করা বন্ধ করে দেবে এবং মোবাইল ফোনটি বের করে নেবে। এই সময়ে, অসংখ্য মাইক্রো-শর্ট সার্কিট দ্বারা উত্পন্ন তাপ ধীরে ধীরে ব্যাটারির তাপমাত্রা বাড়ায় এবং কিছু সময়ের পরে এটি বিস্ফোরিত হয়। ভোক্তাদের সাধারণ বর্ণনা হল যে তারা যখন ফোন তোলেন, তারা দেখতে পান যে ফোনটি খুব গরম এবং এটি ফেলে দেওয়ার পরে বিস্ফোরিত হয়।

উপরোক্ত ধরণের বিস্ফোরণের উপর ভিত্তি করে, আমরা বিস্ফোরণ সুরক্ষার তিনটি দিকের উপর ফোকাস করতে পারি: অতিরিক্ত চার্জ প্রতিরোধ, বহিরাগত শর্ট সার্কিট প্রতিরোধ এবং কোষের নিরাপত্তার উন্নতি। তাদের মধ্যে, অতিরিক্ত চার্জ প্রতিরোধ এবং বহিরাগত শর্ট সার্কিট প্রতিরোধ ইলেকট্রনিক সুরক্ষার অন্তর্গত, যার ব্যাটারি সিস্টেম ডিজাইন এবং ব্যাটারি সমাবেশের সাথে একটি বৃহত্তর সম্পর্ক রয়েছে। ব্যাটারি সেল নিরাপত্তা বৃদ্ধির ফোকাস হল রাসায়নিক এবং যান্ত্রিক সুরক্ষা, যার ব্যাটারি সেল নির্মাতাদের সাথে একটি বৃহত্তর সম্পর্ক রয়েছে।