- 28
- Dec
බැටරි වේගවත් ආරෝපණය
කණ්ඩායම් මිතුරන්ගේ අවශ්‍යතා අනුව, ලිතියම් බැටරි ඉක්මන් ආරෝපණය පිළිබඳ අවබෝධය ගැන කතා කරන්න:
පින්තුරය
බැටරි ආරෝපණය කිරීමේ ක්රියාවලිය නිදර්ශනය කිරීමට මෙම රූප සටහන භාවිතා කරන්න. abscissa යනු කාලය වන අතර ordinate යනු වෝල්ටීයතාවය වේ. ලිතියම් බැටරියේ ආරම්භක ආරෝපණ අදියරේදී, ඇනෝඩය සහ කැතෝඩ ද්රව්ය ස්ථායීකරණය කිරීම අරමුණු කරගත් කුඩා ධාරා පූර්ව ආරෝපණ ක්‍රියාවලියක්, එනම් CC පූර්ව ආරෝපණ ක්‍රියාවලියක් ඇත. ඊට පසු, බැටරිය ස්ථායී වූ පසු, අධික ධාරාවක් සමඟ, එනම් CC වේගවත් ආරෝපණයක් සමඟ බැටරිය ආරෝපණය කළ හැකිය. අවසාන වශයෙන්, එය නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපණ මාදිලියට (CV) ඇතුල් වේ. ලිතියම් බැටරි සඳහා, වෝල්ටීයතාව 4.2V දක්වා ළඟා වන විට පද්ධතිය නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපණ මාදිලිය ආරම්භ කරන අතර, වෝල්ටීයතාව නිශ්චිත අගයකට වඩා අඩු වන විට ආරෝපණය අවසන් වන තෙක් ආරෝපණ ධාරාව ක්රමයෙන් අඩු වේ.
සම්පූර්ණ ක්රියාවලිය අතරතුර, විවිධ බැටරි සඳහා විවිධ සම්මත ආරෝපණ ධාරා ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, 3C නිෂ්පාදන සඳහා සම්මත ආරෝපණ ධාරාව සාමාන්‍යයෙන් 0.1C-0.5C වන අතර අධි බලැති බැටරි සඳහා සාමාන්‍ය ආරෝපණය 1C වේ. බැටරියේ ආරක්ෂාව සඳහා අඩු ආරෝපණ ධාරාව ද සැලකේ. එබැවින්, සාමාන්‍ය කාලවලදී වේගවත් ආරෝපණයකදී කියන්න, එය සම්මත ආරෝපණ ධාරාවට වඩා දස ගුණයක දක්වා කිහිප ගුණයකින් ඉහළ අගයක් පෙන්වයි.
සමහර අය කියනවා ලිතියම් බැටරි ආරෝපණය කිරීම බියර් වත් කරනවා වගේ, වේගයෙන් බියර් පුරවනවා වගේ, නමුත් පෙන ගොඩක් එක්ක. එය මන්දගාමී, එය මන්දගාමී, නමුත් එය බියර් ගොඩක්, එය ඝනයි. වේගවත් ආරෝපණය ආරෝපණ කාලය ඉතිරි කරනවා පමණක් නොව, බැටරියටම හානි කරයි. බැටරියේ ධ්රැවීකරණ සංසිද්ධිය හේතුවෙන්, ආරෝපණය සහ විසර්ජන චක්‍රය වැඩි වීමත් සමඟ එය පිළිගත හැකි උපරිම ආරෝපණ ධාරාව අඩු වේ. අඛණ්ඩ ආරෝපණය සහ ආරෝපණ ධාරාව විශාල වන විට, ඉලෙක්ට්රෝඩයේ අයන සාන්ද්‍රණය වැඩි වන අතර ධ්රැවීකරණය තීව්‍ර වන අතර බැටරි පර්යන්ත වෝල්ටීයතාවයට රේඛීය අනුපාතයකින් ආරෝපණය / ශක්තියට කෙලින්ම අනුරූප විය නොහැක. ඒ අතරම, අධික ධාරා ආරෝපණය, අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය වැඩි වීම ජූල් තාපන ආචරණය (Q=I2Rt) තීව්‍ර කිරීමට තුඩු දෙනු ඇත, ඉලෙක්ට්රෝලය ප්රතික්රියා වියෝජනය, ගෑස් නිෂ්පාදනය සහ ගැටළු මාලාවක් වැනි අතුරු ප්රතික්රියා ගෙන එයි, අවදානම් සාධකය. හදිසියේම වැඩි වේ, බැටරි ආරක්ෂාවට බලපෑමක් ඇති කරයි, බල නොවන බැටරියේ ආයු කාලය බෙහෙවින් කෙටි වනු ඇත.
01
ඇනෝඩ ද්රව්යය
ලිතියම් බැටරියේ වේගවත් ආරෝපණ ක්රියාවලිය වන්නේ ඇනෝඩ ද්රව්ය තුළ Li+ වේගයෙන් සංක්‍රමණය වීම සහ කාවැද්දීමයි. කැතෝඩ ද්රව්යයේ අංශු ප්රමාණය බැටරියේ විද්‍යුත් රසායනික ක්රියාවලියේදී අයනවල ප්‍රතිචාර කාලය සහ විසරණ මාර්ගය කෙරෙහි බලපෑ හැකිය. අධ්යයනයන්ට අනුව, ද්රව්යයේ ධාන්ය ප්රමාණය අඩු වීමත් සමඟ ලිතියම් අයනවල විසරණ සංගුණකය වැඩි වේ. කෙසේ වෙතත්, ද්රව්ය අංශු ප්රමාණය අඩුවීමත් සමඟ, පල්ප් නිෂ්පාදනයේදී අංශු බරපතල ලෙස සමුච්චය වීමක් සිදු වන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස අසමාන විසරණය සිදු වේ. ඒ අතරම, නැනෝ අංශු ඉලෙක්ට්රෝඩ පත්රයේ සංයුක්ත ඝනත්වය අඩු කරනු ඇත, සහ බැටරියේ ක්රියාකාරිත්වයට බලපාන ආරෝපණ සහ විසර්ජන පැති ප්රතික්රියා කිරීමේ ක්රියාවලියේදී ඉලෙක්ට්රෝලය සමඟ සම්බන්ධතා ප්රදේශය වැඩි කරයි.
වඩාත් විශ්වසනීය ක්රමය වන්නේ ආලේපනය මගින් ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය වෙනස් කිරීමයි. උදාහරණයක් ලෙස, LFP හි සන්නායකතාවය ඉතා හොඳ නැත. LFP මතුපිට කාබන් ද්රව්ය හෝ වෙනත් ද්රව්ය සමඟ ආලේප කිරීමෙන් එහි සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කළ හැකි අතර එය බැටරියේ ඉක්මන් ආරෝපණ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීමට උපකාරී වේ.
02
ඇනෝඩ ද්රව්ය
ලිතියම් බැටරිය වේගයෙන් ආරෝපණය කිරීම යනු ලිතියම් අයන ඉක්මනින් පිටතට පැමිණ සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයට “පිහිනීම” කළ හැකි බවයි, ඒ සඳහා කැතෝඩ ද්‍රව්‍යයට ලිතියම් වේගයෙන් කාවැද්දීමේ හැකියාව අවශ්ය වේ. ලිතියම් බැටරියේ වේගවත් ආරෝපණය සඳහා භාවිතා කරන ඇනෝඩ ද්රව්ය අතර කාබන් ද්රව්ය, ලිතියම් ටයිටනේට් සහ තවත් නව ද්රව්ය ඇතුළත් වේ.
කාබන් ද්රව්ය සඳහා, ලිතියම් අයන සාම්ප්‍රදායික ආරෝපණ තත්ත්වය යටතේ ග්‍රැෆයිට් තුළට වඩාත් ප්‍රියමනාප ලෙස කාවැදී ඇත්තේ ලිතියම් කාවැද්දීමේ විභවය ලිතියම් වර්ෂාපතනයට සමාන බැවිනි. කෙසේ වෙතත්, වේගවත් ආරෝපණය හෝ අඩු උෂ්ණත්වයේ තත්ත්වය යටතේ ලිතියම් අයන මතුපිටට අවක්ෂේප වී ඩෙන්ඩ්‍රයිට් ලිතියම් සෑදිය හැක. ඩෙන්ඩ්‍රයිට් ලිතියම් SEI සිදුරු කළ විට Li+ ද්විතියික අලාභය ඇති වූ අතර බැටරි ධාරිතාව අඩු විය. ලිතියම් ලෝහය යම් මට්ටමකට ළඟා වූ විට, එය සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සිට ප්රාචීරය දක්වා වර්ධනය වන අතර, බැටරි කෙටි පරිපථයේ අවදානම ඇති කරයි.
LTO සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, එය බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වය අතරතුර SEI නිපදවන්නේ නැති “ශුන්‍ය වික්‍රියා” ඔක්සිජන් අඩංගු ඇනෝඩ ද්‍රව්‍යයට අයත් වන අතර වේගවත් ආරෝපණය සහ මුදා හැරීමේ අවශ්‍යතා සපුරාලිය හැකි ලිතියම් අයන සමඟ ශක්තිමත් බන්ධන හැකියාව ඇත. ඒ සමගම, SEI සෑදිය නොහැකි නිසා, ඇනෝඩ ද්රව්ය සෘජුවම ඉලෙක්ට්රෝලය සමඟ සම්බන්ධ වන අතර, එය අතුරු ප්රතික්රියා ඇතිවීම ප්රවර්ධනය කරයි. LTO බැටරි වායු උත්පාදනය පිළිබඳ ගැටළුව විසඳිය නොහැකි අතර, මතුපිට වෙනස් කිරීමෙන් පමණක් සමනය කළ හැකිය.
03
ඉලෙක්ට්රෝඩ දියර
ඉහත සඳහන් කළ පරිදි, වේගවත් ආරෝපණ ක්රියාවලියේදී, ලිතියම් අයන සංක්රමණ අනුපාතය සහ ඉලෙක්ට්රෝන හුවමාරු අනුපාතයෙහි නොගැලපීම හේතුවෙන්, බැටරිය විශාල ධ්රැවීකරණයක් ඇති වේ. එබැවින් බැටරි ධ්රැවීකරණය නිසා ඇතිවන සෘණ ප්රතික්රියාව අවම කිරීම සඳහා, ඉලෙක්ට්රෝලය සංවර්ධනය කිරීම සඳහා පහත සඳහන් කරුණු තුන අවශ්ය වේ: 1, ඉහළ විඝටන ඉලෙක්ට්රෝලය ලුණු; 2, ද්රාවණ සංයුක්ත – අඩු දුස්ස්රාවීතාව; 3, අතුරු මුහුණත පාලනය – අඩු පටල සම්බාධනය.
04
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය සහ වේගවත් පිරවීම අතර සම්බන්ධය
මීට පෙර, ධනාත්මක හා සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය සහ ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්‍රව වැනි ප්රධාන ද්රව්ය තුනකින් වේගවත් පිරවීමේ අවශ්‍යතා සහ බලපෑම් විශ්ලේෂණය කරන ලදී. පහත දැක්වෙන්නේ සාපේක්ෂව විශාල බලපෑමක් ඇති ක්රියාවලිය සැලසුම් කිරීමයි. බැටරි නිෂ්පාදනයේ තාක්ෂණික පරාමිතීන් බැටරි සක්‍රිය කිරීමට පෙර සහ පසුව බැටරියේ එක් එක් කොටසෙහි ලිතියම් අයන සංක්රමණ ප්‍රතිරෝධයට සෘජුවම බලපායි, එබැවින් බැටරි සැකසීමේ තාක්ෂණික පරාමිතීන් ලිතියම් අයන බැටරියේ ක්රියාකාරිත්වයට වැදගත් බලපෑමක් ඇති කරයි.
(1) පොහොරමය
පොහොරවල ගුණ සඳහා, එක් අතකින්, සන්නායක නියෝජිතයා ඒකාකාරව විසුරුවා හැරීම අවශ්ය වේ. සන්නායක කාරකය සක්‍රීය ද්රව්යයේ අංශු අතර ඒකාකාරව බෙදා හරින බැවින්, ක්‍රියාකාරී ද්රව්යය සහ ක්‍රියාකාරී ද්රව්යය සහ ක්ෂුද්‍ර ධාරාව එකතු කිරීමේ කාර්යය ඇති එකතු කිරීමේ තරලය අතර වඩාත් ඒකාකාර සන්නායක ජාලයක් සෑදිය හැකිය, ස්පර්ශ ප්රතිරෝධය අඩු කරයි, ඉලෙක්ට්රෝන වල චලන වේගය වැඩි දියුණු කළ හැක. අනෙක් අතට සන්නායක කාරකය අධික ලෙස විසුරුවා හැරීම වැළැක්වීමයි. ආරෝපණය කිරීමේ සහ විසර්ජන ක්රියාවලියේදී, ඇනෝඩයේ සහ කැතෝඩ ද්‍රව්‍යවල ස්ඵටික ව්යුහය වෙනස් වන අතර, එමඟින් සන්නායක කාරකය ඉවත් වීමට, බැටරියේ අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය වැඩි කිරීමට සහ ක්‍රියාකාරීත්වයට බලපෑම් ඇති කළ හැකිය.
(2) අතිශය අර්ධ ඝනත්වය
න්‍යායාත්මකව, ගුණක බැටරි සහ අධි-ධාරිතා බැටරි නොගැලපේ. ධනාත්මක සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩවල ධ්රැවීකරණ ඝනත්වය අඩු වන විට, ලිතියම් අයනවල විසරණ ප්රවේගය වැඩි කළ හැකි අතර, අයන සහ ඉලෙක්ට්රෝන සංක්රමණ ප්රතිරෝධය අඩු කළ හැකිය. පෘෂ්ඨීය ඝනත්වය අඩු වන තරමට ඉලෙක්ට්‍රෝඩය තුනී වන අතර ලිතියම් අයන ආරෝපණය හා විසර්ජනය කිරීම අඛණ්ඩව ඇතුළු කිරීම සහ මුදා හැරීම නිසා ඇතිවන ඉලෙක්ට්රෝඩ ව්යුහය වෙනස් වීම ද කුඩා වේ. කෙසේ වෙතත්, මතුපිට ඝනත්වය ඉතා අඩු නම්, බැටරියේ ශක්ති ඝනත්වය අඩු වන අතර පිරිවැය වැඩි වේ. එබැවින් මතුපිට ඝනත්වය පුළුල් ලෙස සලකා බැලිය යුතුය. පහත රූපය ලිතියම් කෝබලේට් බැටරිය 6C දී ආරෝපණය වීම සහ 1C දී විසර්ජනය වීම පිළිබඳ උදාහරණයකි.
පින්තුරය
(3) ධ්රැවීය කෑලි ආලේපන අනුකූලතාව
මීට පෙර, මිතුරෙකු ඇසුවේ, අතිශයින් අර්ධ ඝනත්වයේ නොගැලපීම බැටරියට බලපෑමක් ඇති කරයිද? මෙන්න මාර්ගය වන විට, වේගවත් ආරෝපණ කාර්ය සාධනය සඳහා, ප්රධාන වන්නේ ඇනෝඩ තහඩුවේ අනුකූලතාවයයි. සෘණ මතුපිට ඝනත්වය ඒකාකාරී නොවේ නම්, රෝල් කිරීමෙන් පසු ජීවී ද්රව්යයේ අභ්යන්තර සිදුරු විශාල වශයෙන් වෙනස් වේ. සිදුරු වෙනස අභ්යන්තර ධාරා ව්‍යාප්තියේ වෙනසට තුඩු දෙනු ඇත, එය බැටරිය සෑදීමේ අදියරේදී SEI ගොඩනැගීමට සහ ක්‍රියාකාරීත්වයට බලපාන අතර අවසානයේ බැටරියේ වේගවත් ආරෝපණ ක්රියාකාරිත්වයට බලපායි.
(4) ධ්රැව පත්රයේ සංයුක්ත ඝනත්වය
පොලු සංයුක්ත කළ යුත්තේ ඇයි? එකක් නම් බැටරියේ නිශ්චිත ශක්තිය වැඩි දියුණු කිරීම, අනෙක බැටරියේ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීමයි. ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය සමඟ ප්රශස්ථ සංයුක්ත ඝනත්වය වෙනස් වේ. සංයුක්ත ඝනත්වය වැඩි වීමත් සමඟ ඉලෙක්ට්රෝඩ පත්රයේ සිදුරු කුඩා වන තරමට අංශු අතර සම්බන්ධය සමීප වන අතර එම පෘෂ්ඨීය ඝනත්වය යටතේ ඉලෙක්ට්රෝඩ පත්රයේ ඝණකම කුඩා වන බැවින් ලිතියම් අයනවල සංක්රමණ මාර්ගය අඩු කළ හැකිය. සම්පිණ්ඩන ඝනත්වය ඉතා විශාල වන විට, ඉලෙක්ට්රෝලය ආක්‍රමණය කිරීමේ බලපෑම යහපත් නොවන අතර එමඟින් ද්රව්ය ව්යුහය සහ සන්නායක කාරක ව්‍යාප්තිය විනාශ විය හැකි අතර පසුව එතීෙම් ගැටලුව ඇති වේ. ඒ හා සමානව, lithium cobalate බැටරිය 6C දී ආරෝපණය කර 1C දී විසර්ජනය වන අතර, විසර්ජන නිශ්චිත ධාරිතාව මත සංයුක්ත ඝනත්වයේ බලපෑම පහත පරිදි දැක්වේ:
පින්තුරය
05
ගොඩනැගීම වයසට යාම සහ අනෙකුත්
කාබන් සෘණ බැටරි සඳහා, ගොඩනැගීම – වයසට යාම ලිතියම් බැටරියේ ප්රධාන ක්රියාවලිය වන අතර එය SEI හි ගුණාත්මක භාවයට බලපානු ඇත. SEI හි ඝණකම ඒකාකාරී නොවේ හෝ ව්යුහය අස්ථායී වේ, එය බැටරියේ ඉක්මන් ආරෝපණ ධාරිතාව සහ චක්රයේ ආයු කාලය කෙරෙහි බලපානු ඇත.
ඉහත වැදගත් සාධක කිහිපයකට අමතරව, සෛල නිෂ්පාදනය, ආරෝපණ සහ විසර්ජන පද්ධතිය ලිතියම් බැටරියේ ක්රියාකාරිත්වයට විශාල බලපෑමක් ඇති කරයි. සේවා කාලය දීර්ඝ කිරීමත් සමග, බැටරි ආරෝපණ අනුපාතය මධ්යස්ථ ලෙස අඩු කළ යුතුය, එසේ නොමැති නම් ධ්රැවීකරණය උග්ර වනු ඇත.
නිගමනය විය
ලිතියම් බැටරි වේගයෙන් ආරෝපණය කිරීම සහ විසර්ජනය කිරීමේ සාරය නම් ලිතියම් අයන ඇනෝඩ සහ කැතෝඩ ද්රව්ය අතර සීඝ්‍රයෙන් විසන්ධි කළ හැකි වීමයි. ද්‍රව්‍යමය ගුණාංග, ක්‍රියාවලි සැලසුම් කිරීම සහ බැටරිවල ආරෝපණය සහ විසර්ජන පද්ධතිය යන සියල්ලම ඉහළ ධාරා ආරෝපණයේ ක්රියාකාරිත්වයට බලපායි. ඇනෝඩ සහ ඇනෝඩ ද්‍රව්‍යවල ව්‍යුහාත්මක ස්ථායීතාවය ව්‍යුහාත්මක බිඳවැටීමකින් තොරව වේගවත් ඩෙලිතියම් ක්‍රියාවලියට හිතකර වේ, ඉහළ ධාරා ආරෝපණයකට ඔරොත්තු දීම සඳහා ද්රව්ය විසරණ අනුපාතයේ ලිතියම් අයන වේගවත් වේ. අයන සංක්රමණ වේගය සහ ඉලෙක්ට්රෝන හුවමාරු වේගය අතර නොගැලපීම හේතුවෙන් ආරෝපණය සහ විසර්ජන ක්රියාවලියේදී ධ්රැවීකරණය සිදුවනු ඇත, එබැවින් ලිතියම් ලෝහ වර්ෂාපතනය වැළැක්වීමට සහ ජීවයට බලපෑම් කිරීමේ ධාරිතාව අඩු කිරීමට ධ්රැවීකරණය අවම කළ යුතුය.