Nickel-cobalt-manganese ٹرنری مواد موجودہ پاور بیٹری کے اہم مواد میں سے ایک ہے۔ کیتھوڈ مواد کے تین عناصر کے مختلف معنی ہیں، جن میں سے نکل عنصر بیٹری کی صلاحیت کو بہتر بنانا ہے۔ نکل کا مواد جتنا زیادہ ہوگا، مواد کی مخصوص صلاحیت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ NCM811 میں 200mAh/g کی مخصوص صلاحیت ہے اور تقریباً 3.8V کا ڈسچارج پلیٹ فارم ہے، جسے اعلی توانائی کی کثافت والی بیٹری بنایا جا سکتا ہے۔ تاہم، NCM811 بیٹری کا مسئلہ ناقص حفاظت اور تیز سائیکل زندگی کا خاتمہ ہے۔ اس کی سائیکل کی زندگی اور حفاظت کو متاثر کرنے کی وجوہات کیا ہیں؟ اس مسئلے کو کیسے حل کیا جائے؟ ذیل میں ایک گہرائی سے تجزیہ کیا گیا ہے:

NCM811 کو بٹن بیٹری (NCM811/Li) اور لچکدار پیک بیٹری (NCM811/ گریفائٹ) میں بنایا گیا تھا، اور اس کی گرام کی گنجائش اور پوری بیٹری کی صلاحیت کو بالترتیب جانچا گیا تھا۔ سافٹ پیک بیٹری کو واحد عنصر کے تجربے کے لیے چار گروپوں میں تقسیم کیا گیا تھا۔ پیرامیٹر متغیر کٹ آف وولٹیج تھا، جو بالترتیب 4.1V، 4.2V، 4.3V اور 4.4V تھا۔ سب سے پہلے، بیٹری کو دو بار 0.05c پر اور پھر 0.2C پر 30℃ پر چلایا گیا۔ 200 سائیکلوں کے بعد، سافٹ پیک بیٹری سائیکل وکر ذیل کی شکل میں دکھایا گیا ہے:

اعداد و شمار سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ہائی کٹ آف وولٹیج کی حالت میں زندہ مادے اور بیٹری دونوں کی گرام صلاحیت زیادہ ہوتی ہے، لیکن بیٹری اور مواد کی گرام صلاحیت بھی تیزی سے زوال پذیر ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، کم کٹ آف وولٹیج (4.2V سے نیچے) پر، بیٹری کی صلاحیت آہستہ آہستہ کم ہوتی ہے اور سائیکل کی زندگی لمبی ہوتی ہے۔

اس تجربے میں، پرجیوی رد عمل کا مطالعہ isothermal calorimetry کے ذریعے کیا گیا اور XRD اور SEM کے ذریعے سائیکلنگ کے عمل کے دوران کیتھوڈ مواد کی ساخت اور مورفولوجی انحطاط کا مطالعہ کیا گیا۔ نتائج درج ذیل ہیں:

تصویر

سب سے پہلے، ساختی تبدیلی بیٹری سائیکل کی زندگی میں کمی کی بنیادی وجہ نہیں ہے۔

XRD اور SEM کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 4.1c پر 4.2 سائیکلوں کے بعد الیکٹروڈ اور 4.3V، 4.4V، 200V اور 0.2V کے کٹ آف وولٹیج کے ساتھ بیٹری کی پارٹیکل مورفولوجی اور ایٹمی ساخت میں کوئی واضح فرق نہیں تھا۔ لہذا، چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے دوران زندہ مادے کی تیز ساختی تبدیلی بیٹری سائیکل کی زندگی میں کمی کی بنیادی وجہ نہیں ہے۔ اس کے بجائے، الیکٹرولائٹ اور ڈیلیتھیم حالت میں زندہ مادے کے انتہائی رد عمل والے ذرات کے درمیان انٹرفیس پر پرجیوی رد عمل 4.2V ہائی وولٹیج سائیکل میں بیٹری کی زندگی کو کم کرنے کا بنیادی سبب ہیں۔

(1) SEM

تصویر

تصویر

A1 اور A2 بغیر گردش کے بیٹری کی SEM تصاویر ہیں۔ B ~ E 200C حالت میں 0.5 سائیکل کے بعد مثبت الیکٹروڈ زندہ مواد کی SEM تصاویر ہیں اور بالترتیب 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V کے کٹ آف وولٹیج چارج کر رہے ہیں۔ بائیں طرف کم میگنیفیکیشن کے تحت الیکٹران مائکروسکوپ امیج ہے اور دائیں طرف ہائی میگنیفیکیشن کے تحت الیکٹران مائکروسکوپ امیج ہے۔ جیسا کہ اوپر کی تصویر سے دیکھا جا سکتا ہے، گردش کرنے والی بیٹری اور غیر گردش کرنے والی بیٹری کے درمیان پارٹیکل مورفولوجی اور ٹوٹ پھوٹ کی ڈگری میں کوئی خاص فرق نہیں ہے۔

(2) XRD تصاویر

جیسا کہ اوپر کی تصویر سے دیکھا جا سکتا ہے، شکل اور پوزیشن میں پانچ چوٹیوں کے درمیان کوئی واضح فرق نہیں ہے۔

(3) جعلی پیرامیٹرز کی تبدیلی

تصویر

جیسا کہ ٹیبل سے دیکھا جا سکتا ہے، درج ذیل نکات:

1. غیر سائیکل شدہ قطبی پلیٹوں کے جالی مستقل مستقل NCM811 لائیو پاؤڈر کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں۔ جب سائیکل کٹ آف وولٹیج 4.1V ہوتا ہے، تو جالی کا مستقل پچھلے دو سے نمایاں طور پر مختلف نہیں ہوتا ہے، اور C محور تھوڑا سا بڑھ جاتا ہے۔ 4.2V، 4.3V اور 4.4V کے ساتھ C-axis کے جالی دار مستقل 4.1V (0.004 angms) سے نمایاں طور پر مختلف نہیں ہیں، جبکہ A-axis پر ڈیٹا کافی مختلف ہے۔

2. پانچ گروپوں میں Ni مواد میں کوئی خاص تبدیلی نہیں آئی۔

3. 4.1° پر 44.5V کی گردش کرنے والی وولٹیج والی پولر پلیٹیں بڑی FWHM کی نمائش کرتی ہیں، جبکہ دیگر کنٹرول گروپ اسی طرح کی FWHM کی نمائش کرتے ہیں۔

بیٹری کے چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل میں، C محور میں بڑا سکڑنا اور توسیع ہوتی ہے۔ ہائی وولٹیج پر بیٹری سائیکل کی زندگی میں کمی زندہ مادے کی ساخت میں تبدیلی کی وجہ سے نہیں ہے۔ لہذا، مندرجہ بالا تین نکات اس بات کی تصدیق کرتے ہیں کہ ساختی تبدیلی بیٹری سائیکل کی زندگی میں کمی کی بنیادی وجہ نہیں ہے۔

تصویر

دوسرا، NCM811 بیٹری کی سائیکل لائف کا تعلق بیٹری میں پرجیوی ردعمل سے ہے

NCM811 اور گریفائٹ مختلف الیکٹرولائٹس کا استعمال کرتے ہوئے لچکدار پیک سیلز میں بنائے جاتے ہیں۔ اس کے برعکس، دونوں گروپوں کے الیکٹرولائٹ میں بالترتیب 2% VC اور PES211 شامل کیے گئے، اور بیٹری سائیکل کے بعد دونوں گروپوں کی صلاحیت کی بحالی کی شرح میں بہت فرق ظاہر ہوا۔

تصویر

اوپر دیے گئے اعداد و شمار کے مطابق، جب 2% VC والی بیٹری کا کٹ آف وولٹیج 4.1V، 4.2V، 4.3V اور 4.4V ہے، تو 70 سائیکلوں کے بعد بیٹری کی صلاحیت کی بحالی کی شرح 98%، 98%، 91 ہے بالترتیب % اور 88%۔ صرف 40 سائیکلوں کے بعد، اضافی PES211 کے ساتھ بیٹری کی صلاحیت کی بحالی کی شرح 91%، 82%، 82%، 74% تک کم ہو گئی۔ اہم بات یہ ہے کہ پچھلے تجربات میں، PES424 کے ساتھ NCM111/ گریفائٹ اور NCM211/ گریفائٹ سسٹمز کی بیٹری سائیکل لائف 2% VC کے ساتھ بہتر تھی۔ یہ اس مفروضے کی طرف جاتا ہے کہ الیکٹرولائٹ ایڈیٹیو ہائی نکل سسٹمز میں بیٹری کی زندگی پر نمایاں اثر ڈالتے ہیں۔

مندرجہ بالا اعداد و شمار سے یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ ہائی وولٹیج کے تحت سائیکل کی زندگی کم وولٹیج کے مقابلے میں بہت زیادہ خراب ہوتی ہے۔ پولرائزیشن، △V اور سائیکل کے اوقات کے موزوں فنکشن کے ذریعے، درج ذیل اعداد و شمار حاصل کیے جا سکتے ہیں:

تصویر

یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ کم کٹ آف وولٹیج پر سائیکل چلاتے وقت بیٹری △V چھوٹی ہوتی ہے، لیکن جب وولٹیج 4.3V سے بڑھ جاتا ہے، △V تیزی سے بڑھ جاتا ہے اور بیٹری پولرائزیشن بڑھ جاتی ہے، جو بیٹری کی زندگی کو بہت زیادہ متاثر کرتی ہے۔ اعداد و شمار سے یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ VC اور PES211 کی △V تبدیلی کی شرح مختلف ہے، جو مزید اس بات کی تصدیق کرتی ہے کہ بیٹری پولرائزیشن کی ڈگری اور رفتار مختلف الیکٹرولائٹ additives کے ساتھ مختلف ہے۔

بیٹری کے پرجیوی رد عمل کے امکان کا تجزیہ کرنے کے لیے Isothermal microcalorimetry کا استعمال کیا گیا تھا۔ پولرائزیشن، اینٹروپی اور پرجیوی حرارت کے بہاؤ جیسے پیرامیٹرز کو rSOC کے ساتھ ایک فعال رشتہ بنانے کے لیے نکالا گیا، جیسا کہ ذیل کی تصویر میں دکھایا گیا ہے:

تصویر

4.2V سے اوپر، پرجیوی گرمی کا بہاؤ اچانک بڑھتا ہوا دکھایا گیا ہے، کیونکہ انتہائی ڈیلیتھیم اینوڈ سطح ہائی وولٹیج پر الیکٹرولائٹ کے ساتھ آسانی سے رد عمل ظاہر کرتی ہے۔ یہ اس بات کی بھی وضاحت کرتا ہے کہ چارج اور ڈسچارج وولٹیج جتنی زیادہ ہوگی، بیٹری کی بحالی کی شرح اتنی ہی تیزی سے کم کیوں ہوتی ہے۔

تصویر

iii NCM811 کی سیکیورٹی خراب ہے۔

محیطی درجہ حرارت میں اضافے کی حالت میں، الیکٹرولائٹ کے ساتھ چارج ہونے والی حالت میں NCM811 کی رد عمل کی سرگرمی NCM111 کے مقابلے میں بہت زیادہ ہے۔ لہذا، بیٹری کی NCM811 پیداوار کا استعمال قومی لازمی سرٹیفیکیشن کو پاس کرنے کے لئے مشکل ہے.

تصویر

اعداد و شمار NCM811 اور NCM111 کی خود حرارتی شرحوں کا گراف ہے جو 70℃ اور 350℃ کے درمیان ہیں۔ اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ NCM811 تقریباً 105℃ پر گرم ہونا شروع ہوتا ہے، جبکہ NCM111 200℃ تک نہیں ہوتا۔ NCM811 کی حرارت کی شرح 1℃ سے 200℃/منٹ ہے، جب کہ NCM111 کی حرارت کی شرح 0.05℃/min ہے، جس کا مطلب ہے کہ NCM811/ گریفائٹ سسٹم کے لیے لازمی حفاظتی سرٹیفیکیشن حاصل کرنا مشکل ہے۔

اعلی نکل زندہ مادہ مستقبل میں اعلی توانائی کی کثافت بیٹری کا بنیادی مواد ہونے کا پابند ہے۔ NCM811 بیٹری کی زندگی کے تیزی سے زوال کے مسئلے کو کیسے حل کیا جائے؟ سب سے پہلے، NCM811 کی ذرہ سطح کو اس کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے تبدیل کیا گیا تھا۔ دوسرا الیکٹرولائٹ استعمال کرنا ہے جو دونوں کے پرجیوی ردعمل کو کم کر سکتا ہے، تاکہ اس کی سائیکل کی زندگی اور حفاظت کو بہتر بنایا جا سکے۔ تصویر

کیو آر کوڈ کی شناخت کے لیے دیر تک دبائیں، لیتھیم π شامل کریں!

اشتراک کرنے میں خوش آمدید!