گروپ کے دوستوں کی ضروریات کے مطابق، لتیم بیٹری فوری چارجنگ کی سمجھ کے بارے میں بات کریں:

تصویر

بیٹری چارج کرنے کے عمل کو واضح کرنے کے لیے یہ خاکہ استعمال کریں۔ abscissa وقت ہے اور ordinate وولٹیج ہے. لیتھیم بیٹری کے ابتدائی چارجنگ مرحلے پر، ایک چھوٹا موجودہ پری چارج عمل ہوگا، یعنی CC پری چارج، جس کا مقصد اینوڈ اور کیتھوڈ مواد کو مستحکم کرنا ہے۔ اس کے بعد، بیٹری کے مستحکم ہونے کے بعد، بیٹری کو ہائی کرنٹ کے ساتھ چارج میں ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے، یعنی CC فاسٹ چارج۔ آخر میں، یہ مستقل وولٹیج چارجنگ موڈ (CV) میں داخل ہوتا ہے۔ لیتھیم بیٹری کے لیے، جب وولٹیج 4.2V تک پہنچ جاتا ہے تو سسٹم مستقل وولٹیج چارجنگ موڈ شروع کرتا ہے، اور چارجنگ کرنٹ آہستہ آہستہ اس وقت تک کم ہو جاتا ہے جب تک کہ چارجنگ ختم نہ ہو جائے جب وولٹیج ایک خاص قدر سے کم ہو۔

پورے عمل کے دوران، مختلف بیٹریوں کے لیے مختلف معیاری چارجنگ کرنٹ موجود ہیں۔ مثال کے طور پر، 3C پروڈکٹس کے لیے، معیاری چارج کرنٹ عام طور پر 0.1C-0.5C ہے، جب کہ ہائی پاور پاور بیٹریوں کے لیے، معیاری چارجنگ عام طور پر 1C ہے۔ بیٹری کی حفاظت کے لیے کم چارج کرنٹ کو بھی سمجھا جاتا ہے۔ لہذا، عام اوقات میں تیز چارج کا کہنا ہے، یہ دسیوں گنا معیاری چارج کرنٹ سے کئی گنا زیادہ کی طرف اشارہ کرنا ہے۔

کچھ لوگ کہتے ہیں کہ لیتھیم بیٹریوں کو چارج کرنا بیئر ڈالنے کے مترادف ہے، تیز رفتار اور بیئر کو تیزی سے بھرنا، لیکن بہت زیادہ جھاگ کے ساتھ۔ یہ سست ہے، یہ سست ہے، لیکن یہ بہت زیادہ بیئر ہے، یہ ٹھوس ہے۔ تیز چارجنگ نہ صرف چارجنگ کا وقت بچاتا ہے بلکہ خود بیٹری کو بھی نقصان پہنچاتا ہے۔ بیٹری میں پولرائزیشن کے رجحان کی وجہ سے، چارج اور ڈسچارج سائیکل کے بڑھنے سے زیادہ سے زیادہ چارجنگ کرنٹ اسے قبول کر سکتا ہے۔ جب مسلسل چارجنگ اور چارجنگ کرنٹ بڑا ہوتا ہے، تو الیکٹروڈ میں آئن کا ارتکاز بڑھ جاتا ہے اور پولرائزیشن تیز ہو جاتی ہے، اور بیٹری ٹرمینل وولٹیج ایک لکیری تناسب میں چارج/توانائی سے براہ راست مطابقت نہیں رکھ سکتا۔ ایک ہی وقت میں، زیادہ کرنٹ چارجنگ، اندرونی مزاحمت میں اضافہ جول حرارتی اثر (Q=I2Rt) کو تیز کرنے کا باعث بنے گا، جس سے ضمنی رد عمل پیدا ہوں گے، جیسے الیکٹرولائٹ کا رد عمل گلنا، گیس کی پیداوار اور مسائل کا ایک سلسلہ، خطرے کا عنصر۔ اچانک بڑھ جاتا ہے، بیٹری کی حفاظت پر اثر پڑتا ہے، غیر پاور بیٹری کی زندگی بہت مختصر ہو جائے گی.

01

انوڈ مواد

لیتھیم بیٹری کی تیز رفتار چارجنگ کا عمل انوڈ مواد میں Li+ کی تیزی سے منتقلی اور سرایت ہے۔ کیتھوڈ مواد کا ذرہ سائز بیٹری کے الیکٹرو کیمیکل عمل میں ردعمل کے وقت اور آئنوں کے پھیلاؤ کے راستے کو متاثر کر سکتا ہے۔ مطالعات کے مطابق، لتیم آئنوں کا پھیلاؤ گتانک مواد کے اناج کے سائز میں کمی کے ساتھ بڑھتا ہے۔ تاہم، مادی ذرات کے سائز میں کمی کے ساتھ، پلپنگ کی پیداوار میں ذرات کا سنگین جمع ہو جائے گا، جس کے نتیجے میں غیر مساوی پھیلاؤ ہو گا۔ ایک ہی وقت میں، نینو پارٹیکلز الیکٹروڈ شیٹ کی کمپیکشن کثافت کو کم کریں گے، اور چارج اور ڈسچارج سائیڈ ری ایکشن کے عمل میں الیکٹرولائٹ کے ساتھ رابطے کے علاقے میں اضافہ کریں گے، جس سے بیٹری کی کارکردگی متاثر ہوگی۔

زیادہ قابل اعتماد طریقہ کوٹنگ کے ذریعہ مثبت الیکٹروڈ مواد میں ترمیم کرنا ہے۔ مثال کے طور پر، خود LFP کی چالکتا بہت اچھی نہیں ہے۔ LFP کی سطح کو کاربن مواد یا دیگر مواد سے کوٹنگ کرنے سے اس کی چالکتا بہتر ہو سکتی ہے، جو بیٹری کی فوری چارجنگ کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے موزوں ہے۔

02

انوڈ مواد

لیتھیم بیٹری کی تیز چارجنگ کا مطلب یہ ہے کہ لیتھیم آئن تیزی سے باہر آ سکتے ہیں اور منفی الیکٹروڈ تک “تیر” کر سکتے ہیں، جس کے لیے کیتھوڈ مواد کو تیزی سے سرایت کرنے والی لیتھیم کی صلاحیت کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیتھیم بیٹری کو تیزی سے چارج کرنے کے لیے استعمال ہونے والے انوڈ مواد میں کاربن میٹریل، لیتھیم ٹائٹانیٹ اور کچھ دیگر نئے مواد شامل ہیں۔

کاربن مواد کے لیے، لتیم آئنوں کو ترجیحی طور پر روایتی چارجنگ کی شرط کے تحت گریفائٹ میں سرایت کیا جاتا ہے کیونکہ لتیم ایمبیڈنگ کی صلاحیت لتیم ورن کی طرح ہے۔ تاہم، تیز چارجنگ یا کم درجہ حرارت کی حالت میں، لیتھیم آئن سطح پر تیز ہو کر ڈینڈرائٹ لتیم بن سکتے ہیں۔ جب ڈینڈرائٹ لیتھیم نے SEI کو پنکچر کیا تو Li+ کا ثانوی نقصان ہوا اور بیٹری کی گنجائش کم ہو گئی۔ جب لیتھیم دھات ایک خاص سطح تک پہنچ جائے گی، تو یہ منفی الیکٹروڈ سے ڈایافرام تک بڑھے گی، جس سے بیٹری کے شارٹ سرکٹ کا خطرہ ہو گا۔

جہاں تک LTO کا تعلق ہے، یہ “زیرو سٹرین” آکسیجن پر مشتمل اینوڈ مواد سے تعلق رکھتا ہے، جو بیٹری کے آپریشن کے دوران SEI پیدا نہیں کرتا ہے، اور اس میں لیتھیم آئن کے ساتھ مضبوط پابند ہونے کی صلاحیت ہے، جو تیز چارج اور ریلیز کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، کیونکہ SEI نہیں بن سکتا، انوڈ مواد براہ راست الیکٹرولائٹ کے ساتھ رابطہ کرے گا، جو ضمنی ردعمل کی موجودگی کو فروغ دیتا ہے. LTO بیٹری گیس کی پیداوار کا مسئلہ حل نہیں کیا جا سکتا، اور صرف سطح میں ترمیم کے ذریعے ہی اس کا خاتمہ کیا جا سکتا ہے۔

03

الیکٹروڈ مائع

جیسا کہ اوپر بتایا گیا ہے، تیز رفتار چارجنگ کے عمل میں، لیتھیم آئن کی نقل مکانی کی شرح اور الیکٹران کی منتقلی کی شرح میں عدم مطابقت کی وجہ سے، بیٹری میں بڑی پولرائزیشن ہوگی۔ لہذا بیٹری پولرائزیشن کی وجہ سے منفی ردعمل کو کم کرنے کے لیے، الیکٹرولائٹ کو تیار کرنے کے لیے درج ذیل تین نکات کی ضرورت ہے: 1، ہائی ڈسوسی ایشن الیکٹرولائٹ نمک؛ 2، سالوینٹس کمپوزٹ – کم واسکعثٹی؛ 3، انٹرفیس کنٹرول – نچلی جھلی کی رکاوٹ۔

04

پروڈکشن ٹکنالوجی اور تیز رفتار بھرنے کے درمیان تعلق

اس سے پہلے، تیزی سے بھرنے کی ضروریات اور اثرات کا تجزیہ تین اہم مواد سے کیا گیا تھا، جیسے کہ مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد اور الیکٹروڈ مائع۔ مندرجہ ذیل عمل کا ڈیزائن ہے جس کا نسبتاً بڑا اثر ہے۔ بیٹری کی پیداوار کے تکنیکی پیرامیٹرز بیٹری کے ایکٹیویشن سے پہلے اور بعد میں بیٹری کے ہر حصے میں لتیم آئنوں کی منتقلی مزاحمت کو براہ راست متاثر کرتے ہیں، اس لیے بیٹری کی تیاری کے تکنیکی پیرامیٹرز کا لیتھیم آئن بیٹری کی کارکردگی پر ایک اہم اثر ہوتا ہے۔

(1) گارا

گارا کی خصوصیات کے لیے، ایک طرف، کنڈکٹیو ایجنٹ کو یکساں طور پر منتشر رکھنا ضروری ہے۔ چونکہ کنڈکٹو ایجنٹ کو فعال مادہ کے ذرات میں یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، اس لیے فعال مادہ اور فعال مادہ اور جمع کرنے والے سیال کے درمیان ایک زیادہ یکساں کنڈکٹیو نیٹ ورک بن سکتا ہے، جس میں مائیکرو کرنٹ جمع کرنے کا کام ہوتا ہے، رابطے کی مزاحمت کو کم کرنا، اور الیکٹران کی حرکت کی شرح کو بہتر بنا سکتا ہے۔ دوسری طرف conductive ایجنٹ کی زیادہ بازی کو روکنے کے لئے ہے. چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل میں، انوڈ اور کیتھوڈ مواد کا کرسٹل ڈھانچہ تبدیل ہو جائے گا، جو کنڈکٹو ایجنٹ کے چھلکے کا سبب بن سکتا ہے، بیٹری کی اندرونی مزاحمت کو بڑھا سکتا ہے، اور کارکردگی کو متاثر کر سکتا ہے۔

(2) انتہائی جزوی کثافت

نظریہ میں، ملٹی پلیئر بیٹریاں اور اعلیٰ صلاحیت والی بیٹریاں مطابقت نہیں رکھتیں۔ جب مثبت اور منفی الیکٹروڈ کی پولرائزیشن کثافت کم ہوتی ہے، تو لتیم آئنوں کی بازی کی رفتار کو بڑھایا جا سکتا ہے، اور آئن اور الیکٹران کی منتقلی کی مزاحمت کو کم کیا جا سکتا ہے۔ سطح کی کثافت جتنی کم ہوتی ہے، الیکٹروڈ اتنا ہی پتلا ہوتا ہے، اور چارج اور خارج ہونے والے لتیم آئنوں کے مسلسل داخل اور اخراج کی وجہ سے الیکٹروڈ کی ساخت میں تبدیلی بھی چھوٹی ہوتی ہے۔ تاہم، اگر سطح کی کثافت بہت کم ہے، تو بیٹری کی توانائی کی کثافت کم ہو جائے گی اور قیمت بڑھ جائے گی۔ لہذا، سطح کی کثافت کو جامع طور پر سمجھا جانا چاہئے. مندرجہ ذیل اعداد و شمار لیتھیم کوبیلیٹ بیٹری 6C پر چارج ہونے اور 1C پر ڈسچارج ہونے کی ایک مثال ہے۔

تصویر

(3) پولر ٹکڑا کوٹنگ مستقل مزاجی

اس سے پہلے، ایک دوست نے پوچھا، کیا انتہائی جزوی کثافت کی عدم مطابقت کا بیٹری پر اثر پڑے گا؟ یہاں ویسے، تیز رفتار چارجنگ کی کارکردگی کے لیے، اہم اینوڈ پلیٹ کی مستقل مزاجی ہے۔ اگر سطح کی منفی کثافت یکساں نہیں ہے، تو رولنگ کے بعد زندہ مواد کی اندرونی پورسٹی بہت مختلف ہو جائے گی۔ پوروسیٹی کا فرق اندرونی موجودہ تقسیم کے فرق کا باعث بنے گا، جو بیٹری کی تشکیل کے مرحلے میں SEI کی تشکیل اور کارکردگی کو متاثر کرے گا، اور بالآخر بیٹری کی تیز رفتار چارجنگ کارکردگی کو متاثر کرے گا۔

(4) قطب شیٹ کی کمپیکشن کثافت

کھمبے کو کمپیکٹ کرنے کی ضرورت کیوں ہے؟ ایک بیٹری کی مخصوص توانائی کو بہتر بنانا ہے، دوسرا بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنانا ہے۔ الیکٹروڈ مواد کے ساتھ زیادہ سے زیادہ کمپیکشن کثافت مختلف ہوتی ہے۔ کمپیکشن کثافت میں اضافے کے ساتھ، الیکٹروڈ شیٹ کی پورسٹی جتنی چھوٹی ہوگی، ذرات کے درمیان رابطہ اتنا ہی قریب ہوگا، اور اسی سطح کی کثافت کے تحت الیکٹروڈ شیٹ کی موٹائی اتنی ہی کم ہوگی، اس لیے لیتھیم آئنوں کی منتقلی کا راستہ کم کیا جاسکتا ہے۔ جب کمپیکشن کثافت بہت زیادہ ہوتی ہے تو، الیکٹرولائٹ کی دراندازی کا اثر اچھا نہیں ہوتا ہے، جو مادی ساخت اور ترسیلی ایجنٹ کی تقسیم کو تباہ کر سکتا ہے، اور بعد میں سمیٹنے کا مسئلہ ہو گا۔ اسی طرح، لیتھیم کوبیلیٹ بیٹری 6C پر چارج ہوتی ہے اور 1C پر ڈسچارج ہوتی ہے، اور ڈسچارج کی مخصوص صلاحیت پر کمپیکشن کثافت کا اثر اس طرح دکھایا جاتا ہے:

تصویر

05

عمر بڑھنے کی تشکیل اور دیگر

کاربن منفی بیٹری کے لیے، تشکیل – عمر بڑھنا لتیم بیٹری کا کلیدی عمل ہے، جو SEI کے معیار کو متاثر کرے گا۔ SEI کی موٹائی یکساں نہیں ہے یا ساخت غیر مستحکم ہے، جو بیٹری کی فوری چارجنگ کی صلاحیت اور سائیکل کی زندگی کو متاثر کرے گی۔

مندرجہ بالا کئی اہم عوامل کے علاوہ، سیل، چارج اور ڈسچارج سسٹم کی پیداوار لیتھیم بیٹری کی کارکردگی پر بہت زیادہ اثر ڈالے گی۔ سروس کے وقت میں توسیع کے ساتھ، بیٹری کی چارجنگ کی شرح کو معتدل طور پر کم کیا جانا چاہئے، ورنہ پولرائزیشن بڑھ جائے گی۔

اختتام

لتیم بیٹریوں کی تیز رفتار چارجنگ اور ڈسچارجنگ کا جوہر یہ ہے کہ لتیم آئنوں کو انوڈ اور کیتھوڈ مواد کے درمیان تیزی سے ڈی ایمبیڈ کیا جا سکتا ہے۔ مادی خصوصیات، پروسیسنگ ڈیزائن اور بیٹریوں کی چارجنگ اور ڈسچارجنگ سسٹم سب اعلی کرنٹ چارجنگ کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ انوڈ اور انوڈ مواد کی ساختی استحکام ساختی تباہی کا سبب بنے بغیر تیز ڈیلیتھیم کے عمل کے لیے سازگار ہے، مادی پھیلاؤ کی شرح میں لیتھیم آئنز تیز تر ہے، تاکہ زیادہ کرنٹ چارجنگ کو برداشت کیا جا سکے۔ آئن کی منتقلی کی رفتار اور الیکٹران کی منتقلی کی شرح کے درمیان مماثلت کی وجہ سے، پولرائزیشن چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل میں واقع ہوگی، اس لیے پولرائزیشن کو کم سے کم کیا جانا چاہیے تاکہ لیتھیم دھات کی بارش کو روکا جا سکے اور زندگی کو متاثر کرنے کی صلاحیت کو کم کیا جا سکے۔