جیسے جیسے چارج اور ڈسچارج سائیکلوں کی تعداد میں اضافہ ہوتا جائے گا، بیٹری کی صلاحیت زوال پذیر ہوتی رہے گی۔ جب گنجائش 75% سے 80% درجہ بندی کی گنجائش تک گر جاتی ہے، تو لیتھیم آئن بیٹری کو ناکام حالت میں سمجھا جاتا ہے۔ خارج ہونے والے مادہ کی شرح، بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافہ، اور محیطی درجہ حرارت کا لتیم آئن بیٹریوں کے خارج ہونے کی صلاحیت پر زیادہ اثر پڑتا ہے۔

یہ کاغذ بیٹری کے لیے مستقل وولٹیج اور مستقل کرنٹ چارجنگ اور مستقل کرنٹ ڈسچارج کے چارجنگ اور ڈسچارج کے معیار کو اپناتا ہے۔ خارج ہونے والے مادہ کی شرح، بیٹری کے خارج ہونے والے درجہ حرارت میں اضافہ، اور محیطی درجہ حرارت کو یکے بعد دیگرے متغیر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے اور چکراتی تجربات مقداری طور پر کیے جاتے ہیں، اور مختلف کیتھوڈ مواد کے تحت خارج ہونے والے مادہ کی شرح اور بیٹری کے خارج ہونے والے درجہ حرارت کا تجزیہ کیا جاتا ہے۔ لتیم آئن بیٹریوں کے خارج ہونے کی صلاحیت پر درجہ حرارت، محیطی درجہ حرارت اور سائیکل کے اوقات کا اثر۔

1. بیٹری کا بنیادی تجرباتی پروگرام

مثبت اور منفی مواد مختلف ہیں، اور سائیکل کی زندگی بہت مختلف ہوتی ہے، جو بیٹری کی صلاحیت کی خصوصیات کو متاثر کرتی ہے۔ لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LFP) اور نکل-کوبالٹ-مینگنیج ٹرنری مواد (NMC) بڑے پیمانے پر لیتھیم آئن سیکنڈری بیٹریوں کے لیے کیتھوڈ مواد کے طور پر اپنے منفرد فوائد کے ساتھ استعمال ہوتے ہیں۔ یہ ٹیبل 1 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ NMC بیٹری کی درجہ بندی کی گنجائش، برائے نام وولٹیج، اور خارج ہونے کی شرح LFP بیٹری کی نسبت زیادہ ہے۔

ایل ایف پی اور این ایم سی لیتھیم آئن بیٹریوں کو کچھ مستقل کرنٹ اور مستقل وولٹیج چارجنگ اور مستقل کرنٹ ڈسچارج قواعد کے مطابق چارج اور ڈسچارج کریں، اور چارج اور ڈسچارج کٹ آف وولٹیج، ڈسچارج کی شرح، بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافہ، تجرباتی درجہ حرارت، اور بیٹری کی صلاحیت کی تبدیلیوں کو ریکارڈ کریں۔ چارج اور ڈسچارج کے عمل کے دوران حالت۔

2. ڈسچارج کی صلاحیت پر ڈسچارج کی شرح کا اثر درجہ حرارت اور چارج اور ڈسچارج کے قوانین کو درست کریں، اور LFP بیٹری اور NMC بیٹری کو مختلف ڈسچارج ریٹ کے مطابق مستقل کرنٹ پر ڈسچارج کریں۔

درجہ حرارت کو بالترتیب ایڈجسٹ کریں: 35، 25، 10، 5، -5، -15 °C۔ یہ شکل 1 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ اسی درجہ حرارت پر، خارج ہونے والے مادہ کی شرح کو بڑھا کر، LFP بیٹری کی مجموعی خارج ہونے کی صلاحیت میں کمی کا رجحان ظاہر ہوتا ہے۔ اسی خارج ہونے والے مادہ کی شرح کے تحت، کم درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کا LFP بیٹریوں کے خارج ہونے کی صلاحیت پر زیادہ اثر پڑتا ہے۔

جب درجہ حرارت 0 ℃ سے نیچے گر جاتا ہے، تو خارج ہونے کی صلاحیت شدید طور پر زوال پذیر ہوتی ہے اور صلاحیت ناقابل واپسی ہوتی ہے۔ یہ بات قابل غور ہے کہ LFP بیٹریاں کم درجہ حرارت اور بڑے خارج ہونے والے مادہ کی شرح کے دوہرے اثر کے تحت خارج ہونے والے مادہ کی صلاحیت کو بڑھا دیتی ہیں۔ LFP بیٹریوں کے مقابلے میں، NMC بیٹریاں درجہ حرارت کے لیے زیادہ حساس ہوتی ہیں، اور ان کے خارج ہونے کی صلاحیت محیطی درجہ حرارت اور خارج ہونے کی شرح کے ساتھ نمایاں طور پر تبدیل ہوتی ہے۔

یہ شکل 2 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ اسی درجہ حرارت پر، NMC بیٹری کی مجموعی خارج ہونے کی صلاحیت پہلے زوال اور پھر بڑھنے کے رجحان کو ظاہر کرتی ہے۔ اسی خارج ہونے کی شرح کے تحت، درجہ حرارت جتنا کم ہوگا، خارج ہونے کی گنجائش اتنی ہی کم ہوگی۔

خارج ہونے والے مادہ کی شرح میں اضافے کے ساتھ، لتیم آئن بیٹریوں کی خارج ہونے والی صلاحیت میں کمی جاری ہے۔ وجہ یہ ہے کہ سنگین پولرائزیشن کی وجہ سے، ڈسچارج وولٹیج کو پہلے سے ہی ڈسچارج کٹ آف وولٹیج تک کم کر دیا جاتا ہے، یعنی ڈسچارج کا وقت کم ہو جاتا ہے، ڈسچارج ناکافی ہوتا ہے، اور منفی الیکٹروڈ Li+ نہیں گرتا ہے۔ مکمل طور پر سرایت شدہ۔ جب بیٹری ڈسچارج کی شرح 1.5 اور 3.0 کے درمیان ہوتی ہے، تو ڈسچارج کی صلاحیت مختلف ڈگریوں تک بحالی کے آثار دکھانا شروع کر دیتی ہے۔ جیسا کہ رد عمل جاری رہے گا، بیٹری کا درجہ حرارت خارج ہونے کی شرح میں اضافے کے ساتھ نمایاں طور پر بڑھ جائے گا، Li+ کی حرارتی نقل و حرکت کی صلاحیت مضبوط ہوتی ہے، اور پھیلاؤ کی رفتار تیز ہوتی ہے، تاکہ Li+ کی ڈی ایمبیڈنگ کی رفتار تیز ہو اور خارج ہونے کی صلاحیت بڑھ جاتی ہے۔ یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ بڑے خارج ہونے والے مادہ کی شرح اور بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافہ کا دوہرا اثر خود بیٹری کے غیر یک سنگی رجحان کا سبب بنتا ہے۔

3. خارج ہونے والی صلاحیت پر بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافے کا اثر۔ NMC بیٹریاں بالترتیب 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5C 30℃ پر ڈسچارج تجربات کا نشانہ بنتی ہیں، اور ڈسچارج کی گنجائش اور لیتھیم آئن بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافے کے درمیان تعلق کا وکر شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

یہ شکل 3 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ اسی خارج ہونے کی صلاحیت کے تحت، خارج ہونے والے مادہ کی شرح جتنی زیادہ ہوگی، درجہ حرارت میں اضافے میں اتنی ہی اہم تبدیلیاں آئیں گی۔ ایک ہی ڈسچارج کی شرح کے تحت مستقل موجودہ خارج ہونے والے مادہ کے عمل کے تین ادوار کا تجزیہ کرنے سے پتہ چلتا ہے کہ درجہ حرارت میں اضافہ بنیادی طور پر خارج ہونے کے ابتدائی اور آخری مراحل میں ہوتا ہے۔

چوتھا، خارج ہونے والی صلاحیت پر محیطی درجہ حرارت کا اثر لیتھیم آئن بیٹریوں کا بہترین آپریٹنگ درجہ حرارت 25-40 ℃ ہے۔ جدول 2 اور جدول 3 کے موازنہ سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب درجہ حرارت 5 ° C سے کم ہوتا ہے، تو دو قسم کی بیٹریاں تیزی سے خارج ہوتی ہیں اور خارج ہونے کی صلاحیت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔

کم درجہ حرارت کے تجربے کے بعد، اعلی درجہ حرارت کو بحال کیا گیا تھا. اسی درجہ حرارت پر، LFP بیٹری کی خارج ہونے والی صلاحیت میں 137.1mAh کی کمی واقع ہوئی، اور NMC بیٹری میں 47.8mAh کی کمی واقع ہوئی، لیکن درجہ حرارت میں اضافہ اور خارج ہونے کا وقت تبدیل نہیں ہوا۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ LFP میں تھرمل استحکام اچھا ہے اور یہ صرف کم درجہ حرارت پر ناقص رواداری کا مظاہرہ کرتا ہے، اور بیٹری کی صلاحیت میں ناقابل واپسی کشندگی ہے۔ جبکہ NMC بیٹریاں درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے لیے حساس ہوتی ہیں۔

پانچویں، ڈسچارج کی صلاحیت پر سائیکلوں کی تعداد کا اثر، شکل 4 لیتھیم آئن بیٹری کی صلاحیت کے زوال کے منحنی خطوط کا ایک خاکہ ہے، اور 0.8Q پر خارج ہونے والی گنجائش کو بیٹری کی خرابی کے نقطہ کے طور پر ریکارڈ کیا جاتا ہے۔ جیسے جیسے چارج اور خارج ہونے والے چکروں کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، خارج ہونے کی صلاحیت میں کمی آنا شروع ہو جاتی ہے۔

ایک 1600mAh LFP بیٹری 0.5C پر چارج اور ڈسچارج ہوئی اور چارج ڈسچارج سائیکل کے تجربے کے لیے 0.5C پر ڈسچارج ہوئی۔ مجموعی طور پر 600 سائیکلیں انجام دی گئیں، اور بیٹری کی صلاحیت کا 80% بیٹری کی خرابی کے معیار کے طور پر استعمال کیا گیا۔ 100 کو وقفہ کے اوقات کے طور پر استعمال کریں تاکہ خارج ہونے والے مادہ کی گنجائش اور صلاحیت کی کشیدگی کے تناسب کی خرابی کا تجزیہ کیا جا سکے، جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔

ایک 2000mAh NMC بیٹری 1.0C پر چارج کی گئی اور چارج ڈسچارج سائیکل کے تجربے کے لیے 1.0C پر ڈسچارج کی گئی، اور بیٹری کی صلاحیت کا 80% اس کی زندگی کے اختتام پر بیٹری کی صلاحیت کے طور پر لیا گیا۔ پہلے 700 بار لیں اور خارج ہونے کی گنجائش اور 100 کے ساتھ وقفہ کے طور پر صلاحیت کی کشندگی کی نسبتہ خرابی فیصد کا تجزیہ کریں، جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔

LFP بیٹری اور NMC بیٹری کی صلاحیت جب سائیکلوں کی تعداد 0 ہوتی ہے تو درجہ بندی کی صلاحیت ہوتی ہے، لیکن عام طور پر اصل صلاحیت درجہ بندی کی گنجائش سے کم ہوتی ہے، اس لیے پہلے 100 سائیکلوں کے بعد، خارج ہونے کی صلاحیت سنجیدگی سے ختم ہو جاتی ہے۔ LFP بیٹری کی طویل سائیکل زندگی ہے، نظریاتی زندگی 1,000 گنا ہے؛ NMC بیٹری کی نظریاتی زندگی 300 گنا ہے۔ اتنی ہی تعداد کے چکروں کے بعد، NMC بیٹری کی صلاحیت تیزی سے زوال پذیر ہوتی ہے۔ جب سائیکلوں کی تعداد 600 ہوتی ہے، NMC بیٹری کی صلاحیت ناکامی کی حد کے قریب ختم ہو جاتی ہے۔

6. نتیجہ

لیتھیم آئن بیٹریوں پر چارجنگ اور ڈسچارج کے تجربات کے ذریعے، کیتھوڈ میٹریل کے پانچ پیرامیٹرز، خارج ہونے کی شرح، بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافہ، محیطی درجہ حرارت اور سائیکل نمبر کو متغیر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور صلاحیت سے متعلق خصوصیات اور مختلف متاثر کن عوامل کے درمیان تعلق کا تجزیہ کیا جاتا ہے، اور مندرجہ ذیل نتیجہ میں حاصل کیا جاتا ہے:

(1) بیٹری کے درجہ حرارت کی حد کے اندر، ایک مناسب اعلی درجہ حرارت Li+ کے ڈیانٹرکلیشن اور سرایت کو فروغ دیتا ہے۔ خاص طور پر خارج ہونے کی صلاحیت کے لیے، خارج ہونے والے مادہ کی شرح جتنی زیادہ ہوگی، گرمی پیدا کرنے کی شرح اتنی ہی زیادہ ہوگی، اور لتیم آئن بیٹری کے اندر الیکٹرو کیمیکل ردعمل اتنا ہی واضح ہوگا۔

(2) LFP بیٹری چارج اور ڈسچارج کے دوران اعلی درجہ حرارت اور خارج ہونے والے مادہ کی شرح سے اچھی موافقت دکھاتی ہے۔ اس میں کم درجہ حرارت کو برداشت نہیں کیا جا سکتا، خارج ہونے کی صلاحیت شدید طور پر ختم ہو جاتی ہے، اور گرم ہونے کے بعد اسے بحال نہیں کیا جا سکتا۔

(3) چارج اور ڈسچارج سائیکلوں کی ایک ہی تعداد کے تحت، LFP بیٹری کی سائیکل لائف طویل ہوتی ہے، اور NMC بیٹری کی صلاحیت درجہ بندی کی گنجائش کے 80% تک زیادہ تیزی سے ختم ہو جاتی ہے۔ (4) LFP بیٹری کے مقابلے میں، NMC بیٹری کی ڈسچارج کی صلاحیت درجہ حرارت کے لیے زیادہ حساس ہے، اور ایک بڑی ڈسچارج ریٹ پر، ڈسچارج کی گنجائش یکسر نہیں ہے اور درجہ حرارت میں اضافہ نمایاں طور پر تبدیل ہوتا ہے۔