একটি লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিতে কি উপকরণ থাকে?

অত্যাধুনিক ক্যাথোড সামগ্রীর মধ্যে রয়েছে লিথিয়াম-ধাতু অক্সাইড [যেমন LiCoO ₂ , LiMn ₂ ও ₄ , এবং Li(NixMnyCoz)O ₂ ], ভ্যানাডিয়াম অক্সাইড, অলিভাইন (যেমন LiFePO ₄ ), এবং রিচার্জেবল লিথিয়াম অক্সাইড। ^11,12 কোবাল্ট এবং নিকেল ধারণকারী স্তরযুক্ত অক্সাইডগুলি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য সর্বাধিক অধ্যয়ন করা উপকরণ।তারা উচ্চ-ভোল্টেজ পরিসরে একটি উচ্চ স্থিতিশীলতা দেখায় কিন্তু কোবাল্টের প্রকৃতিতে সীমিত প্রাপ্যতা রয়েছে এবং এটি বিষাক্ত, যা ভর উত্পাদনের জন্য একটি অসাধারণ ত্রুটি।ম্যাঙ্গানিজ একটি উচ্চ থার্মাল থ্রেশহোল্ড এবং চমৎকার হারের ক্ষমতার সাথে কম খরচে প্রতিস্থাপনের প্রস্তাব দেয় কিন্তু সাইকেল চালানোর আচরণ সীমিত।অতএব, কোবাল্ট, নিকেল এবং ম্যাঙ্গানিজের মিশ্রণগুলি প্রায়শই সর্বোত্তম বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করতে এবং ত্রুটিগুলি কমাতে ব্যবহৃত হয়।ভ্যানডিয়াম অক্সাইডগুলির একটি বড় ক্ষমতা এবং চমৎকার গতিবিদ্যা রয়েছে।যাইহোক, লিথিয়াম সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের কারণে, উপাদানটি নিরাকার হয়ে যায়, যা সাইক্লিং আচরণকে সীমিত করে।অলিভাইনগুলি অ-বিষাক্ত এবং সাইকেল চালানোর কারণে কম ফেইড সহ একটি মাঝারি ক্ষমতা রয়েছে, তবে তাদের পরিবাহিতা কম।উপাদান আবরণ পদ্ধতি চালু করা হয়েছে যা দুর্বল পরিবাহিতা জন্য তৈরি, কিন্তু এটি ব্যাটারিতে কিছু প্রক্রিয়াকরণ খরচ যোগ করে।

অ্যানোড সামগ্রী

অ্যানোড উপাদানগুলি হল লিথিয়াম, গ্রাফাইট, লিথিয়াম-অ্যালোয়িং উপকরণ, ইন্টারমেটালিক্স বা সিলিকন। ¹¹ লিথিয়ামকে সবচেয়ে সোজা সামনের উপাদান বলে মনে হয় কিন্তু সাইক্লিং আচরণ এবং ডেনড্রাইটিক বৃদ্ধিতে সমস্যা দেখায়, যা শর্ট সার্কিট তৈরি করে।কম খরচে এবং প্রাপ্যতার কারণে কার্বোনাসিয়াস অ্যানোডগুলি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত অ্যানোডিক উপাদান।যাইহোক, লিথিয়ামের চার্জ ঘনত্ব (3,862 mAh/g) এর তুলনায় তাত্ত্বিক ক্ষমতা (372 mAh/g) কম।অভিনব গ্রাফাইট জাত এবং কার্বন ন্যানোটিউবগুলির সাথে কিছু প্রচেষ্টা ক্ষমতা বাড়ানোর চেষ্টা করেছে কিন্তু উচ্চ প্রক্রিয়াকরণ খরচের দাম নিয়ে এসেছে।অ্যালয় অ্যানোড এবং ইন্টারমেটালিক যৌগগুলির উচ্চ ক্ষমতা রয়েছে তবে এটি একটি নাটকীয় ভলিউম পরিবর্তন দেখায়, যার ফলে খারাপ সাইক্লিং আচরণ হয়।ন্যানোক্রিস্টালাইন উপকরণ ব্যবহার করে এবং একটি নন-অ্যালোয়িং স্ট্যাবিলাইজেশন ম্যাট্রিক্সে (Co, Cu, Fe, বা সহ) অ্যালয় ফেজ (Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn, এবং অন্যান্য সহ) দ্বারা ভলিউম পরিবর্তনকে কাটিয়ে উঠার প্রচেষ্টা করা হয়েছে। নি)।সিলিকনের 4,199 mAh/g এর অত্যন্ত উচ্চ ক্ষমতা রয়েছে, যা Si এর সংমিশ্রণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ ₅ লি ₂₂ .যাইহোক, সাইকেল চালানোর আচরণ খারাপ, এবং ক্ষমতা হ্রাস এখনও বোঝা যায়নি।

ইলেক্ট্রোলাইটস

একটি নিরাপদ এবং দীর্ঘস্থায়ী ব্যাটারির জন্য একটি শক্তিশালী ইলেক্ট্রোলাইট প্রয়োজন যা বিদ্যমান ভোল্টেজ এবং উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে এবং লিথিয়াম আয়নগুলির জন্য উচ্চ গতিশীলতা অফার করার সময় এটি একটি দীর্ঘ শেলফ লাইফ রয়েছে।প্রকারের মধ্যে রয়েছে তরল, পলিমার এবং সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট। ¹¹ তরল ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বেশিরভাগই জৈব, দ্রাবক ভিত্তিক ইলেক্ট্রোলাইট যা LiBC ধারণ করে ₄ ও ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , লি[পিএফ ₃ (সি ₂ চ ₅ ) ₃ ], অথবা অনুরুপ.সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিবেচনা তাদের flammability হয়;সেরা পারফরম্যান্সকারী দ্রাবকগুলির ফুটন্ত পয়েন্ট কম থাকে এবং ফ্ল্যাশ পয়েন্ট 30°C এর কাছাকাছি থাকে।অতএব, কোষের প্রবাহ বা বিস্ফোরণ এবং পরবর্তীকালে ব্যাটারি বিপদ ডেকে আনে।লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে ইলেক্ট্রোলাইট পচন এবং অত্যন্ত এক্সোথার্মিক পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া "থার্মাল রানওয়ে" নামে পরিচিত একটি প্রভাব তৈরি করতে পারে।এইভাবে, একটি ইলেক্ট্রোলাইট নির্বাচন প্রায়ই জ্বলনযোগ্যতা এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কর্মক্ষমতা মধ্যে একটি ট্রেডঅফ জড়িত.

বিভাজকগুলিতে অন্তর্নির্মিত তাপীয় শাটডাউন প্রক্রিয়া রয়েছে এবং মডিউল এবং ব্যাটারি প্যাকগুলিতে অতিরিক্ত বাহ্যিক অত্যাধুনিক তাপ ব্যবস্থাপনা সিস্টেম যুক্ত করা হয়েছে।আয়নিক তরলগুলি তাদের তাপীয় স্থিতিশীলতার কারণে বিবেচনাধীন রয়েছে তবে এর প্রধান ত্রুটি রয়েছে, যেমন অ্যানোডের বাইরে লিথিয়াম দ্রবীভূত।

পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি আয়নিকভাবে পরিবাহী পলিমার।এগুলি প্রায়শই সিরামিক ন্যানো পার্টিকেলের সাথে কম্পোজিটে মিশ্রিত হয়, যার ফলে উচ্চ পরিবাহিতা এবং উচ্চ ভোল্টেজের প্রতিরোধ হয়।উপরন্তু, তাদের উচ্চ সান্দ্রতা এবং আধা-কঠিন আচরণের কারণে, পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি লিথিয়াম ডেনড্রাইটগুলিকে বাড়তে বাধা দিতে পারে। ¹³ এবং তাই লিথিয়াম ধাতব অ্যানোডের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে।

কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট হল লিথিয়াম-আয়ন পরিবাহী স্ফটিক এবং সিরামিক চশমা।তারা একটি খুব খারাপ নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যকারিতা দেখায় কারণ নিম্ন তাপমাত্রায় কঠিনের লিথিয়াম গতিশীলতা ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়।উপরন্তু, কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটগুলির গ্রহণযোগ্য আচরণ পাওয়ার জন্য বিশেষ জমা অবস্থা এবং তাপমাত্রার চিকিত্সার প্রয়োজন হয়, যা ব্যবহারে তাদের অত্যন্ত ব্যয়বহুল করে তোলে, যদিও তারা বিভাজকের প্রয়োজনীয়তা এবং তাপীয় পলাতক হওয়ার ঝুঁকি দূর করে।

বিভাজক

বিভাজক উপকরণ এবং চাহিদাগুলির একটি ভাল পর্যালোচনা পি. অরোরা এবং জেড. ঝাং প্রদান করেছেন৷ ¹⁴ এর নাম অনুসারে, ব্যাটারি বিভাজক দুটি ইলেক্ট্রোডকে একে অপরের থেকে শারীরিকভাবে আলাদা করে, এইভাবে একটি শর্ট সার্কিট এড়িয়ে যায়।একটি তরল ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষেত্রে, বিভাজক একটি ফেনা উপাদান যা ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে ভিজিয়ে রাখে এবং এটিকে তার জায়গায় ধরে রাখে।ন্যূনতম ইলেক্ট্রোলাইট প্রতিরোধ, সর্বাধিক যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা এবং অত্যন্ত ইলেক্ট্রোকেমিক্যালি সক্রিয় পরিবেশে অবক্ষয়ের রাসায়নিক প্রতিরোধের সময় এটি একটি ইলেকট্রনিক ইনসুলেটর হওয়া দরকার।এছাড়াও, বিভাজকের প্রায়ই একটি নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্য থাকে, যাকে বলা হয় "থার্মাল শাটডাউন;"উচ্চ তাপমাত্রায়, এটি যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা না হারিয়ে লিথিয়াম-আয়ন পরিবহন বন্ধ করতে এটির ছিদ্র গলে বা বন্ধ করে।বিভাজকগুলি হয় শীটে সংশ্লেষিত হয় এবং ইলেক্ট্রোডের সাথে একত্রিত হয় বা সিটুতে একটি ইলেক্ট্রোডে জমা হয়।খরচ অনুসারে, পরবর্তীটি পছন্দের পদ্ধতি তবে এটি অন্য কিছু সংশ্লেষণ, পরিচালনা এবং যান্ত্রিক সমস্যা তৈরি করে।সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট এবং কিছু পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের কোন বিভাজকের প্রয়োজন নেই।