سردیوں میں لیتھیم بیٹری کی صلاحیت کیوں کم ہوتی ہے؟

سردیوں میں لیتھیم بیٹری کی صلاحیت کیوں کم ہوتی ہے؟

سردیوں میں لیتھیم بیٹری کی صلاحیت کیوں کم ہوتی ہے؟

  مارکیٹ میں داخل ہونے کے بعد سے، لیتھیم آئن بیٹریاں اپنے فوائد کی وجہ سے وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہیں جیسے کہ طویل عمر، بڑی مخصوص صلاحیت، اور کوئی میموری اثر نہیں۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کے کم درجہ حرارت کے استعمال میں مسائل ہیں جیسے کہ کم صلاحیت، شدید توجہ، خراب سائیکل کی شرح کی کارکردگی، واضح لتیم ارتقاء، اور غیر متوازن لتیم کو ہٹانا اور داخل کرنا۔ تاہم، ایپلی کیشن فیلڈز کی مسلسل توسیع کے ساتھ، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی خراب کارکردگی کی وجہ سے رکاوٹیں تیزی سے ظاہر ہوتی جا رہی ہیں۔

جب سے لیتھیم آئن بیٹریاں مارکیٹ میں آئی ہیں، ان کے فوائد جیسے طویل زندگی، بڑی مخصوص صلاحیت، اور کوئی میموری اثر نہ ہونے کی وجہ سے ان کا وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ کم درجہ حرارت پر استعمال ہونے والی لتیم آئن بیٹریوں میں کم صلاحیت، سنجیدہ توجہ، خراب سائیکل ریٹ کی کارکردگی، واضح لیتھیم ترسیب، اور غیر متوازن لتیم ڈیانٹرکلیشن اور ڈیینٹرکلیشن جیسے مسائل ہوتے ہیں۔ تاہم، جیسے جیسے ایپلیکیشن فیلڈز میں توسیع ہوتی جا رہی ہے، لیتھیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کی وجہ سے رکاوٹیں تیزی سے واضح ہو گئی ہیں۔

رپورٹس کے مطابق، -20 ℃ پر لیتھیم آئن بیٹریوں کی خارج ہونے کی صلاحیت کمرے کے درجہ حرارت پر اس کا صرف 31.5 فیصد ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریاں -20~+55 ℃ کے درمیان درجہ حرارت پر کام کرتی ہیں۔ تاہم، ایرو اسپیس، فوجی، اور الیکٹرک گاڑیوں جیسے شعبوں میں، یہ ضروری ہے کہ بیٹری عام طور پر -40 ℃ پر چل سکے۔ لہذا، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات کو بہتر بنانا بہت اہمیت کا حامل ہے۔

رپورٹس کے مطابق، -20 ° C پر لیتھیم آئن بیٹریوں کی خارج ہونے کی صلاحیت کمرے کے درجہ حرارت پر اس کا صرف 31.5 فیصد ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریوں کا آپریٹنگ درجہ حرارت -20~+55℃ کے درمیان ہے۔ تاہم، ایرو اسپیس، فوجی صنعت، الیکٹرک گاڑیوں اور دیگر شعبوں میں، بیٹریوں کو عام طور پر -40 ° C پر کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات کو بہتر بنانا بہت اہمیت کا حامل ہے۔

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والے عوامل

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والے عوامل

• کم درجہ حرارت والے ماحول میں، الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جاتی ہے اور یہاں تک کہ جزوی طور پر مضبوط ہو جاتی ہے، جس کی وجہ سے لتیم آئن بیٹریوں کی چالکتا میں کمی واقع ہوتی ہے۔
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں، الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جاتی ہے اور یہاں تک کہ جزوی طور پر مضبوط ہو جاتی ہے، جس کی وجہ سے لتیم آئن بیٹریوں کی چالکتا کم ہو جاتی ہے۔
  
• الیکٹرولائٹ، منفی الیکٹروڈ، اور الگ کرنے والے کے درمیان مطابقت کم درجہ حرارت والے ماحول میں بگڑ جاتی ہے۔
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں، الیکٹرولائٹ، منفی الیکٹروڈ اور الگ کرنے والے کے درمیان مطابقت خراب ہو جاتی ہے۔
  
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں لیتھیم آئن بیٹریوں کے منفی الیکٹروڈ کو شدید لتیم بارش کا سامنا کرنا پڑتا ہے، اور تیز دھاتی لتیم الیکٹرولائٹ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، جس کے نتیجے میں اس کی مصنوعات جمع ہوتی ہیں اور ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) کی موٹائی میں اضافہ ہوتا ہے۔
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں لیتھیم آئن بیٹریوں کے منفی الیکٹروڈ سے لیتھیم کو سنجیدگی سے تیز کیا جاتا ہے، اور تیز دھاتی لتیم الیکٹرولائٹ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، اور پروڈکٹ جمع ہونے سے ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) کی موٹائی میں اضافہ ہوتا ہے۔
  
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں، فعال مواد کے اندر لیتھیم آئن بیٹریوں کا پھیلاؤ کا نظام کم ہو جاتا ہے، اور چارج ٹرانسفر مائبادا (Rct) نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے۔
• کم درجہ حرارت والے ماحول میں، لتیم آئن بیٹریوں کے فعال مواد کے اندر پھیلاؤ کا نظام کم ہو جاتا ہے، اور چارج ٹرانسفر ریزسٹنس (Rct) نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے۔
  

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرنے والے عوامل کی کھوج

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرنے والے عوامل پر بحث

ماہر کی رائے 1: لیتھیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر الیکٹرولائٹ کا سب سے زیادہ اثر پڑتا ہے، اور الیکٹرولائٹ کی ساخت اور فزیکو کیمیکل خصوصیات بیٹریوں کے کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر اہم اثر ڈالتی ہیں۔ بیٹریوں کے کم درجہ حرارت پر سائیکل چلانے میں جو مسئلہ درپیش ہوتا ہے وہ یہ ہے کہ الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جاتی ہے، آئن کی ترسیل کی رفتار کم ہو جاتی ہے، اور بیرونی سرکٹ میں الیکٹرانوں کی منتقلی کی رفتار مماثل نہیں ہوتی، جس کے نتیجے میں بیٹری کی شدید پولرائزیشن اور تیز رفتار چارج کرنے اور خارج کرنے کی صلاحیت میں کمی۔ خاص طور پر کم درجہ حرارت پر چارج کرتے وقت، لیتھیم آئن آسانی سے منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لیتھیم ڈینڈرائٹس بنا سکتے ہیں، جس سے بیٹری خراب ہو جاتی ہے۔

ماہرین کی رائے 1: لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر الیکٹرولائٹ کا سب سے زیادہ اثر ہوتا ہے، الیکٹرولائٹ کی ساخت اور جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کا بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر اہم اثر پڑتا ہے۔ کم درجہ حرارت پر بیٹریوں کو سائیکل چلانے میں جو مسئلہ درپیش ہے وہ یہ ہے کہ الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جائے گی اور آئن کی ترسیل کی رفتار کم ہو جائے گی، جس کے نتیجے میں بیرونی سرکٹ کی الیکٹران کی منتقلی کی رفتار میں مماثلت نہیں ہو گی۔ پولرائزڈ اور چارج اور ڈسچارج کی صلاحیت تیزی سے کم ہو جائے گی۔ خاص طور پر کم درجہ حرارت پر چارج کرتے وقت، لیتھیم آئن آسانی سے منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لیتھیم ڈینڈرائٹس بنا سکتے ہیں، جس سے بیٹری خراب ہو جاتی ہے۔

الیکٹرولائٹ کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی اس کی اپنی چالکتا سے گہرا تعلق رکھتی ہے۔ اعلی چالکتا ٹرانسپورٹ آئنوں کے ساتھ الیکٹرولائٹس تیزی سے اور کم درجہ حرارت پر زیادہ صلاحیت کا استعمال کر سکتے ہیں۔ الیکٹرولائٹ میں جتنے زیادہ لتیم نمکیات الگ ہوجاتے ہیں، اتنی ہی زیادہ منتقلی ہوتی ہے، اور چالکتا بھی اتنی ہی زیادہ ہوتی ہے۔ چالکتا جتنی زیادہ ہوگی اور آئن کی ترسیل کی شرح جتنی تیز ہوگی، پولرائزیشن اتنی ہی کم ہوگی، اور کم درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ لہذا، لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی اچھی کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے اعلی چالکتا ایک ضروری شرط ہے۔

الیکٹرولائٹ کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کا خود الیکٹرولائٹ کی چالکتا سے گہرا تعلق ہے۔ الیکٹرولائٹ میں جتنے زیادہ لتیم نمکیات منقطع ہوتے ہیں، نقل مکانی کی تعداد اتنی ہی زیادہ اور چالکتا زیادہ ہوتی ہے۔ چالکتا زیادہ ہے، اور آئن کی ترسیل کی شرح جتنی تیز ہوگی، پولرائزیشن اتنی ہی کم ہوگی، اور کم درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ لہذا، اعلی برقی چالکتا لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی اچھی کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے ایک ضروری شرط ہے۔

ایک الیکٹرولائٹ کی چالکتا اس کی ساخت سے متعلق ہے، اور سالوینٹ کی viscosity کو کم کرنا الیکٹرولائٹ کی چالکتا کو بہتر بنانے کے طریقوں میں سے ایک ہے۔ کم درجہ حرارت پر سالوینٹس کی اچھی روانی آئن کی نقل و حمل کی ضمانت ہے، اور کم درجہ حرارت پر منفی الیکٹروڈ پر الیکٹرولائٹ کے ذریعے بننے والی ٹھوس الیکٹرولائٹ فلم بھی لیتھیم آئن کی ترسیل کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہے، اور RSEI لیتھیم کی اہم رکاوٹ ہے۔ کم درجہ حرارت والے ماحول میں آئن بیٹریاں۔

الیکٹرولائٹ کی چالکتا کا تعلق الیکٹرولائٹ کی ساخت سے ہے سالوینٹ کی واسکاسیٹی کو کم کرنا الیکٹرولائٹ کی چالکتا کو بہتر بنانے کا ایک طریقہ ہے۔ کم درجہ حرارت پر سالوینٹ کی اچھی روانی آئن کی نقل و حمل کو یقینی بناتی ہے، اور کم درجہ حرارت پر منفی الیکٹروڈ پر الیکٹرولائٹ کے ذریعے بننے والی ٹھوس الیکٹرولائٹ فلم بھی لیتھیم آئن کی ترسیل کو متاثر کرنے کی کلید ہے، اور RSEI لیتھیم آئن بیٹریوں کا بنیادی رکاوٹ ہے۔ کم درجہ حرارت والے ماحول میں۔

ماہر 2: لیتھیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والا اہم عنصر SEI جھلی کے بجائے کم درجہ حرارت پر تیزی سے بڑھتا ہوا Li+diffusion impedance ہے۔

ماہر 2: لیتھیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو محدود کرنے والا اہم عنصر کم درجہ حرارت پر Li+ بازی مزاحمت میں تیز اضافہ ہے، نہ کہ SEI فلم۔

لتیم آئن بیٹریوں کے لیے مثبت الیکٹروڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

لتیم آئن بیٹری کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

1. پرتوں والے مثبت الیکٹروڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

1. پرتوں والے ڈھانچے کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

تہہ دار ڈھانچہ، ایک جہتی لتیم آئن ڈفیوژن چینلز کے مقابلے میں بے مثال شرح کارکردگی اور سہ جہتی چینلز کی ساختی استحکام کے ساتھ، لتیم آئن بیٹریوں کے لیے سب سے قدیم تجارتی طور پر دستیاب مثبت الیکٹروڈ مواد ہے۔ اس کے نمائندہ مادوں میں LiCoO2، Li (Co1 xNix) O2، اور Li (Ni, Co, Mn) O2 شامل ہیں۔

تہہ دار ڈھانچے میں نہ صرف ایک جہتی لتیم آئن ڈفیوژن چینلز کی بے مثال کارکردگی ہے، بلکہ اس میں تین جہتی چینلز کی ساختی استحکام بھی ہے، یہ قدیم ترین تجارتی لتیم آئن بیٹری کیتھوڈ مواد ہے۔ اس کے نمائندہ مادوں میں LiCoO2، Li(Co1-xNix)O2 اور Li(Ni,Co,Mn)O2، وغیرہ شامل ہیں۔

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB کا مطالعہ کیا اور اس کی کم درجہ حرارت چارجنگ اور ڈسچارج کی خصوصیات کا تجربہ کیا۔

Xie Xiaohua اور دوسروں نے LiCoO2/MCMB کو تحقیقی آبجیکٹ کے طور پر استعمال کیا اور اس کے کم درجہ حرارت کے چارج اور خارج ہونے والی خصوصیات کا تجربہ کیا۔

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ جیسے جیسے درجہ حرارت کم ہوا، ڈسچارج پلیٹیو 3.762V (0 ℃) سے کم ہو کر 3.207V (-30 ℃) ہو گیا۔ بیٹری کی کل صلاحیت بھی تیزی سے 78.98mA · h (0 ℃) سے گھٹ کر 68.55mA · h (-30 ℃) ہو گئی ہے۔

نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ جیسے جیسے درجہ حرارت کم ہوتا ہے، اس کا ڈسچارج پلیٹ فارم 3.762V (0℃) سے 3.207V (–30℃) تک گر جاتا ہے؛ اس کی بیٹری کی کل صلاحیت بھی تیزی سے 78.98mAh (0℃) سے 68.55mAh تک گر جاتی ہے۔ (–30 °C)۔

2. اسپنل سٹرکچرڈ کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

2. ریڑھ کی ہڈی کی ساخت کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

اسپنل سٹرکچرڈ LiMn2O4 کیتھوڈ مواد میں Co عنصر کی عدم موجودگی کی وجہ سے کم قیمت اور غیر زہریلا ہونے کے فوائد ہیں۔

ریڑھ کی ہڈی کی ساخت LiMn2O4 کیتھوڈ مواد میں Co عنصر شامل نہیں ہے، لہذا اس میں کم قیمت اور غیر زہریلا ہونے کے فوائد ہیں۔

تاہم، Mn کی متغیر والینس اسٹیٹس اور Mn3+ کے جان ٹیلر اثر کے نتیجے میں ساختی عدم استحکام اور اس جزو کی خراب ریورسیبلٹی ہوتی ہے۔

تاہم، Mn کی متغیر والینس حالت اور Mn3+ کا Jahn-Teller اثر ساختی عدم استحکام اور اس جزو کی خراب ریورسبلٹی کا باعث بنتا ہے۔

Peng Zhengshun et al. نے نشاندہی کی کہ تیاری کے مختلف طریقوں کا LiMn2O4 کیتھوڈ مواد کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر بہت زیادہ اثر پڑتا ہے۔ Rct کو ایک مثال کے طور پر لیں: اعلی درجہ حرارت کے ٹھوس مرحلے کے طریقہ کار کے ذریعہ ترکیب شدہ LiMn2O4 کا Rct سول جیل طریقہ کے ذریعہ ترکیب شدہ اس سے نمایاں طور پر زیادہ ہے، اور یہ رجحان لیتھیم آئن ڈفیوژن گتانک میں بھی ظاہر ہوتا ہے۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ مختلف ترکیب کے طریقے مصنوعات کی کرسٹلینٹی اور مورفولوجی پر نمایاں اثر ڈالتے ہیں۔

Peng Zhengshun et al نے نشاندہی کی کہ مختلف تیاری کے طریقے LiMn2O4 کیتھوڈ مواد کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر زیادہ اثر ڈالتے ہیں مثال کے طور پر: LiMn2O4 کا Rct اعلی درجہ حرارت کے ٹھوس-مرحلے کے ذریعے ترکیب شدہ سے نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ sol-gel طریقہ سے، اور یہ رجحان لتیم آئنوں میں پایا جاتا ہے، یہ پھیلاؤ گتانک میں بھی ظاہر ہوتا ہے۔ اس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ ترکیب کے مختلف طریقوں کا مصنوعات کی کرسٹلینٹی اور شکلیات پر زیادہ اثر پڑتا ہے۔

3. فاسفیٹ سسٹم کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

3. فاسفیٹ سسٹم کیتھوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

LiFePO4، ٹرنری مواد کے ساتھ، اپنے بہترین حجم کے استحکام اور حفاظت کی وجہ سے پاور بیٹریوں کے لیے اہم مثبت الیکٹروڈ مواد بن گیا ہے۔ 

ریڑھ کی ہڈی کی ساخت LiMn2O4 کیتھوڈ مواد میں Co عنصر شامل نہیں ہے، لہذا اس میں کم قیمت اور غیر زہریلا ہونے کے فوائد ہیں۔

لتیم آئرن فاسفیٹ کی خراب کم درجہ حرارت کی کارکردگی بنیادی طور پر اس کا مواد ایک انسولیٹر، کم الیکٹرانک چالکتا، ناقص لتیم آئن پھیلاؤ، اور کم درجہ حرارت پر خراب چالکتا ہونے کی وجہ سے ہے، جو بیٹری کی اندرونی مزاحمت کو بڑھاتا ہے اور پولرائزیشن سے بہت متاثر ہوتا ہے۔ ، بیٹری کی چارجنگ اور ڈسچارج میں رکاوٹ ہے، جس کے نتیجے میں غیر تسلی بخش کم درجہ حرارت کی کارکردگی ہوتی ہے۔

اپنے بہترین حجم کے استحکام اور حفاظت کی وجہ سے، LiFePO4، ٹرنری میٹریل کے ساتھ، پاور بیٹریوں کے لیے موجودہ کیتھوڈ میٹریل کا مرکزی باڈی بن گیا ہے۔ لتیم آئرن فاسفیٹ کی ناقص کم درجہ حرارت کی کارکردگی بنیادی طور پر یہ ہے کہ مواد خود ایک انسولیٹر ہے، جس میں کم الیکٹرانک چالکتا، ناقص لتیم آئن ڈفیوزیوٹی، اور کم درجہ حرارت پر ناقص چالکتا، جو بیٹری کی اندرونی مزاحمت کو بڑھاتا ہے، بہت زیادہ متاثر ہوتا ہے۔ پولرائزیشن، اور بیٹری چارجنگ اور ڈسچارج میں رکاوٹ ہے لہذا، کم درجہ حرارت کی کارکردگی مثالی نہیں ہے۔

کم درجہ حرارت پر LiFePO4 کے چارج اور خارج ہونے والے رویے کا مطالعہ کرتے وقت، Gu Yijie et al. پتہ چلا کہ اس کی کولمبک کارکردگی بالترتیب 55 ℃ پر 100٪ سے کم ہو کر 0 ℃ پر 96٪ اور -20 ℃ پر بالترتیب 64٪ ہو گئی۔ ڈسچارج وولٹیج 55 ℃ پر 3.11V سے کم ہو کر -20 ℃ پر 2.62V ہو جاتا ہے۔

جب Gu Yijie et al نے کم درجہ حرارت پر LiFePO4 کے چارج اور خارج ہونے والے رویے کا مطالعہ کیا، تو انہوں نے پایا کہ اس کی کولمبک کارکردگی بالترتیب 0°C پر 100% سے کم ہو کر -20°C پر 64% ہو گئی ہے۔ ڈسچارج وولٹیج 55°C پر 3.11V سے کم ہو کر -20°C پر 2.62V ہو جاتا ہے۔

زنگ وغیرہ۔ نینو کاربن کا استعمال کرتے ہوئے LiFePO4 میں ترمیم کی اور پتہ چلا کہ نینو کاربن کنڈکٹیو ایجنٹوں کے اضافے نے درجہ حرارت کے لیے LiFePO4 کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کی حساسیت کو کم کیا اور اس کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو بہتر بنایا؛ ترمیم شدہ LiFePO4 کا ڈسچارج وولٹیج 25 ℃ پر 3.40V سے کم ہو کر -25 ℃ پر 3.09V ہو گیا، صرف 9.12٪ کی کمی کے ساتھ؛ اور اس کی بیٹری کی کارکردگی -25 ℃ پر 57.3٪ ہے، نینو کاربن کنڈکٹیو ایجنٹوں کے بغیر 53.4٪ سے زیادہ۔

Xing et al. 25°C پر 3.09V پر گرا، صرف 9.12% کی کمی اور -25°C پر اس کی بیٹری کی کارکردگی 57.3% تھی، بغیر نینو کاربن کنڈکٹیو کے 53.4%۔

حال ہی میں، LiMnPO4 نے لوگوں میں زبردست دلچسپی پیدا کی ہے۔ تحقیق سے پتا چلا ہے کہ LiMnPO4 میں اعلیٰ صلاحیت (4.1V)، کوئی آلودگی، کم قیمت، اور بڑی مخصوص صلاحیت (170mAh/g) جیسے فوائد ہیں۔ تاہم، LiFePO4 کے مقابلے LiMnPO4 کی کم ionic چالکتا کی وجہ سے، Fe اکثر Mn کو جزوی طور پر تبدیل کرنے کے لیے LiMn0.8Fe0.2PO4 ٹھوس حل بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

حال ہی میں، LiMnPO4 نے بہت دلچسپی حاصل کی ہے۔ تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ LiMnPO4 میں اعلی صلاحیت (4.1V)، کوئی آلودگی، کم قیمت، اور بڑی مخصوص صلاحیت (170mAh/g) کے فوائد ہیں۔ تاہم، LiMnPO4 کی LiFePO4 کے مقابلے میں کم آئنک چالکتا کی وجہ سے، Fe اکثر Mn کو جزوی طور پر تبدیل کرنے کے لیے LiMn0.8Fe0.2PO4 ٹھوس محلول بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

لتیم آئن بیٹریوں کے لیے منفی الیکٹروڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

لتیم آئن بیٹری انوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات

مثبت الیکٹروڈ مواد کے مقابلے میں، لیتھیم آئن بیٹریوں میں منفی الیکٹروڈ مواد کے کم درجہ حرارت میں کمی کا رجحان زیادہ شدید ہے، بنیادی طور پر درج ذیل تین وجوہات کی وجہ سے:

کیتھوڈ مواد کے مقابلے میں، لتیم آئن بیٹری اینوڈ مواد کی کم درجہ حرارت کی خرابی تین اہم وجوہات ہیں:

• کم درجہ حرارت کی اعلی شرح چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران، بیٹری پولرائزیشن شدید ہوتی ہے، اور منفی الیکٹروڈ کی سطح پر لتیم دھات کی ایک بڑی مقدار جمع ہوتی ہے، اور لتیم دھات اور الیکٹرولائٹ کے درمیان رد عمل کی مصنوعات میں عام طور پر چالکتا نہیں ہوتا ہے۔
• جب کم درجہ حرارت اور اونچی شرح پر چارج اور ڈسچارج ہوتا ہے، تو بیٹری شدید طور پر پولرائز ہوتی ہے، اور دھاتی لتیم کی ایک بڑی مقدار منفی الیکٹروڈ کی سطح پر جمع ہوتی ہے، اور دھاتی لتیم اور الیکٹرولائٹ کے درمیان رد عمل کی مصنوعات عام طور پر موصل نہیں ہوتی؛
  
• تھرموڈینامک نقطہ نظر سے، الیکٹرولائٹ قطبی گروپس کی ایک بڑی تعداد پر مشتمل ہے جیسے C-O اور C-N، جو منفی الیکٹروڈ مواد کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں SEI فلمیں کم درجہ حرارت کے اثرات کے لیے زیادہ حساس ہوتی ہیں۔
• تھرموڈینامک نقطہ نظر سے، الیکٹرولائٹ قطبی گروپس کی ایک بڑی تعداد پر مشتمل ہے جیسے C–O اور C–N، جو انوڈ مواد کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں، اور بننے والی SEI فلم کم درجہ حرارت کے لیے زیادہ حساس ہوتی ہے۔
  
• کم درجہ حرارت پر کاربن منفی الیکٹروڈ میں لتیم کو سرایت کرنا مشکل ہے، جس کے نتیجے میں غیر متناسب چارجنگ اور ڈسچارج ہوتا ہے۔
• کاربن منفی الیکٹروڈز کے لیے کم درجہ حرارت پر لتیم داخل کرنا مشکل ہے، اور چارج اور خارج ہونے والے مادہ میں توازن موجود ہے۔
  

کم درجہ حرارت کے الیکٹرولائٹس پر تحقیق

کم درجہ حرارت کے الیکٹرولائٹ پر تحقیق

الیکٹرولائٹ لتیم آئن بیٹریوں میں Li+ کو منتقل کرنے میں ایک کردار ادا کرتا ہے، اور اس کی آئن چالکتا اور SEI فلم کی تشکیل کی کارکردگی بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈالتی ہے۔ کم درجہ حرارت والے الیکٹرولائٹس کے معیار کو جانچنے کے لیے تین اہم اشارے ہیں: آئن چالکتا، الیکٹرو کیمیکل ونڈو، اور الیکٹروڈ رد عمل کی سرگرمی۔ ان تین اشارے کی سطح زیادہ تر ان کے اجزاء پر منحصر ہے: سالوینٹس، الیکٹرولائٹس (لتیم نمکیات)، اور اضافی۔ لہذا، بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو سمجھنے اور بہتر بنانے کے لیے الیکٹرولائٹ کے مختلف حصوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کا مطالعہ بہت اہمیت کا حامل ہے۔

الیکٹرولائٹ لیتھیم آئن بیٹریوں میں Li+ کی نقل و حمل میں ایک کردار ادا کرتا ہے، اور اس کی آئنک چالکتا اور SEI فلم بنانے کی خصوصیات بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈالتی ہیں۔ کم درجہ حرارت والے الیکٹرولائٹس کے معیار کو جانچنے کے لیے تین اہم اشارے ہیں: آئنک چالکتا، الیکٹرو کیمیکل ونڈو اور الیکٹروڈ ری ایکٹیویٹی۔ ان تین اشاریوں کی سطحیں بڑی حد تک ان کے اجزاء پر منحصر ہیں: سالوینٹس، الیکٹرولائٹ (لتیم نمک)، اور اضافی۔ لہذا، بیٹری کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو سمجھنے اور بہتر بنانے کے لیے الیکٹرولائٹ کے مختلف حصوں کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات کا مطالعہ بہت اہمیت کا حامل ہے۔

• چین کاربونیٹ کے مقابلے میں، EC پر مبنی الیکٹرولائٹس کا کمپیکٹ ڈھانچہ، اعلی تعامل کی قوت، اور زیادہ پگھلنے کا مقام اور چپکنے والی ہوتی ہے۔ تاہم، سرکلر ڈھانچے کی طرف سے لایا جانے والی بڑی قطبیت کے نتیجے میں اکثر ہائی ڈائی الیکٹرک مستقل ہوتا ہے۔ ہائی ڈائی الیکٹرک مستقل، اعلی آئن چالکتا، اور EC سالوینٹس کی بہترین فلم سازی کی کارکردگی مؤثر طریقے سے سالوینٹس کے مالیکیولز کو شامل کرنے سے روکتی ہے، جس سے وہ ناگزیر ہو جاتے ہیں۔ لہذا، عام طور پر استعمال ہونے والے کم درجہ حرارت والے الیکٹرولائٹ سسٹمز EC پر مبنی ہوتے ہیں اور کم پگھلنے والے پوائنٹ چھوٹے مالیکیول سالوینٹس کے ساتھ ملتے ہیں۔
• چین کاربونیٹ کے مقابلے میں، ای سی پر مبنی الیکٹرولائٹس کی کم درجہ حرارت کی خصوصیات یہ ہیں کہ سائکلک کاربونیٹ کی ساخت سخت، مضبوط قوت، اور زیادہ پگھلنے کا نقطہ اور واسکاسیٹی ہوتی ہے۔ تاہم، انگوٹھی کے ڈھانچے کے ذریعے لائی جانے والی بڑی قطبیت اکثر اس میں ایک بڑا ڈائی الیکٹرک مستقل بناتی ہے۔ بڑی ڈائی الیکٹرک مستقل، اعلی آئن چالکتا، اور EC سالوینٹس کی بہترین فلم بنانے والی خصوصیات مؤثر طریقے سے سالوینٹس کے مالیکیولز کو شامل کرنے سے روکتی ہیں، اس لیے انہیں ناگزیر بناتی ہے، اس لیے عام طور پر استعمال ہونے والے کم درجہ حرارت والے الیکٹرولائٹ سسٹمز EC پر مبنی ہوتے ہیں اور پھر چھوٹے چھوٹے مرکبات۔ کم پگھلنے والے نقطہ کے ساتھ مالیکیول سالوینٹس۔
  
• لتیم نمکیات الیکٹرولائٹس کا ایک اہم جزو ہیں۔ الیکٹرولائٹس میں لیتھیم نمکیات نہ صرف محلول کی آئنک چالکتا کو بہتر بنا سکتے ہیں بلکہ محلول میں Li+کے پھیلاؤ کے فاصلے کو بھی کم کر سکتے ہیں۔ عام طور پر، حل میں Li+کا ارتکاز جتنا زیادہ ہوگا، اس کی آئن چالکتا بھی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ تاہم، الیکٹرولائٹ میں لتیم آئنوں کا ارتکاز لتیم نمکیات کے ارتکاز سے قطعی طور پر منسلک نہیں ہے، بلکہ ایک پیرابولک شکل کی نمائش کرتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ سالوینٹس میں لتیم آئنوں کا ارتکاز سالوینٹ میں لتیم نمکیات کے انحراف اور ایسوسی ایشن کی طاقت پر منحصر ہے۔

• لتیم نمک الیکٹرولائٹ کا ایک اہم جزو ہے۔ الیکٹرولائٹ میں لیتھیم نمک نہ صرف محلول کی آئنک چالکتا کو بڑھا سکتا ہے بلکہ محلول میں Li+ کے پھیلاؤ کے فاصلے کو بھی کم کر سکتا ہے۔ عام طور پر، حل میں Li+ کا ارتکاز جتنا زیادہ ہوگا، اس کی آئنک چالکتا بھی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ تاہم، الیکٹرولائٹ میں لتیم آئن کا ارتکاز خطی طور پر لتیم نمک کے ارتکاز سے متعلق نہیں ہے، بلکہ پیرابولک ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ سالوینٹس میں لتیم آئنوں کا ارتکاز سالوینٹ میں لتیم نمک کے انحراف اور ایسوسی ایشن کی طاقت پر منحصر ہے۔

  
  

کم درجہ حرارت کے الیکٹرولائٹس پر تحقیق

کم درجہ حرارت کے الیکٹرولائٹ پر تحقیق

خود بیٹری کی ساخت کے علاوہ، عملی آپریشن میں عمل کے عوامل بھی بیٹری کی کارکردگی پر نمایاں اثر ڈال سکتے ہیں۔

خود بیٹری کی ساخت کے علاوہ، اصل آپریشن میں عمل کے عوامل بھی بیٹری کی کارکردگی پر بہت زیادہ اثر ڈالیں گے۔

(1) تیاری کا عمل۔ یعقوب وغیرہ۔ LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Graphite بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر الیکٹروڈ بوجھ اور کوٹنگ کی موٹائی کے اثر کا مطالعہ کیا اور پتہ چلا کہ صلاحیت برقرار رکھنے کے لحاظ سے، الیکٹروڈ کا بوجھ جتنا چھوٹا ہوگا اور کوٹنگ کی تہہ جتنی پتلی ہوگی، اتنا ہی بہتر ہوگا۔ کم درجہ حرارت کی کارکردگی

(1) تیاری کا عمل۔ Yaqub et al. ، بہتر کم درجہ حرارت کی کارکردگی .

(2) چارج اور ڈسچارج کی حیثیت. Petzl et al. بیٹریوں کی سائیکل لائف پر کم درجہ حرارت کی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے حالات کے اثرات کا مطالعہ کیا اور پتہ چلا کہ جب ڈسچارج کی گہرائی زیادہ ہوتی ہے، تو یہ صلاحیت میں نمایاں کمی کا باعث بنتی ہے اور سائیکل کی زندگی کو کم کرتی ہے۔

(2) چارج اور خارج ہونے والی حالت۔ Petzl et al. نے بیٹری سائیکل کی زندگی پر کم درجہ حرارت کے چارج اور خارج ہونے والی حالتوں کے اثرات کا مطالعہ کیا اور پایا کہ جب خارج ہونے والی گہرائی زیادہ ہوتی ہے، تو اس سے زیادہ صلاحیت کا نقصان ہوتا ہے اور سائیکل کی زندگی کم ہوتی ہے۔

(3) دیگر عوامل۔ سطح کا رقبہ، تاکنا کا سائز، الیکٹروڈ کی کثافت، الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان گیلا پن، اور الگ کرنے والا سبھی لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر مواد اور عمل کے نقائص کے اثرات کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔

(3) دیگر عوامل۔ سطح کا رقبہ، تاکنا کا سائز، الیکٹروڈ کی الیکٹروڈ کثافت، الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کی گیلی ہونے کی صلاحیت، اور الگ کرنے والا یہ سب لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، بیٹریوں کے کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر مواد اور عمل میں نقائص کے اثرات کو نظر انداز نہیں کیا جا سکتا۔

خلاصہ

خلاصہ کریں۔

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے، درج ذیل نکات کو اچھی طرح سے انجام دینے کی ضرورت ہے:

(1) ایک پتلی اور گھنی SEI فلم بنانا؛

(2) اس بات کو یقینی بنائیں کہ Li+کا فعال مادہ میں زیادہ پھیلاؤ کا گتانک ہے۔

(3) کم درجہ حرارت پر الیکٹرولائٹس میں اعلی آئنک چالکتا ہوتی ہے۔

اس کے علاوہ، تحقیق ایک مختلف نقطہ نظر اختیار کر سکتی ہے اور دوسری قسم کی لتیم آئن بیٹری پر توجہ مرکوز کر سکتی ہے - تمام ٹھوس حالت والی لتیم آئن بیٹریاں۔ روایتی لیتھیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں، تمام سالڈ سٹیٹ لیتھیم آئن بیٹریاں، خاص طور پر تمام سالڈ سٹیٹ پتلی فلم لیتھیم آئن بیٹریوں سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ کم درجہ حرارت پر استعمال ہونے والی بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی اور سائیکلنگ کی حفاظت کے مسائل کو مکمل طور پر حل کر لیں گے۔

لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو یقینی بنانے کے لیے، درج ذیل نکات پر عمل کرنے کی ضرورت ہے:

(1) ایک پتلی اور گھنی SEI فلم بنائیں۔

(2) اس بات کو یقینی بنائیں کہ فعال مواد میں Li+ کا ایک بڑا پھیلاؤ گتانک ہے۔

(3) الیکٹرولائٹ میں کم درجہ حرارت پر اعلی آئنک چالکتا ہے۔

اس کے علاوہ، تحقیق لیتھیم آئن بیٹری کی ایک اور قسم پر توجہ مرکوز کرنے کا ایک اور طریقہ بھی تلاش کر سکتی ہے۔ روایتی لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں، آل سالڈ سٹیٹ لتیم آئن بیٹریاں، خاص طور پر آل سالڈ سٹیٹ پتلی فلم لتیم آئن بیٹریوں سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ استعمال ہونے والی بیٹریوں کی صلاحیت میں کمی اور سائیکل سیفٹی کے مسائل کو مکمل طور پر حل کر دیں گی۔ کم درجہ حرارت.