लिथियम आयन बैटरी क्या है - डिवाइस और प्रकार

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की गतिशीलता का एक प्रमुख तत्व रिचार्जेबल बैटरी (एसीबी) है। उनकी सबसे लंबी स्वायत्तता सुनिश्चित करने की बढ़ती मांग इस क्षेत्र में निरंतर अनुसंधान को प्रोत्साहित करती है और नए तकनीकी समाधानों के उद्भव की ओर ले जाती है।

व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली निकेल-कैडमियम (Ni-Cd) और निकल-मेटल हाइड्राइड (Ni-MH) बैटरियों में एक विकल्प होता है - पहले लिथियम बैटरी, और फिर अधिक उन्नत लिथियम-आयन (Li-आयन) बैटरी।

उपस्थिति का इतिहास

पहली ऐसी बैटरी 70 के दशक में दिखाई दी। पीछ्ली शताब्दी। अधिक उन्नत विशेषताओं के कारण उन्हें तुरंत मांग प्राप्त हुई। तत्वों का एनोड धातु लिथियम से बना था, जिसके गुणों ने विशिष्ट ऊर्जा को बढ़ाना संभव बना दिया। इस तरह लिथियम बैटरी का जन्म हुआ।

नई बैटरियों में एक महत्वपूर्ण खामी थी - विस्फोट और प्रज्वलन का एक बढ़ा जोखिम।इसका कारण इलेक्ट्रोड की सतह पर लिथियम फिल्म का निर्माण था, जिससे तापमान स्थिरता का उल्लंघन हुआ। अधिकतम लोड के समय, बैटरी फट सकती है।

प्रौद्योगिकी के शोधन ने बैटरी घटकों में अपने सकारात्मक चार्ज आयनों का उपयोग करने के पक्ष में शुद्ध लिथियम को त्याग दिया है। लिथियम-आयन बैटरी एक अच्छा समाधान साबित हुई।

इस प्रकार की आयन बैटरी को उच्च सुरक्षा की विशेषता है, जो ऊर्जा घनत्व में मामूली कमी की कीमत पर प्राप्त की जाती है, लेकिन निरंतर तकनीकी प्रगति ने इस सूचक में नुकसान को कम करना संभव बना दिया है।

उपकरण

कार्बन सामग्री (ग्रेफाइट) कैथोड और कोबाल्ट ऑक्साइड एनोड वाली बैटरी के विकास के बाद उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में लिथियम-आयन बैटरी की शुरूआत को एक सफलता मिली।

बैटरी डिस्चार्ज की प्रक्रिया में, लिथियम आयनों को कैथोड सामग्री से हटा दिया जाता है और विपरीत इलेक्ट्रोड के कोबाल्ट ऑक्साइड में शामिल किया जाता है; चार्ज करते समय, प्रक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है। इस प्रकार, लिथियम आयन एक विद्युत प्रवाह बनाते हैं, जो एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में जाता है।

ली-आयन बैटरियों का उत्पादन बेलनाकार और प्रिज्मीय संस्करणों में किया जाता है। एक बेलनाकार संरचना में, इलेक्ट्रोलाइट-गर्भवती सामग्री द्वारा अलग किए गए फ्लैट इलेक्ट्रोड के दो रिबन को लुढ़काया जाता है और एक मुहरबंद धातु के मामले में रखा जाता है। कैथोड सामग्री एल्यूमीनियम पन्नी पर जमा होती है, और एनोड सामग्री तांबे की पन्नी पर जमा होती है।

एक दूसरे के ऊपर आयताकार प्लेटों को ढेर करके एक प्रिज्मीय बैटरी डिजाइन प्राप्त किया जाता है। बैटरी का यह आकार इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के लेआउट को और अधिक सघन बनाना संभव बनाता है। एक सर्पिल में घुमाए गए रोल किए गए इलेक्ट्रोड के साथ प्रिज्मीय बैटरी भी उत्पादित की जाती हैं।

संचालन और सेवा जीवन

लिथियम-आयन बैटरी का लंबा, पूर्ण और सुरक्षित संचालन संभव है यदि ऑपरेटिंग नियमों का पालन किया जाता है, तो उनकी उपेक्षा करने से न केवल उत्पाद का जीवन छोटा होगा, बल्कि नकारात्मक परिणाम भी हो सकते हैं।

शोषण

ली-आयन बैटरियों के संचालन के लिए मुख्य आवश्यकता तापमान से संबंधित है - ओवरहीटिंग की अनुमति नहीं दी जानी चाहिए। उच्च तापमान अधिकतम नुकसान पहुंचा सकता है, और अत्यधिक गर्म होने का कारण बाहरी स्रोत और बैटरी को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के तनावपूर्ण तरीके दोनों हो सकते हैं।

उदाहरण के लिए, 45°C तक गर्म करने से बैटरी चार्ज करने की क्षमता 2 गुना कम हो जाती है। यह तापमान तब आसानी से पहुंच जाता है जब डिवाइस लंबे समय तक सूर्य के संपर्क में रहता है या ऊर्जा-गहन अनुप्रयोगों को चला रहा होता है।

यदि उत्पाद ज़्यादा गरम हो जाता है, तो इसे ठंडे स्थान पर रखने की सिफारिश की जाती है, इसे बंद करना और बैटरी को निकालना बेहतर होता है।

गर्मी की गर्मी में सर्वश्रेष्ठ बैटरी प्रदर्शन के लिए, आपको ऊर्जा-बचत मोड का उपयोग करना चाहिए, जो कि अधिकांश मोबाइल उपकरणों पर उपलब्ध है।

कम तापमान का आयन बैटरी पर भी नकारात्मक प्रभाव पड़ता है; -4 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर, बैटरी अब पूरी शक्ति प्रदान नहीं कर सकती है।

लेकिन ठंड उच्च तापमान के रूप में ली-आयन बैटरी के लिए हानिकारक नहीं है, और अक्सर स्थायी क्षति नहीं होती है। इस तथ्य के बावजूद कि कमरे के तापमान तक गर्म होने के बाद, बैटरी के काम करने वाले गुण पूरी तरह से बहाल हो जाते हैं, आपको ठंड में क्षमता में कमी के बारे में नहीं भूलना चाहिए।

ली-आयन बैटरियों के उपयोग के लिए एक और सिफारिश है कि उन्हें गहराई से डिस्चार्ज होने से रोका जाए। कई पुरानी पीढ़ी की बैटरियों में एक स्मृति प्रभाव होता था जिसके लिए उन्हें शून्य पर डिस्चार्ज करने और फिर पूरी तरह चार्ज करने की आवश्यकता होती थी।ली-आयन बैटरी का यह प्रभाव नहीं होता है, और पूर्ण निर्वहन के पृथक मामलों में नकारात्मक परिणाम नहीं होते हैं, लेकिन लगातार गहरा निर्वहन हानिकारक होता है। चार्ज स्तर 30% होने पर चार्जर को कनेक्ट करने की अनुशंसा की जाती है।

जीवन काल

ली-आयन बैटरी के अनुचित संचालन से उनकी सेवा का जीवन 10-12 गुना कम हो सकता है। यह अवधि सीधे चार्जिंग चक्रों की संख्या पर निर्भर करती है। ऐसा माना जाता है कि ली-आयन प्रकार की बैटरी पूर्ण निर्वहन को ध्यान में रखते हुए 500 से 1000 चक्रों का सामना कर सकती है। अगले चार्ज से पहले शेष चार्ज का एक उच्च प्रतिशत बैटरी जीवन में काफी वृद्धि करता है।

चूंकि ली-आयन बैटरी जीवन की अवधि काफी हद तक परिचालन स्थितियों से निर्धारित होती है, इसलिए इन बैटरियों के लिए एक सटीक सेवा जीवन देना असंभव है। यदि आवश्यक नियमों का पालन किया जाए तो औसतन इस प्रकार की बैटरी 7-10 वर्षों तक चलने की उम्मीद की जा सकती है।

चार्जिंग प्रक्रिया

चार्ज करते समय, बैटरी को चार्जर से अत्यधिक लंबे समय तक जोड़ने से बचें। लिथियम-आयन बैटरी का सामान्य संचालन 3.6 V से अधिक वोल्टेज पर नहीं होता है। चार्जर चार्जिंग के दौरान बैटरी इनपुट को 4.2 V की आपूर्ति करते हैं। यदि चार्ज समय पार हो जाता है, तो बैटरी में अवांछित विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं शुरू हो सकती हैं, जिससे ओवरहीटिंग हो सकती है सभी आगामी परिणामों के साथ।

डेवलपर्स ने इस तरह की सुविधा को ध्यान में रखा - आधुनिक ली-आयन बैटरी के चार्ज की सुरक्षा को एक विशेष अंतर्निहित डिवाइस द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो वोल्टेज अनुमेय स्तर से ऊपर उठने पर चार्जिंग प्रक्रिया को रोकता है।

लिथियम बैटरी के लिए, दो-चरण चार्जिंग विधि सही है।पहले चरण में, बैटरी को चार्ज किया जाना चाहिए, निरंतर चार्जिंग चालू प्रदान करना, दूसरे चरण को निरंतर वोल्टेज और चार्जिंग चालू में क्रमिक कमी के साथ किया जाना चाहिए। अधिकांश घरेलू चार्जर्स में हार्डवेयर में ऐसा एल्गोरिदम लागू किया जाता है।

भंडारण और निपटान

लिथियम-आयन बैटरी को लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है, स्व-निर्वहन प्रति वर्ष 10-20% है। लेकिन साथ ही, उत्पाद की विशेषताओं (गिरावट) में धीरे-धीरे कमी आती है।

ऐसी बैटरियों को नमी से सुरक्षित जगह पर +5 ... + 25 ° के तापमान पर स्टोर करने की सलाह दी जाती है। मजबूत कंपन, प्रभाव और खुली लौ से निकटता अस्वीकार्य है।

लिथियम-आयन कोशिकाओं के पुनर्चक्रण की प्रक्रिया विशेष उद्यमों में की जानी चाहिए जिनके पास उपयुक्त लाइसेंस है। नई बैटरियों के निर्माण में पुनर्नवीनीकरण बैटरियों से लगभग 80% सामग्री का पुन: उपयोग किया जा सकता है।

सुरक्षा

लिथियम-आयन बैटरी, यहां तक ​​कि छोटे आकार की भी, विस्फोटक स्वतःस्फूर्त दहन के जोखिम से भरी होती है। इस प्रकार की बैटरी की इस विशेषता के लिए विकास से लेकर उत्पादन और भंडारण तक, सभी चरणों में सुरक्षा उपायों के अनुपालन की आवश्यकता होती है।

निर्माण के दौरान ली-आयन बैटरी की सुरक्षा में सुधार करने के लिए, उनके मामले में एक छोटा इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड रखा गया है - एक निगरानी और नियंत्रण प्रणाली जिसे ओवरलोड और ओवरहीटिंग को खत्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक इलेक्ट्रॉनिक तंत्र सर्किट के प्रतिरोध को बढ़ाता है जब तापमान पूर्व निर्धारित सीमा से ऊपर बढ़ जाता है। कुछ बैटरी मॉडल में एक अंतर्निर्मित यांत्रिक स्विच होता है जो बैटरी के अंदर दबाव बढ़ने पर सर्किट को तोड़ देता है।

इसके अलावा, आपात स्थिति में दबाव को दूर करने के लिए बैटरी के मामलों में अक्सर एक सुरक्षा वाल्व स्थापित किया जाता है।

लिथियम बैटरी के पेशेवरों और विपक्ष

इस प्रकार की बैटरी के फायदे हैं:

• उच्च ऊर्जा घनत्व;
• कोई स्मृति प्रभाव नहीं;
• लंबी सेवा जीवन;
• कम स्व-निर्वहन दर;
• रखरखाव की कोई आवश्यकता नहीं है;
• अपेक्षाकृत विस्तृत तापमान सीमा पर निरंतर ऑपरेटिंग पैरामीटर सुनिश्चित करना।

इसमें लिथियम बैटरी और नुकसान हैं, ये हैं:

• सहज दहन का जोखिम;
• अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक लागत;
• एक अंतर्निहित नियंत्रक की आवश्यकता;
• गहरे निर्वहन की अवांछनीयता।

ली-आयन बैटरी के उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकियों में लगातार सुधार किया जा रहा है, कई कमियां धीरे-धीरे अतीत की बात होती जा रही हैं।

आवेदन क्षेत्र

लिथियम-आयन बैटरी का उच्च ऊर्जा घनत्व उनके आवेदन के मुख्य क्षेत्र को निर्धारित करता है - मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण: लैपटॉप, टैबलेट, स्मार्टफोन, वीडियो कैमरा, कैमरा, नेविगेशन सिस्टम, विभिन्न अंतर्निहित सेंसर और कई अन्य उत्पाद।

इन बैटरियों के बेलनाकार रूप कारक का अस्तित्व उन्हें फ्लैशलाइट, लैंडलाइन फोन और अन्य उपकरणों में उपयोग करने की अनुमति देता है जो पहले डिस्पोजेबल बैटरी से बिजली की खपत करते थे।

बैटरी के निर्माण के लिथियम-आयन सिद्धांत में कई किस्में हैं, प्रकार उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के प्रकार (लिथियम-कोबाल्ट, लिथियम-मैंगनीज, लिथियम-निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट-ऑक्साइड, आदि) में भिन्न होते हैं। उनमें से प्रत्येक का अपना दायरा है।

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स के अलावा, निम्नलिखित क्षेत्रों में लिथियम-आयन बैटरी के एक समूह का उपयोग किया जाता है:

• हाथ से चलने वाले बिजली उपकरण;
• पोर्टेबल चिकित्सा उपकरण;
• बिना अवरोध के साथ बिजली की आपूर्ति;
• सुरक्षा प्रणालियां;
• आपातकालीन प्रकाश मॉड्यूल;
• सौर ऊर्जा संचालित स्टेशन;
• इलेक्ट्रिक वाहन और इलेक्ट्रिक साइकिल।

लिथियम-आयन प्रौद्योगिकी के निरंतर सुधार और छोटे आकार के साथ उच्च क्षमता वाली बैटरी बनाने में सफलता को ध्यान में रखते हुए, ऐसी बैटरी के लिए अनुप्रयोगों के विस्तार की भविष्यवाणी करना संभव है।

अंकन

लिथियम-आयन बैटरी के पैरामीटर उत्पाद के शरीर पर मुद्रित होते हैं, जबकि उपयोग की जाने वाली कोडिंग विभिन्न आकारों के लिए काफी भिन्न हो सकती है। सभी निर्माताओं के लिए एक एकल बैटरी लेबलिंग मानक अभी तक विकसित नहीं किया गया है, लेकिन अभी भी सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों का पता लगाना संभव है।

अंकन रेखा के अक्षर सेल के प्रकार और प्रयुक्त सामग्री को इंगित करते हैं: पहला अक्षर I का अर्थ लिथियम-आयन तकनीक है, अगला अक्षर (C, M, F या N) रासायनिक संरचना को निर्दिष्ट करता है, तीसरा अक्षर R का अर्थ है कि सेल रिचार्जेबल (रिचार्जेबल) है।

आकार के नाम की संख्या मिलीमीटर में बैटरी के आकार को दर्शाती है: पहले दो नंबर व्यास हैं, और अन्य दो लंबाई हैं। उदाहरण के लिए, 18650 18 मिमी के व्यास और 65 मिमी की लंबाई को इंगित करता है, 0 एक बेलनाकार रूप कारक को इंगित करता है।

श्रृंखला में अंतिम अक्षर और संख्या प्रत्येक निर्माता के लिए विशिष्ट कंटेनर चिह्न हैं। निर्माण की तारीख को इंगित करने के लिए कोई समान मानक भी नहीं हैं।

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