લિથિયમ આયન બેટરી શું છે - ઉપકરણ અને પ્રકારો

ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની ગતિશીલતામાં મુખ્ય તત્વ રિચાર્જેબલ બેટરી (બેટરી) છે. તેમની સૌથી લાંબી શક્ય સ્વાયત્તતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે વધતી જતી માંગ આ ક્ષેત્રમાં સતત સંશોધનને ઉત્તેજીત કરે છે અને નવા તકનીકી ઉકેલોના ઉદભવ તરફ દોરી જાય છે.

વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી નિકલ-કેડમિયમ (Ni-Cd) અને નિકલ-મેટલ હાઇડ્રાઈડ (Ni-MH) બેટરી, એક વિકલ્પ દેખાયો - પ્રથમ લિથિયમ બેટરી, અને પછી વધુ અદ્યતન લિથિયમ-આયન બેટરી (લી-આયન).

ઇતિહાસ

આ પ્રકારની પ્રથમ બેટરી 1970 ના દાયકામાં દેખાઈ હતી. તેમની સુધારેલી લાક્ષણિકતાઓને કારણે તેઓ તરત જ માંગમાં બન્યા. કોષોનો એનોડ લિથિયમ ધાતુથી બનેલો હતો, જેનાં ગુણધર્મોએ ઊર્જા ઘનતામાં વધારો કરવાનું શક્ય બનાવ્યું હતું. આ રીતે લિથિયમ બેટરીઓ દેખાઈ.

નવી બેટરીઓમાં નોંધપાત્ર ખામી હતી - વિસ્ફોટ અને ઇગ્નીશનનું વધતું જોખમ. કારણ ઇલેક્ટ્રોડ્સની સપાટી પર લિથિયમ ફિલ્મની રચના હતી, જેના કારણે તાપમાનની સ્થિરતાનો ભંગ થયો હતો. મહત્તમ લોડના ક્ષણે, બેટરી વિસ્ફોટ કરી શકે છે.

ટેક્નોલોજીને શુદ્ધ કરવામાં આવી હતી, પરિણામે બેટરીના ઘટકોમાં શુદ્ધ લિથિયમનો ત્યાગ તેના હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા આયનોનો ઉપયોગ કરવાની તરફેણમાં થયો હતો.લિથિયમ-આયન બેટરી સફળ ઉકેલ સાબિત થઈ.

આ પ્રકારની આયન બેટરી વધુ સલામતી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે ઊર્જા ઘનતામાં થોડો ઘટાડો દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, પરંતુ સતત તકનીકી પ્રગતિએ આ સૂચકના નુકસાનને ઘટાડવાનું શક્ય બનાવ્યું છે.

ઉપકરણ

કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં લિથિયમ-આયન બેટરીની રજૂઆતને કાર્બન સામગ્રી (ગ્રેફાઇટ)ના કેથોડ અને કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડના એનોડ સાથેની બેટરીના વિકાસ સાથે સફળતા મળી છે.

બેટરીને ડિસ્ચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયામાં, લિથિયમ આયનોને કેથોડ સામગ્રીમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે અને વિપરીત ઇલેક્ટ્રોડના કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડમાં સામેલ કરવામાં આવે છે; ચાર્જિંગ દરમિયાન, પ્રક્રિયા વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે. આમ, લિથિયમ આયનો દ્વારા એક ઇલેક્ટ્રોડમાંથી બીજામાં જતા વિદ્યુત પ્રવાહનું સર્જન થાય છે.

લિ-આયન બેટરીઓ નળાકાર અને પ્રિઝમેટિક ડિઝાઇનમાં બનાવવામાં આવે છે. નળાકાર ડિઝાઇનમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-ઇમ્પ્રેગ્નેટેડ સામગ્રી દ્વારા અલગ કરાયેલા ફ્લેટ ઇલેક્ટ્રોડના બે રિબનને કોઇલ કરવામાં આવે છે અને સીલબંધ મેટલ કેસમાં મૂકવામાં આવે છે. કેથોડ સામગ્રી એલ્યુમિનિયમ ફોઇલ પર અને એનોડ સામગ્રી કોપર ફોઇલ પર લાગુ કરવામાં આવે છે.

બેટરીની પ્રિઝમેટિક ડિઝાઇન એકબીજાની ટોચ પર લંબચોરસ પ્લેટોને સ્ટેક કરીને મેળવવામાં આવે છે. બેટરીનો આ આકાર ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણના લેઆઉટને વધુ ગાઢ બનાવવાનું શક્ય બનાવે છે. પ્રિઝમેટિક બેટરીઓ કોઇલ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે પણ ઉપલબ્ધ છે, જે સર્પાકારમાં ટ્વિસ્ટેડ છે.

ઓપરેશન અને જીવન

લિથિયમ-આયન બેટરીનું લાંબું, સંપૂર્ણ અને સલામત સંચાલન શક્ય છે જો ઓપરેશનના નિયમોનું પાલન કરવામાં આવે, તો તેમની અવગણના કરવાથી ઉત્પાદનની સેવા જીવન માત્ર ઘટશે નહીં, પરંતુ નકારાત્મક પરિણામો પણ પરિણમી શકે છે.

ઓપરેશન

લિ-આયન બેટરીના સંચાલન માટેની મુખ્ય આવશ્યકતા તાપમાનની ચિંતા કરે છે - ઓવરહિટીંગને મંજૂરી આપશો નહીં. ઉચ્ચ તાપમાન મહત્તમ નુકસાન પહોંચાડી શકે છે, અને ઓવરહિટીંગ બાહ્ય સ્ત્રોત તેમજ બેટરીના તણાવપૂર્ણ ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ મોડને કારણે થઈ શકે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, 45°C સુધી ગરમ કરવાથી બેટરીની ચાર્જ-હોલ્ડિંગ ક્ષમતા 2 ના પરિબળથી ઓછી થાય છે. જ્યારે ઉપકરણ લાંબા સમય સુધી સૂર્યના સંપર્કમાં હોય અથવા ઊર્જા-સઘન એપ્લિકેશન ચલાવતા હોય ત્યારે આ તાપમાન સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે.

જો ઉત્પાદન વધુ ગરમ થાય છે, તો ભલામણ કરવામાં આવે છે કે તેને ઠંડી જગ્યાએ મૂકવામાં આવે, પ્રાધાન્યમાં બેટરી બંધ કરીને અને દૂર કરવામાં આવે.

ઉનાળાની ગરમીમાં બેટરીની કામગીરીને શ્રેષ્ઠ રીતે સાચવવા માટે, તમારે પાવર-સેવિંગ મોડનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ, જે મોટાભાગના મોબાઈલ ઉપકરણો પર ઉપલબ્ધ છે.

નીચા તાપમાનની આયન બેટરી પર પણ નકારાત્મક અસર પડે છે, -4°C થી નીચેના તાપમાને બેટરી હવે તેની સંપૂર્ણ શક્તિ આપી શકતી નથી.

પરંતુ ઠંડી એ Li-Ion બેટરીઓ માટે ઊંચા તાપમાન જેટલી ખરાબ નથી, અને મોટાભાગે તેને ઉલટાવી શકાય તેવું નુકસાન થતું નથી. ઓરડાના તાપમાને ગરમ થયા પછી બેટરીની કામગીરી સંપૂર્ણપણે પુનઃસ્થાપિત થાય છે તે હકીકત હોવા છતાં, ઠંડીમાં ક્ષમતામાં ઘટાડો ભૂલી જવું જોઈએ નહીં.

લિ-આયન બેટરીના સંચાલન માટે બીજી ભલામણ - તેમને ઊંડે વિસર્જિત કરવાની મંજૂરી આપશો નહીં. બેટરીની અગાઉની ઘણી પેઢીઓમાં મેમરી અસર હોય છે, જેને શૂન્ય સુધી ડિસ્ચાર્જ કરવાની જરૂર પડે છે અને ત્યારબાદ સંપૂર્ણ ચાર્જ થાય છે. લિ-આયન બેટરીમાં આ અસર હોતી નથી, અને છૂટાછવાયા સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જની કોઈ પ્રતિકૂળ અસર થતી નથી, પરંતુ સતત ડીપ ડિસ્ચાર્જ નુકસાનકારક હોય છે. એવી ભલામણ કરવામાં આવે છે કે ચાર્જર 30% ના ચાર્જિંગ સ્તરે જોડાયેલું હોય.

આજીવન

Li-Ion બેટરીનો અયોગ્ય ઉપયોગ તેમના જીવનને 10-12 ના પરિબળથી ટૂંકાવી શકે છે. આ જીવન ચાર્જિંગ ચક્રની સંખ્યા સાથે સીધું સંબંધિત છે. એવું માનવામાં આવે છે કે Li-Ion પ્રકારની બેટરી સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ સાથે 500 થી 1000 ચક્ર સુધી ટકી શકે છે. આગલા ચાર્જ પહેલાં બાકી રહેલા ચાર્જની ઊંચી ટકાવારી બેટરીની આવરદામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.

લિ-આયન બેટરીના સર્વિસ લાઇફની લંબાઈ ઓપરેટિંગ શરતો દ્વારા કોઈ નાના ભાગમાં નિર્ધારિત કરવામાં આવતી નથી, તેથી આ બેટરીઓ માટે ચોક્કસ આયુષ્ય આપવું અશક્ય છે.સરેરાશ, જો જરૂરી નિયમોનું પાલન કરવામાં આવે તો તમે આ પ્રકારની બેટરી 7-10 વર્ષ ચાલશે તેવી અપેક્ષા રાખી શકો છો.

ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા

ચાર્જ કરતી વખતે વધુ પડતા સમય માટે બેટરીને ચાર્જરમાં પ્લગ કરવાનું ટાળો. લિથિયમ-આયન બેટરી 3.6 વોલ્ટથી વધુ ન હોય તેવા વોલ્ટેજ સાથે સામાન્ય રીતે કાર્ય કરશે. બેટરી ચાર્જર ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન બેટરીને 4.2 વોલ્ટ સપ્લાય કરશે. જો ચાર્જિંગનો સમય ઓળંગાઈ જાય, તો બેટરીમાં અનિચ્છનીય ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ થઈ શકે છે, જે આગામી તમામ પરિણામો સાથે ઓવરહિટીંગ તરફ દોરી જશે.

વિકાસકર્તાઓએ આવી સુવિધાને ધ્યાનમાં લીધી છે - આધુનિક લિ-આયન બેટરીના ચાર્જિંગની સલામતી એક વિશિષ્ટ બિલ્ટ-ઇન ઉપકરણ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે જે જો વોલ્ટેજ અનુમતિપાત્ર સ્તર કરતાં વધી જાય તો ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાને અટકાવે છે.

લિથિયમ બેટરી માટે, બે-સ્ટેજ ચાર્જિંગ પદ્ધતિ તેમને ચાર્જ કરવાની સાચી રીત છે. પ્રથમ તબક્કો સતત ચાર્જિંગ કરંટ આપીને બેટરીને ચાર્જ કરવાનો છે, બીજો તબક્કો સતત વોલ્ટેજ પ્રદાન કરવાનો છે અને ધીમે ધીમે ચાર્જિંગ કરંટને ઘટાડવો છે. આ એલ્ગોરિધમ મોટાભાગના ઘરગથ્થુ ચાર્જરમાં લાગુ કરાયેલ હાર્ડવેર છે.

સંગ્રહ અને નિકાલ

લિથિયમ-આયન બેટરીને લાંબા સમય સુધી સંગ્રહિત કરી શકાય છે, સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દર વર્ષે 10-20% છે. પરંતુ તે જ સમયે ઉત્પાદનની લાક્ષણિકતાઓ (અધોગતિ) માં ધીમે ધીમે ઘટાડો થાય છે.

આવી બેટરીને ભેજ-સાબિતી જગ્યાએ +5 ... +25°C પર સંગ્રહિત કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે. મજબૂત સ્પંદનો, આંચકા અને ખુલ્લી જ્યોતની નિકટતા અસ્વીકાર્ય છે.

લિથિયમ-આયન કોષોની રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયા યોગ્ય લાયસન્સ ધરાવતી વિશિષ્ટ સુવિધાઓ પર હાથ ધરવામાં આવવી જોઈએ. નવી બેટરીના ઉત્પાદનમાં રિસાયકલ કરેલી બેટરીની લગભગ 80% સામગ્રીનો ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે.

સલામતી

લિથિયમ-આયન બેટરી, તેના લઘુચિત્ર કદમાં પણ, વિસ્ફોટક સ્વ-ઇગ્નીશનનું જોખમ વહન કરે છે.આ પ્રકારની બેટરીની આવી વિશિષ્ટતાને ડિઝાઇનથી ઉત્પાદન અને સંગ્રહ સુધીના તમામ તબક્કે સલામતીનાં પગલાંની જરૂર છે.

લિ-આયન બેટરીની સલામતી સુધારવા માટે, ઉત્પાદન દરમિયાન તેમના કેસમાં એક નાનું ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ બોર્ડ, ઓવરલોડિંગ અને ઓવરહિટીંગને રોકવા માટે રચાયેલ નિયંત્રણ અને વ્યવસ્થાપન સિસ્ટમ મૂકવામાં આવે છે. જ્યારે તાપમાન પૂર્વનિર્ધારિત મર્યાદાથી ઉપર વધે છે ત્યારે ઈલેક્ટ્રોનિક મિકેનિઝમ સર્કિટનો પ્રતિકાર વધારે છે. કેટલાક બેટરી મોડલમાં બિલ્ટ-ઇન મિકેનિકલ સ્વીચ હોય છે જે જ્યારે બેટરીની અંદરનું દબાણ વધે છે ત્યારે સર્કિટ તોડી નાખે છે.

ઉપરાંત, બેટરીના કેસીંગમાં ઘણીવાર સલામતી વાલ્વ હોય છે જે કટોકટીની સ્થિતિમાં દબાણથી રાહત આપે છે.

લિથિયમ બેટરીના ફાયદા અને ગેરફાયદા

આ પ્રકારની બેટરીના ફાયદા છે:

• ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા;
• કોઈ મેમરી અસર નથી;
• લાંબી સેવા જીવન;
• નીચા સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દર;
• જાળવણીની જરૂર નથી;
• પ્રમાણમાં વિશાળ તાપમાન શ્રેણીમાં અપરિવર્તિત ઓપરેટિંગ પરિમાણોની ખાતરી કરવી.

લિથિયમ બેટરીમાં પણ ગેરફાયદા છે, જેમ કે:

• સ્વયંસ્ફુરિત કમ્બશનનું જોખમ;
• તેના પુરોગામી કરતાં ઊંચી કિંમત;
• બિલ્ટ-ઇન કંટ્રોલરની જરૂરિયાત;
• ઊંડા સ્રાવની અનિચ્છનીયતા.

લિ-આયન બેટરીના ઉત્પાદનની ટેક્નોલોજી સતત સુધરી રહી છે, ઘણી બધી ખામીઓ ધીમે ધીમે ભૂતકાળ બની રહી છે.

અરજીઓ

લિથિયમ-આયન બેટરીના ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા સૂચક તેમના એપ્લિકેશનના મુખ્ય ક્ષેત્રને નિર્ધારિત કરે છે - મોબાઇલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો: લેપટોપ, ટેબ્લેટ, સ્માર્ટફોન, કેમકોર્ડર, કેમેરા, નેવિગેશન સિસ્ટમ્સ, વિવિધ બિલ્ટ-ઇન સેન્સર અને અન્ય સંખ્યાબંધ ઉત્પાદનો.

આ બેટરીઓના નળાકાર સ્વરૂપના પરિબળનું અસ્તિત્વ તેમને ફ્લેશલાઇટ, લેન્ડલાઇન ફોન અને અન્ય ઉપકરણોમાં ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે જે અગાઉ નિકાલજોગ બેટરીમાંથી ઉર્જાનો વપરાશ કરતા હતા.

બેટરીના નિર્માણના લિથિયમ-આયન સિદ્ધાંતમાં ઘણી જાતો છે, જે વપરાયેલી સામગ્રીના પ્રકારમાં ભિન્ન છે (લિથિયમ-કોબાલ્ટ, લિથિયમ-મેંગેનીઝ, લિથિયમ-નિકલ-મેંગેનીઝ-કોબાલ્ટ-ઓક્સાઇડ, વગેરે). તેમાંના દરેક તેના પોતાના એપ્લિકેશનના ક્ષેત્રને શોધે છે.

મોબાઇલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉપરાંત, લિથિયમ-આયન બેટરી જૂથનો ઉપયોગ નીચેની એપ્લિકેશનોમાં થાય છે:

• હાથથી પકડેલા પાવર ટૂલ્સ;
• પોર્ટેબલ તબીબી સાધનો;
• અવિરત વીજ પુરવઠો;
• સુરક્ષા સિસ્ટમો;
• કટોકટી લાઇટિંગ મોડ્યુલો;
• સૌર ઊર્જા મથકો;
• ઇલેક્ટ્રિક કાર અને ઇલેક્ટ્રિક સાયકલ.

લિથિયમ-આયન ટેક્નોલોજીમાં સતત સુધારા અને નાના કદમાં ઉચ્ચ ક્ષમતાની બેટરી બનાવવાની સફળતાઓને જોતાં, અમે આવી બેટરીના ઉપયોગના વિસ્તરણની આગાહી કરી શકીએ છીએ.

લેબલીંગ

લિથિયમ-આયન બેટરીઓ બેટરીના બાહ્ય કેસીંગ પર ચિહ્નિત થયેલ છે, અને કદના આધારે કોડિંગ મોટા પ્રમાણમાં બદલાઈ શકે છે. બૅટરી માર્કિંગના તમામ ઉત્પાદકો માટે એક જ ધોરણ હજી વિકસિત કરવામાં આવ્યું નથી, પરંતુ તમારા પોતાના પર સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિમાણોને સમજવું હજી પણ શક્ય છે.

લીટીમાંના અક્ષરો કોષનો પ્રકાર અને વપરાયેલી સામગ્રી સૂચવે છે: પ્રથમ અક્ષર I લિથિયમ-આયન તકનીક સૂચવે છે, પછીનો અક્ષર (C, M, F અથવા N) રાસાયણિક રચનાને સ્પષ્ટ કરે છે, ત્રીજા અક્ષર R નો અર્થ છે કે સેલ રિચાર્જેબલ છે.

કદના હોદ્દામાંની સંખ્યાઓ મિલીમીટરમાં બેટરીનું કદ સૂચવે છે: પ્રથમ બે સંખ્યા વ્યાસ અને બે અન્ય લંબાઈ દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 18650 સૂચવે છે કે વ્યાસ 18 mm છે અને લંબાઈ 65 mm છે, 0 એ નળાકાર સ્વરૂપનું પરિબળ સૂચવે છે.

પંક્તિમાં છેલ્લા અક્ષરો અને સંખ્યાઓ ઉત્પાદક-વિશિષ્ટ ક્ષમતા ચિહ્નો છે. ઉત્પાદનની તારીખ સૂચવવા માટે કોઈ સમાન ધોરણો પણ નથી.

સંબંધિત લેખો: