लिथियम आयन बैटरी क्या है - डिवाइस और प्रकार

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की गतिशीलता में प्रमुख तत्व रिचार्जेबल बैटरी (बैटरी) है। उनकी सबसे लंबी संभव 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।

निकेल-कैडमियम (Ni-Cd) और निकल-मेटल हाइड्राइड (Ni-MH) बैटरी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, एक विकल्प दिखाई दिया - पहले लिथियम बैटरी, और फिर अधिक उन्नत लिथियम-आयन बैटरी (Li-ion)।

इतिहास

इस तरह की पहली बैटरी 1970 के दशक में दिखाई दी। वे अपनी बेहतर विशेषताओं के कारण तुरंत मांग में आ गए। कोशिकाओं का एनोड लिथियम धातु से बना था, जिसके गुणों ने ऊर्जा घनत्व को बढ़ाना संभव बना दिया। इस तरह लिथियम बैटरी दिखाई दी।

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

प्रौद्योगिकी को परिष्कृत किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी घटकों में शुद्ध लिथियम को इसके सकारात्मक चार्ज आयनों का उपयोग करने के पक्ष में छोड़ दिया गया था।लिथियम-आयन बैटरी एक सफल समाधान साबित हुई।

इस प्रकार की आयन बैटरी को अधिक सुरक्षा की विशेषता है, जो ऊर्जा घनत्व में थोड़ी कमी से प्राप्त होती है, लेकिन निरंतर तकनीकी प्रगति ने इस सूचक के नुकसान को कम करना संभव बना दिया है।

उपकरण

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में लिथियम-आयन बैटरी की शुरूआत ने कार्बन सामग्री (ग्रेफाइट) के कैथोड और कोबाल्ट ऑक्साइड के एनोड के साथ बैटरी के विकास के साथ एक सफलता प्राप्त की है।

बैटरी को डिस्चार्ज करने की प्रक्रिया में, लिथियम आयनों को कैथोड सामग्री से हटा दिया जाता है और विपरीत इलेक्ट्रोड के कोबाल्ट ऑक्साइड में शामिल किया जाता है; चार्जिंग के दौरान, प्रक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है। इस प्रकार, एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में जाने वाले लिथियम आयनों द्वारा विद्युत प्रवाह बनाया जाता है।

ली-आयन बैटरियों को बेलनाकार और प्रिज्मीय डिजाइनों में बनाया जाता है। बेलनाकार डिजाइन में, इलेक्ट्रोलाइट-गर्भवती सामग्री द्वारा अलग किए गए फ्लैट इलेक्ट्रोड के दो रिबन को कुंडलित किया जाता है और एक सील धातु के मामले में रखा जाता है। कैथोड सामग्री को एल्यूमीनियम पन्नी पर और एनोड सामग्री को तांबे की पन्नी पर लगाया जाता है।

बैटरी का प्रिज्मीय डिजाइन आयताकार प्लेटों को एक दूसरे के ऊपर रखकर प्राप्त किया जाता है। बैटरी का यह आकार इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के लेआउट को और अधिक सघन बनाना संभव बनाता है। प्रिज्मीय बैटरियां कुंडलित इलेक्ट्रोड के साथ भी उपलब्ध हैं, जिन्हें एक सर्पिल में घुमाया जाता है।

संचालन और जीवन

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

संचालन

ली-आयन बैटरी के संचालन के लिए मुख्य आवश्यकता तापमान से संबंधित है - अधिक गरम न होने दें। उच्च तापमान अधिकतम क्षति का कारण बन सकता है, और अत्यधिक गर्मी बाहरी स्रोत के साथ-साथ बैटरी के तनावपूर्ण चार्जिंग और डिस्चार्जिंग मोड के कारण हो सकती है।

उदाहरण के लिए, 45 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने से बैटरी की चार्ज-होल्डिंग क्षमता 2 के कारक से कम हो जाती है। यह तापमान आसानी से तब प्राप्त होता है जब डिवाइस लंबे समय तक सूर्य के संपर्क में रहता है या ऊर्जा-गहन अनुप्रयोग चला रहा होता है।

यदि उत्पाद ज़्यादा गरम हो जाता है, तो यह अनुशंसा की जाती है कि इसे ठंडे स्थान पर रखा जाए, अधिमानतः बैटरी बंद करके और हटाकर।

गर्मी की गर्मी में बैटरी के प्रदर्शन को सर्वोत्तम रूप से संरक्षित करने के लिए, आपको पावर-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 अपनी पूरी शक्ति नहीं दे सकती है।

लेकिन ली-आयन बैटरी के लिए ठंड उतनी खराब नहीं है जितनी उच्च तापमान, और अक्सर अपरिवर्तनीय क्षति नहीं होती है। इस तथ्य के बावजूद कि कमरे के तापमान तक गर्म होने के बाद बैटरी का प्रदर्शन पूरी तरह से बहाल हो जाता है, ठंड में क्षमता में कमी को नहीं भूलना चाहिए।

ली-आयन बैटरी के संचालन के लिए एक और सिफारिश - उन्हें गहराई से छुट्टी देने की अनुमति न दें। पिछली कई पीढ़ियों की बैटरियों में स्मृति प्रभाव था, जिसके लिए एक पूर्ण चार्ज के बाद शून्य पर डिस्चार्ज की आवश्यकता होती थी। ली-आयन बैटरियों का यह प्रभाव नहीं होता है, और छिटपुट पूर्ण निर्वहन का कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता है, लेकिन निरंतर गहरे निर्वहन हानिकारक होते हैं। यह अनुशंसा की जाती है कि चार्जर को 30% के चार्जिंग स्तर पर जोड़ा जाए।

जीवन काल

ली-आयन बैटरियों का अनुचित उपयोग उनके जीवन को 10-12 के कारक से छोटा कर सकता है। यह जीवन सीधे चार्जिंग चक्रों की संख्या से संबंधित है। ऐसा माना जाता है कि ली-आयन प्रकार की बैटरी पूर्ण निर्वहन के साथ 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 की सेवा जीवन की लंबाई परिचालन स्थितियों से किसी भी छोटे हिस्से में निर्धारित नहीं होती है, इसलिए इन बैटरी के लिए सटीक जीवन प्रत्याशा देना असंभव है।यदि आवश्यक नियमों का पालन किया जाता है, तो औसतन, आप इस प्रकार की बैटरी 7-10 वर्षों तक चलने की उम्मीद कर सकते हैं।

चार्जिंग प्रक्रिया

चार्ज करते समय बैटरी को अधिक समय तक चार्जर में प्लग करने से बचें। लिथियम-आयन बैटरी सामान्य रूप से 3.6 वोल्ट से अधिक के वोल्टेज के साथ काम करेगी। बैटरी चार्जर चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान बैटरी को 4.2 वोल्ट की आपूर्ति करेगा। यदि चार्जिंग समय पार हो गया है, तो बैटरी में अवांछनीय विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं शुरू हो सकती हैं, जिससे सभी आगामी परिणामों के साथ अति ताप हो जाएगा।

डेवलपर्स ने इस तरह की सुविधा को ध्यान में रखा है - आधुनिक ली-आयन बैटरी चार्ज करने की सुरक्षा एक विशेष अंतर्निहित डिवाइस द्वारा नियंत्रित होती है जो वोल्टेज अनुमेय स्तर से अधिक होने पर चार्जिंग प्रक्रिया को रोक देती है।

लिथियम बैटरी के लिए, दो चरणों वाली चार्जिंग विधि उन्हें चार्ज करने का सही तरीका है। पहला चरण निरंतर चार्जिंग करंट प्रदान करके बैटरी को चार्ज करना है, दूसरा चरण एक निरंतर वोल्टेज प्रदान करना है और धीरे-धीरे चार्जिंग करंट को कम करना है। यह एल्गोरिथम अधिकांश घरेलू चार्जर्स में लागू हार्डवेयर है।

भंडारण और निपटान

लिथियम-आयन बैटरी को काफी 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 बैटरी को +5 ... +25°C पर नमी-रहित स्थान पर रखने की अनुशंसा की जाती है। मजबूत कंपन, झटके और खुली लौ से निकटता अस्वीकार्य है।

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

सुरक्षा

लिथियम-आयन बैटरी, अपने छोटे आकार में भी, विस्फोटक आत्म-प्रज्वलन का जोखिम उठाती है।इस प्रकार की बैटरी की इस तरह की ख़ासियत के लिए डिज़ाइन से लेकर उत्पादन और भंडारण तक, सभी चरणों में सुरक्षा उपायों की आवश्यकता होती है।

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

इसके अलावा, बैटरी केसिंग में अक्सर एक सुरक्षा वाल्व होता है जो आपात स्थिति में दबाव से राहत देता 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 आवश्यकता नहीं है;
• अपेक्षाकृत विस्तृत तापमान रेंज में अपरिवर्तित ऑपरेटिंग पैरामीटर सुनिश्चित करना।

लिथियम बैटरी के भी नुकसान हैं, जैसे:

• 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 की तकनीक में लगातार सुधार हो रहा है, कई कमियां धीरे-धीरे अतीत की बात होती जा रही हैं।

अनुप्रयोग

लिथियम-आयन बैटरी का उच्च ऊर्जा घनत्व संकेतक उनके आवेदन के मुख्य क्षेत्र को निर्धारित करता है - मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण: लैपटॉप, टैबलेट, स्मार्टफोन, कैमकोर्डर, 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 ऊर्जा की खपत करते थे।

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

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स के अलावा, लिथियम-आयन बैटरी समूह का उपयोग निम्नलिखित अनुप्रयोगों में 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 स्टेशन;
• इलेक्ट्रिक कार और इलेक्ट्रिक साइकिल।

लिथियम-आयन प्रौद्योगिकी में निरंतर सुधार और छोटे आकार में उच्च क्षमता की बैटरी बनाने में सफलताओं को देखते हुए, हम ऐसी बैटरियों के उपयोग के विस्तार की भविष्यवाणी कर सकते हैं।

लेबलिंग

लिथियम-आयन बैटरी को बैटरी के बाहरी आवरण पर चिह्नित किया जाता है, और आकार के आधार पर कोडिंग बहुत भिन्न हो सकती है। बैटरी मार्किंग के सभी निर्माताओं के लिए एक एकल मानक अभी तक विकसित नहीं किया गया है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों को स्वयं समझना अभी भी संभव है।

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

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

पंक्ति में अंतिम अक्षर और संख्या निर्माता-विशिष्ट क्षमता चिह्न हैं। निर्माण की तारीख को इंगित करने के लिए कोई समान मानक भी नहीं हैं।

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