लिथियम आयन बॅटरी म्हणजे काय - उपकरण आणि प्रकार

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या गतिशीलतेतील मुख्य घटक म्हणजे रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरी (बॅटरी). त्यांची प्रदीर्घ संभाव्य स्वायत्तता सुनिश्चित करण्यासाठी वाढत्या मागण्या या क्षेत्रातील सतत संशोधनास उत्तेजन देतात आणि नवीन तांत्रिक उपायांचा उदय होतो.

निकेल-कॅडमियम (Ni-Cd) आणि निकेल-मेटल हायड्राइड (Ni-MH) बॅटरी मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या गेल्या, एक पर्याय दिसू लागला - प्रथम लिथियम बॅटरी आणि नंतर अधिक प्रगत लिथियम-आयन बॅटरी (ली-आयन).

इतिहास

या प्रकारच्या पहिल्या बॅटरी 1970 मध्ये दिसू लागल्या. त्यांच्या सुधारित वैशिष्ट्यांमुळे त्यांना त्वरित मागणी झाली. पेशींचा एनोड लिथियम धातूचा बनलेला होता, ज्याच्या गुणधर्मांमुळे ऊर्जा घनता वाढवणे शक्य झाले. अशा प्रकारे लिथियम बॅटरी दिसू लागल्या.

नवीन बॅटरीमध्ये एक महत्त्वपूर्ण कमतरता होती - स्फोट आणि इग्निशनचा वाढलेला धोका. इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर लिथियम फिल्मची निर्मिती हे कारण होते, ज्यामुळे तापमान स्थिरतेचा भंग झाला. कमाल लोडच्या क्षणी, बॅटरीचा स्फोट होऊ शकतो.

तंत्रज्ञान परिष्कृत केले गेले, परिणामी बॅटरीच्या घटकांमध्ये शुद्ध लिथियमचा त्याग केला गेला आणि त्याचे सकारात्मक चार्ज केलेले आयन वापरण्यास मदत झाली.लिथियम-आयन बॅटरी एक यशस्वी उपाय असल्याचे सिद्ध झाले.

या प्रकारची आयन बॅटरी अधिक सुरक्षिततेद्वारे दर्शविली जाते, जी ऊर्जा घनतेमध्ये किंचित घट करून प्राप्त होते, परंतु सतत तांत्रिक प्रगतीमुळे या निर्देशकाचे नुकसान कमी करणे शक्य झाले आहे.

साधन

कार्बन मटेरियल (ग्रेफाइट) च्या कॅथोड आणि कोबाल्ट ऑक्साईडच्या एनोडसह बॅटरीच्या विकासासह ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये लिथियम-आयन बॅटरीच्या परिचयाने एक प्रगती प्राप्त झाली आहे.

बॅटरी डिस्चार्ज करण्याच्या प्रक्रियेत, कॅथोड सामग्रीमधून लिथियम आयन काढले जातात आणि विरुद्ध इलेक्ट्रोडच्या कोबाल्ट ऑक्साईडमध्ये समाविष्ट केले जातात; चार्जिंग दरम्यान, प्रक्रिया उलट दिशेने पुढे जाते. अशाप्रकारे, लिथियम आयन एका इलेक्ट्रोडमधून दुसऱ्या इलेक्ट्रोडकडे जाताना विद्युत प्रवाह तयार होतो.

लि-आयन बॅटरी दंडगोलाकार आणि प्रिझमॅटिक डिझाइनमध्ये बनविल्या जातात. दंडगोलाकार डिझाइनमध्ये, इलेक्ट्रोलाइट-इंप्रेग्नेटेड सामग्रीद्वारे विभक्त केलेल्या सपाट इलेक्ट्रोडच्या दोन रिबन्स गुंडाळल्या जातात आणि सीलबंद धातूच्या केसमध्ये ठेवल्या जातात. कॅथोड मटेरियल अॅल्युमिनियम फॉइलवर आणि एनोड मटेरियल कॉपर फॉइलवर लावले जाते.

बॅटरीची प्रिझमॅटिक रचना एकमेकांच्या वर आयताकृती प्लेट्स स्टॅक करून प्राप्त केली जाते. बॅटरीचा हा आकार इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाचा लेआउट अधिक दाट करणे शक्य करतो. प्रिझमॅटिक बॅटरी गुंडाळलेल्या इलेक्ट्रोडसह देखील उपलब्ध आहेत, सर्पिलमध्ये फिरवल्या जातात.

ऑपरेशन आणि जीवन

ऑपरेशनचे नियम पाळल्यास लिथियम-आयन बॅटरीचे दीर्घ, पूर्ण आणि सुरक्षित ऑपरेशन शक्य आहे, त्यांच्याकडे दुर्लक्ष केल्याने केवळ उत्पादनाची सेवा आयुष्य कमी होणार नाही तर नकारात्मक परिणाम देखील होऊ शकतात.

ऑपरेशन

ली-आयन बॅटरीच्या ऑपरेशनसाठी मुख्य आवश्यकता तापमानाशी संबंधित आहे - जास्त गरम होऊ देऊ नका. उच्च तापमानामुळे जास्तीत जास्त नुकसान होऊ शकते आणि बाह्य स्रोत तसेच बॅटरीच्या तणावपूर्ण चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग मोडमुळे जास्त गरम होऊ शकते.

उदाहरणार्थ, 45°C पर्यंत गरम केल्याने बॅटरीची चार्ज-होल्डिंग क्षमता 2 च्या घटकाने कमी होते. जेव्हा डिव्हाइस दीर्घकाळ सूर्यप्रकाशात असते किंवा ऊर्जा-केंद्रित ऍप्लिकेशन चालवते तेव्हा हे तापमान सहज प्राप्त होते.

उत्पादन जास्त गरम झाल्यास, ते थंड ठिकाणी ठेवण्याची शिफारस केली जाते, शक्यतो बॅटरी बंद करून काढून टाकली जाते.

उन्हाळ्याच्या उष्णतेमध्ये बॅटरीचे कार्यप्रदर्शन उत्तम प्रकारे जतन करण्यासाठी, तुम्ही पॉवर-सेव्हिंग मोड वापरला पाहिजे, जो बहुतेक मोबाइल डिव्हाइसवर उपलब्ध आहे.

कमी तापमानाचा आयन बॅटरीवरही नकारात्मक परिणाम होतो, -4°C पेक्षा कमी तापमानात बॅटरी यापुढे पूर्ण शक्ती देऊ शकत नाही.

परंतु लि-आयन बॅटरीसाठी सर्दी उच्च तापमानासारखी वाईट नसते आणि बहुतेकदा अपरिवर्तनीय नुकसान होत नाही. खोलीच्या तपमानापर्यंत तापमानवाढ झाल्यानंतर बॅटरीची कार्यक्षमता पूर्णपणे पुनर्संचयित केली जाते हे असूनही, थंडीत क्षमता कमी होणे विसरले जाऊ नये.

ली-आयन बॅटरीच्या ऑपरेशनसाठी आणखी एक शिफारस - त्यांना सखोलपणे डिस्चार्ज करण्याची परवानगी देऊ नका. बॅटरीच्या मागील अनेक पिढ्यांचा मेमरी इफेक्ट होता, ज्यासाठी डिस्चार्ज शून्य आणि त्यानंतर पूर्ण चार्ज करणे आवश्यक होते. ली-आयन बॅटरीवर हा परिणाम होत नाही आणि तुरळक पूर्ण डिस्चार्जचा कोणताही विपरीत परिणाम होत नाही, परंतु सतत खोल डिस्चार्ज हानिकारक असतात. चार्जर 30% च्या चार्जिंग स्तरावर कनेक्ट करण्याची शिफारस केली जाते.

आयुष्यभर

Li-Ion बॅटरीचा अयोग्य वापर 10-12 च्या घटकाने त्यांचे आयुष्य कमी करू शकतो. हे जीवन थेट चार्जिंग सायकलच्या संख्येशी संबंधित आहे. असे मानले जाते की ली-आयन प्रकारच्या बॅटरी पूर्ण डिस्चार्जसह 500 ते 1000 चक्रांपर्यंत टिकून राहू शकतात. पुढील चार्ज करण्यापूर्वी उर्वरित चार्जची उच्च टक्केवारी बॅटरीचे आयुष्य लक्षणीयरीत्या वाढवते.

ली-आयन बॅटरीच्या सेवा आयुष्याची लांबी ऑपरेटिंग परिस्थितीनुसार कोणत्याही लहान भागामध्ये निर्धारित केली जात नसल्यामुळे, या बॅटरीसाठी अचूक आयुर्मान देणे अशक्य आहे.सरासरी, आवश्यक नियमांचे पालन केल्यास आपण या प्रकारची बॅटरी 7-10 वर्षे टिकेल अशी अपेक्षा करू शकता.

चार्जिंग प्रक्रिया

चार्जिंग करताना जास्त वेळ बॅटरी चार्जरमध्ये लावणे टाळा. लिथियम-आयन बॅटरी 3.6 व्होल्टपेक्षा जास्त नसलेल्या व्होल्टेजसह सामान्यपणे कार्य करेल. बॅटरी चार्जर चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान बॅटरीला 4.2 व्होल्ट पुरवतील. चार्जिंगची वेळ ओलांडल्यास, बॅटरीमध्ये अवांछित इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया सुरू होऊ शकतात, ज्यामुळे पुढील सर्व परिणामांसह जास्त गरम होऊ शकते.

विकसकांनी असे वैशिष्ट्य विचारात घेतले आहे - आधुनिक ली-आयन बॅटरीच्या चार्जिंगची सुरक्षितता एका विशेष अंगभूत उपकरणाद्वारे नियंत्रित केली जाते जी व्होल्टेज अनुमत पातळीपेक्षा जास्त असल्यास चार्जिंग प्रक्रिया थांबवते.

लिथियम बॅटरीसाठी, दोन-स्टेज चार्जिंग पद्धत त्यांना चार्ज करण्याचा योग्य मार्ग आहे. पहिला टप्पा म्हणजे सतत चार्जिंग करंट देऊन बॅटरी चार्ज करणे, दुसरा टप्पा म्हणजे स्थिर व्होल्टेज प्रदान करणे आणि हळूहळू चार्जिंग करंट कमी करणे. हा अल्गोरिदम बहुतेक घरगुती चार्जरमध्ये लागू केलेला हार्डवेअर आहे.

स्टोरेज आणि विल्हेवाट

लिथियम-आयन बॅटरी बर्‍याच काळासाठी संग्रहित केली जाऊ शकते, स्वयं-डिस्चार्ज प्रति वर्ष 10-20% आहे. परंतु त्याच वेळी उत्पादनाच्या वैशिष्ट्यांमध्ये (अधोगती) हळूहळू घट होते.

अशी बॅटरी +5 ... +25 डिग्री सेल्सिअस तापमानात आर्द्रता-प्रतिरोधक ठिकाणी ठेवण्याची शिफारस केली जाते. मजबूत कंपने, धक्के आणि खुल्या ज्योतची समीपता अस्वीकार्य आहे.

लिथियम-आयन पेशींच्या पुनर्वापराची प्रक्रिया योग्य परवाना असलेल्या विशेष सुविधांमध्ये केली पाहिजे. पुनर्नवीनीकरण केलेल्या बॅटरीच्या अंदाजे 80% सामग्रीचा नवीन बॅटरीच्या उत्पादनात पुन्हा वापर केला जाऊ शकतो.

सुरक्षितता

लिथियम-आयन बॅटरी, अगदी लहान आकारातही, स्फोटक स्व-इग्निशनचा धोका असतो.या प्रकारच्या बॅटरीच्या अशा वैशिष्ट्यासाठी डिझाइनपासून उत्पादन आणि स्टोरेजपर्यंत सर्व टप्प्यांवर सुरक्षा उपाय आवश्यक आहेत.

Li-Ion बॅटरीची सुरक्षितता सुधारण्यासाठी, उत्पादनादरम्यान त्यांच्या केसमध्ये एक लहान इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड, ओव्हरलोडिंग आणि ओव्हरहाटिंग टाळण्यासाठी डिझाइन केलेली नियंत्रण आणि व्यवस्थापन प्रणाली ठेवली जाते. जेव्हा तापमान पूर्वनिर्धारित मर्यादेपेक्षा जास्त वाढते तेव्हा इलेक्ट्रॉनिक यंत्रणा सर्किटचा प्रतिकार वाढवते. काही बॅटरी मॉडेल्समध्ये अंगभूत मेकॅनिकल स्विच असते जे बॅटरीच्या आत दाब वाढल्यावर सर्किट खंडित करते.

तसेच, बॅटरी कॅसिंगमध्ये अनेकदा सेफ्टी व्हॉल्व्ह असतो जो आपत्कालीन परिस्थितीत दबाव कमी करतो.

लिथियम बॅटरीचे फायदे आणि तोटे

या प्रकारच्या बॅटरीचे फायदे आहेत:

• उच्च ऊर्जा घनता;
• स्मृती प्रभाव नाही;
• दीर्घ सेवा जीवन;
• कमी स्व-स्त्राव दर;
• देखभाल आवश्यक नाही;
• तुलनेने विस्तृत तापमान श्रेणीमध्ये अपरिवर्तित ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स सुनिश्चित करणे.

लिथियम बॅटरीचे तोटे देखील आहेत, जसे की:

• उत्स्फूर्त ज्वलन होण्याचा धोका;
• त्याच्या पूर्ववर्ती पेक्षा जास्त किंमत;
• अंगभूत कंट्रोलरची आवश्यकता;
• खोल डिस्चार्जची अनिष्टता.

ली-आयन बॅटरीच्या उत्पादनाचे तंत्रज्ञान सतत सुधारत आहे, अनेक उणीवा हळूहळू भूतकाळातील गोष्टी बनत आहेत.

अर्ज

लिथियम-आयन बॅटरीचे उच्च उर्जा घनता निर्देशक त्यांच्या अनुप्रयोगाचे मुख्य क्षेत्र - मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: लॅपटॉप, टॅब्लेट, स्मार्टफोन, कॅमकॉर्डर, कॅमेरा, नेव्हिगेशन सिस्टम, विविध अंगभूत सेन्सर आणि इतर अनेक उत्पादने निर्धारित करतात.

या बॅटरीजच्या दंडगोलाकार फॉर्म फॅक्टरचे अस्तित्व त्यांना फ्लॅशलाइट्स, लँडलाइन फोन आणि इतर उपकरणांमध्ये वापरण्याची परवानगी देते जे पूर्वी डिस्पोजेबल बॅटरीमधून ऊर्जा वापरत होते.

बॅटरी बांधणीच्या लिथियम-आयन तत्त्वामध्ये अनेक प्रकार आहेत, वापरलेल्या सामग्रीच्या प्रकारात (लिथियम-कोबाल्ट, लिथियम-मँगनीज, लिथियम-निकेल-मॅंगनीज-कोबाल्ट-ऑक्साइड इ.) प्रकार भिन्न आहेत. त्यांच्यापैकी प्रत्येकाला स्वतःचे अनुप्रयोगाचे क्षेत्र सापडते.

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स व्यतिरिक्त, लिथियम-आयन बॅटरी गट खालील अनुप्रयोगांमध्ये वापरला जातो:

• हाताने पकडलेली उर्जा साधने;
• पोर्टेबल वैद्यकीय उपकरणे;
• अखंड वीज पुरवठा;
• सुरक्षा प्रणाली;
• आपत्कालीन प्रकाश मॉड्यूल;
• सौर ऊर्जा केंद्रे;
• इलेक्ट्रिक कार आणि इलेक्ट्रिक सायकली.

लिथियम-आयन तंत्रज्ञानामध्ये सातत्याने होत असलेली सुधारणा आणि लहान आकारात उच्च क्षमतेच्या बॅटरी तयार करण्यात आलेले यश पाहता, अशा बॅटरीच्या वापराचा विस्तार किती होईल याचा अंदाज लावता येतो.

लेबलिंग

बॅटरीच्या बाह्य आवरणावर लिथियम-आयन बॅटरी चिन्हांकित केल्या जातात आणि आकारानुसार कोडिंग मोठ्या प्रमाणात बदलू शकते. बॅटरी मार्किंगच्या सर्व निर्मात्यांसाठी एकच मानक अद्याप विकसित केले गेले नाही, परंतु तरीही सर्वात महत्वाचे पॅरामीटर्स स्वतःच समजून घेणे शक्य आहे.

ओळीतील अक्षरे सेलचा प्रकार आणि वापरलेली सामग्री दर्शवतात: पहिले अक्षर I लिथियम-आयन तंत्रज्ञान दर्शवते, पुढील अक्षर (C, M, F किंवा N) रासायनिक रचना निर्दिष्ट करते, तिसरे अक्षर R म्हणजे सेल रिचार्ज करण्यायोग्य आहे.

आकाराच्या पदनामातील संख्या मिलिमीटरमध्ये बॅटरीचा आकार दर्शवतात: पहिल्या दोन संख्या व्यास आणि दोन इतर लांबी दर्शवतात. उदाहरणार्थ, 18650 हे दर्शविते की व्यास 18 मिमी आहे आणि लांबी 65 मिमी आहे, 0 हे दंडगोलाकार स्वरूप घटक दर्शवते.

पंक्तीमधील शेवटची अक्षरे आणि संख्या उत्पादक-विशिष्ट क्षमता खुणा आहेत. उत्पादनाची तारीख दर्शविण्यासाठी कोणतेही एकसमान मानक नाहीत.

संबंधित लेख: