শীত আসছে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার বিশ্লেষণের ঘটনাটি দেখুন

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কর্মক্ষমতা তাদের গতিগত বৈশিষ্ট্য দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। যেহেতু গ্রাফাইট উপাদানে এম্বেড করার সময় Li+ কে প্রথমে দ্রবীভূত করতে হবে, এটিকে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি খরচ করতে হবে এবং গ্রাফাইটে Li+ এর প্রসারণে বাধা দিতে হবে। বিপরীতে, যখন গ্রাফাইট উপাদান থেকে Li+ দ্রবণে মুক্ত হয়, তখন সমাধান প্রক্রিয়াটি প্রথমে ঘটবে এবং দ্রবণ প্রক্রিয়ায় শক্তি খরচের প্রয়োজন হয় না। Li+ দ্রুত গ্রাফাইট অপসারণ করতে পারে, যা গ্রাফাইট উপাদানের একটি উল্লেখযোগ্যভাবে দরিদ্র চার্জ গ্রহণযোগ্যতার দিকে নিয়ে যায়। স্রাব গ্রহণযোগ্যতা মধ্যে.

নিম্ন তাপমাত্রায়, নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের গতিগত বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত হয়েছে এবং খারাপ হয়ে গেছে। অতএব, চার্জিং প্রক্রিয়ার সময় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল মেরুকরণ উল্লেখযোগ্যভাবে তীব্র হয়, যা সহজেই নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে ধাতব লিথিয়ামের বর্ষণ ঘটাতে পারে। জার্মানির মিউনিখের টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির খ্রিস্টান ভন লুডার্সের গবেষণায় দেখা গেছে যে -2°সে, চার্জের হার C/2 ছাড়িয়ে যায় এবং ধাতব লিথিয়াম বৃষ্টিপাতের পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, C/2 হারে, বিপরীত ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে লিথিয়াম প্লেটিংয়ের পরিমাণ পুরো চার্জের প্রায়। ক্ষমতার 5.5% কিন্তু 9C ম্যাগনিফিকেশনের অধীনে 1% পর্যন্ত পৌঁছাবে। প্রক্ষেপিত ধাতব লিথিয়াম আরও বিকশিত হতে পারে এবং অবশেষে লিথিয়াম ডেনড্রাইটে পরিণত হতে পারে, ডায়াফ্রামের মধ্য দিয়ে ছিদ্র করে এবং ধনাত্মক এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের শর্ট-সার্কিট ঘটায়। তাই যতটা সম্ভব কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি চার্জ করা এড়াতে হবে। যখন এটিকে কম তাপমাত্রায় ব্যাটারি চার্জ করতে হবে, তখন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি যতটা সম্ভব চার্জ করার জন্য একটি ছোট কারেন্ট নির্বাচন করা অপরিহার্য এবং চার্জ করার পরে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সম্পূর্ণরূপে সঞ্চয় করা নিশ্চিত করার জন্য ধাতব লিথিয়াম নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়েছে। গ্রাফাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে এবং নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডে পুনরায় এম্বেড করতে পারে।

ভেরোনিকা জিনথ এবং মিউনিখের টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির অন্যরা -20 ডিগ্রি সেলসিয়াস কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির লিথিয়াম বিবর্তন আচরণ অধ্যয়ন করতে নিউট্রন ডিফ্র্যাকশন এবং অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করেছেন। নিউট্রন বিবর্তন সাম্প্রতিক বছরগুলিতে একটি নতুন সনাক্তকরণ পদ্ধতি হয়েছে। XRD-এর সাথে তুলনা করে, নিউট্রন বিচ্ছুরণ হালকা উপাদানের (Li, O, N, ইত্যাদি) প্রতি বেশি সংবেদনশীল, তাই এটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অ-ধ্বংসাত্মক পরীক্ষার জন্য খুবই উপযুক্ত।

পরীক্ষায়, VeronikaZinth কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির লিথিয়াম বিবর্তন আচরণ অধ্যয়ন করতে NMC111/গ্রাফাইট 18650 ব্যাটারি ব্যবহার করে। নীচের চিত্রে দেখানো প্রক্রিয়া অনুসারে পরীক্ষার সময় ব্যাটারি চার্জ এবং ডিসচার্জ হয়।

নিম্নলিখিত চিত্রটি C/30 হারে চার্জিং এ দ্বিতীয় চার্জিং চক্রের সময় বিভিন্ন SoC-এর অধীনে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের ফেজ পরিবর্তন দেখায়। এটা মনে হতে পারে যে 30.9% SoC-তে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পর্যায়গুলি প্রধানত LiC12, Li1-XC18 এবং অল্প পরিমাণে LiC6 রচনা; SoC 46% অতিক্রম করার পরে, LiC12 এর বিচ্ছুরণের তীব্রতা হ্রাস পেতে থাকে, যখন LiC6 এর শক্তি বাড়তে থাকে। যাইহোক, চূড়ান্ত চার্জ সম্পন্ন হওয়ার পরেও, যেহেতু কম তাপমাত্রায় শুধুমাত্র 1503mAh চার্জ করা হয় (কক্ষ তাপমাত্রায় 1950mAh ক্ষমতা), LiC12 ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডে বিদ্যমান। ধরুন চার্জিং কারেন্ট C/100 এ কমে গেছে। সেক্ষেত্রে, ব্যাটারি এখনও কম তাপমাত্রায় 1950mAh ক্ষমতা পেতে পারে, যা নির্দেশ করে যে কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির শক্তি হ্রাস মূলত গতিগত অবস্থার অবনতির কারণে।

নীচের চিত্রটি -5 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কম তাপমাত্রায় C/20 হার অনুযায়ী চার্জ করার সময় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে গ্রাফাইটের ফেজ পরিবর্তন দেখায়। এটি দেখতে পারে যে C/30 হার চার্জিংয়ের তুলনায় গ্রাফাইটের ফেজ পরিবর্তন উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন। চিত্র থেকে দেখা যায় যে যখন SoC>40%, C/12 চার্জ হারের অধীনে ব্যাটারি LiC5 এর ফেজ শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে ধীরগতিতে হ্রাস পায় এবং LiC6 ফেজ শক্তি বৃদ্ধিও C/30 এর তুলনায় যথেষ্ট দুর্বল হয়। মূল্যহার. এটি দেখায় যে C/5 এর তুলনামূলকভাবে উচ্চ হারে, কম LiC12 লিথিয়ামকে ইন্টারক্যালেট করতে থাকে এবং LiC6 এ রূপান্তরিত হয়।

নিচের চিত্রটি যথাক্রমে C/30 এবং C/5 হারে চার্জ করার সময় নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের ফেজ পরিবর্তনের তুলনা করে। চিত্রটি দেখায় যে দুটি ভিন্ন চার্জিং হারের জন্য, লিথিয়াম-দরিদ্র ফেজ Li1-XC18 খুব অনুরূপ। পার্থক্যটি প্রধানত LiC12 এবং LiC6 এর দুটি পর্যায়ে প্রতিফলিত হয়। এটি চিত্র থেকে দেখা যায় যে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে ফেজ পরিবর্তনের প্রবণতা দুটি চার্জ হারের অধীনে চার্জ করার প্রাথমিক পর্যায়ে তুলনামূলকভাবে কাছাকাছি। LiC12 পর্বের জন্য, যখন চার্জিং ক্ষমতা 950mAh (49% SoC) এ পৌঁছায়, তখন পরিবর্তনের প্রবণতা ভিন্ন হতে শুরু করে। যখন এটি 1100mAh (56.4% SoC) আসে, তখন দুটি বিবর্ধনের অধীনে LiC12 ফেজ একটি উল্লেখযোগ্য ব্যবধান দেখাতে শুরু করে। C/30 এর কম হারে চার্জ করার সময়, LiC12 পর্যায়ের পতন খুব দ্রুত হয়, কিন্তু C/12 হারে LiC5 পর্বের ড্রপ অনেক ধীর হয়; অর্থাৎ, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডে লিথিয়াম সন্নিবেশের গতিগত অবস্থা কম তাপমাত্রায় খারাপ হয়ে যায়। , যাতে LiC12 আরও লিথিয়াম লিথিয়াম তৈরি করে LiC6 ফেজ গতি কমে যায়। অনুরূপভাবে, LiC6 ফেজ C/30 এর কম হারে খুব দ্রুত বৃদ্ধি পায় কিন্তু C/5 হারে অনেক ধীর। এটি দেখায় যে C/5 হারে, গ্রাফাইটের স্ফটিক কাঠামোতে আরও ক্ষুদে লি এমবেড করা হয়েছে, কিন্তু মজার বিষয় হল ব্যাটারির চার্জ ক্ষমতা (1520.5mAh) C/5 চার্জ হারে C-এর চেয়ে বেশি। /30 চার্জ হার। পাওয়ার (1503.5mAh) বেশি। ঋণাত্মক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডে যে অতিরিক্ত Li এম্বেড করা হয় না তা ধাতব লিথিয়ামের আকারে গ্রাফাইট পৃষ্ঠে অবক্ষয় হতে পারে। চার্জিং শেষ হওয়ার পরে স্থায়ী প্রক্রিয়াও এটিকে পাশ থেকে প্রমাণ করে - সামান্য।

নিম্নলিখিত চিত্রটি চার্জ করার পরে এবং 20 ঘন্টা রেখে দেওয়ার পরে নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের ফেজ গঠন দেখায়। চার্জিং শেষে, নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের ফেজ দুটি চার্জিং হারের অধীনে খুব আলাদা। C/5-এ, গ্রাফাইট অ্যানোডে LiC12-এর অনুপাত বেশি, এবং LiC6-এর শতাংশ কম, কিন্তু 20 ঘণ্টা দাঁড়িয়ে থাকার পর, উভয়ের মধ্যে পার্থক্য ন্যূনতম হয়ে গেছে।

নীচের চিত্রটি 20 ঘন্টা স্টোরেজ প্রক্রিয়া চলাকালীন নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের ফেজ পরিবর্তন দেখায়। এটি চিত্র থেকে দেখা যায় যে যদিও দুটি বিপরীত ইলেক্ট্রোডের পর্যায়গুলি এখনও শুরুতে খুব আলাদা, স্টোরেজ সময় বাড়ার সাথে সাথে, দুটি ধরণের চার্জিং বিবর্ধনের অধীনে গ্রাফাইট অ্যানোডের পর্যায় খুব কাছাকাছি পরিবর্তিত হয়েছে। শেল্ভিং প্রক্রিয়া চলাকালীন LiC12 LiC6 এ রূপান্তরিত হতে পারে, এটি নির্দেশ করে যে শেল্ভিং প্রক্রিয়া চলাকালীন Li গ্রাফাইটে এম্বেড করা অব্যাহত থাকবে। Li-এর এই অংশটি কম তাপমাত্রায় নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের উপরিভাগে ধাতব লিথিয়াম হতে পারে। আরও বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে C/30 হারে চার্জ করার শেষে, নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের লিথিয়াম ইন্টারক্যালেশনের ডিগ্রী ছিল 68%। তারপরও, লিথিয়াম ইন্টারক্যালেশনের ডিগ্রী শেল্ভ করার পরে 71% বেড়েছে, 3% বৃদ্ধি। C/5 হারে চার্জ করার শেষে, নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডের লিথিয়াম সন্নিবেশ ডিগ্রী ছিল 58%, কিন্তু 20 ঘন্টা রেখে দেওয়ার পরে, এটি 70%-এ বৃদ্ধি পেয়েছে, মোট 12% বৃদ্ধি।

উপরের গবেষণাটি দেখায় যে কম তাপমাত্রায় চার্জ করার সময়, গতিগত অবস্থার অবনতির কারণে ব্যাটারির ক্ষমতা হ্রাস পাবে। গ্রাফাইট লিথিয়াম সন্নিবেশের হার হ্রাসের কারণে এটি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে লিথিয়াম ধাতুকেও বর্জন করবে। যাইহোক, স্টোরেজের একটি সময় পরে, ধাতব লিথিয়ামের এই অংশটি আবার গ্রাফাইটে এমবেড করা যেতে পারে; প্রকৃত ব্যবহারে, শেলফের সময় প্রায়ই কম হয়, এবং এর কোন গ্যারান্টি নেই যে সমস্ত ধাতব লিথিয়াম আবার গ্রাফাইটে এম্বেড করা যেতে পারে, তাই এটি কিছু ধাতব লিথিয়াম ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডে বিদ্যমান থাকতে পারে। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির পৃষ্ঠ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষমতাকে প্রভাবিত করবে এবং লিথিয়াম ডেনড্রাইট তৈরি করতে পারে যা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিরাপত্তাকে বিপন্ন করে। অতএব, কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি চার্জ করা এড়াতে চেষ্টা করুন। কম বর্তমান, এবং সেট করার পরে, নেতিবাচক গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডে ধাতু লিথিয়াম নির্মূল করার জন্য পর্যাপ্ত বালুচর সময় নিশ্চিত করুন।

এই নিবন্ধটি প্রধানত নিম্নলিখিত নথি উল্লেখ করে. প্রতিবেদনটি শুধুমাত্র সম্পর্কিত বৈজ্ঞানিক কাজ, শ্রেণীকক্ষে শিক্ষাদান এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণা প্রবর্তন এবং পর্যালোচনা করতে ব্যবহৃত হয়। বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য নয়। আপনার যদি কোনো কপিরাইট সমস্যা থাকে, অনুগ্রহ করে নির্দ্বিধায় আমাদের সাথে যোগাযোগ করুন।

1. লিথিয়াম-আয়ন ক্যাপাসিটরগুলিতে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড হিসাবে গ্রাফাইট পদার্থের হারের ক্ষমতা, ইলেক্ট্রোচিমিকা অ্যাক্টা 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে লিথিয়াম প্রলেপ ভোল্টেজ শিথিলকরণ এবং সিটু নিউট্রন ডিফ্র্যাকশন দ্বারা তদন্ত করা হয়েছে, জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্সেস 342(2017)17-23, ক্রিশ্চিয়ান ভন লুডার্স, ভেরোনিকা জিনথ, সাইমন ভি এরহার্ড, প্যাট্রিক জে ওসওয়াল্ড, মাইকেল হফম্যান , রাল্ফ গিলস, আন্দ্রেয়াস জোসেন

3. লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে উপ-পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় লিথিয়ামের প্রলেপ যা ইন সিটু নিউট্রন ডিফ্র্যাকশন দ্বারা তদন্ত করা হয়েছে, জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্স 271 (2014) 152-159, ভেরোনিকা জিনথ, ক্রিশ্চিয়ান ভন লুডার্স, মাইকেল হফম্যান, জোহানেস হ্যাটেনডর্ফ, ইরমগারডর্ফ এরহার্ড, জোয়ানা রেবেলো-কর্নমেয়ার, আন্দ্রেয়াস জোসেন, রালফ গিলস