শীতকালে কেন লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায়?

শীতকালে কেন লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায়?

বাজারে প্রবেশের পর থেকে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি তাদের সুবিধার কারণে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা হয়েছে যেমন দীর্ঘ জীবনকাল, বড় নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং কোনও মেমরি প্রভাব নেই। লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন তাপমাত্রায় ব্যবহারে সমস্যা রয়েছে যেমন কম ক্ষমতা, গুরুতর ক্ষয়, দুর্বল চক্রের হার কার্যক্ষমতা, স্পষ্ট লিথিয়াম বিবর্তন, এবং ভারসাম্যহীন লিথিয়াম অপসারণ এবং সন্নিবেশ। যাইহোক, অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রগুলির ক্রমাগত সম্প্রসারণের সাথে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা দ্বারা আনা সীমাবদ্ধতাগুলি ক্রমশ স্পষ্ট হয়ে উঠছে।

রিপোর্ট অনুসারে, -20 ℃-এ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিষ্কাশন ক্ষমতা ঘরের তাপমাত্রার মাত্র 31.5%। ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি -20~+55 ℃ এর মধ্যে তাপমাত্রায় কাজ করে। যাইহোক, মহাকাশ, সামরিক এবং বৈদ্যুতিক যানবাহনের মতো ক্ষেত্রগুলিতে, ব্যাটারিটি সাধারণত -40 ℃ এ কাজ করতে পারে। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করা অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা সীমাবদ্ধ করার কারণগুলি

• নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশে, ইলেক্ট্রোলাইটের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায় এবং এমনকি আংশিকভাবে শক্ত হয়ে যায়, যার ফলে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির পরিবাহিতা হ্রাস পায়।
• কম-তাপমাত্রার পরিবেশে ইলেক্ট্রোলাইট, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং বিভাজকের মধ্যে সামঞ্জস্যতা হ্রাস পায়।
• নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড মারাত্মক লিথিয়াম বৃষ্টিপাত অনুভব করে, এবং প্রস্ফুটিত ধাতব লিথিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায়, যার ফলে এর পণ্যগুলি জমা হয় এবং কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস (SEI) এর পুরুত্ব বৃদ্ধি পায়।
• নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশে, সক্রিয় উপাদানের মধ্যে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ডিফিউশন সিস্টেম হ্রাস পায় এবং চার্জ স্থানান্তর প্রতিবন্ধকতা (Rct) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।

বিশেষজ্ঞের মতামত 1: লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর ইলেক্ট্রোলাইট সবচেয়ে বেশি প্রভাব ফেলে এবং ইলেক্ট্রোলাইটের গঠন এবং ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে। ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রা সাইকেল চালানোর সমস্যা হল যে ইলেক্ট্রোলাইটের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, আয়ন সঞ্চালনের গতি কমে যায় এবং বাহ্যিক সার্কিটে ইলেকট্রনগুলির স্থানান্তর গতি মেলে না, ফলে ব্যাটারির তীব্র মেরুকরণ হয় এবং একটি ধারালো মেরুকরণ হয়। চার্জিং এবং ডিসচার্জিং ক্ষমতা হ্রাস। বিশেষত কম তাপমাত্রায় চার্জ করার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি সহজেই নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে লিথিয়াম ডেনড্রাইট গঠন করতে পারে, যার ফলে ব্যাটারি ব্যর্থ হয়।

একটি ইলেক্ট্রোলাইটের নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা তার নিজস্ব পরিবাহিতার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। উচ্চ পরিবাহিতা পরিবহন আয়ন সহ ইলেক্ট্রোলাইটগুলি দ্রুত এবং কম তাপমাত্রায় আরও ক্ষমতা প্রয়োগ করতে পারে। ইলেক্ট্রোলাইটে যত বেশি লিথিয়াম লবণ বিচ্ছিন্ন হয়, তত বেশি স্থানান্তর ঘটে এবং পরিবাহিতা তত বেশি হয়। পরিবাহিতা যত বেশি হবে এবং আয়ন পরিবাহনের হার যত দ্রুত হবে, মেরুকরণ তত কম হবে এবং কম তাপমাত্রায় ব্যাটারির কর্মক্ষমতা তত বেশি হবে। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভাল নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য একটি উচ্চ পরিবাহিতা একটি প্রয়োজনীয় শর্ত।

একটি ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা তার রচনার সাথে সম্পর্কিত, এবং দ্রাবকের সান্দ্রতা হ্রাস করা ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা উন্নত করার অন্যতম উপায়। কম তাপমাত্রায় দ্রাবকগুলির ভাল তরলতা আয়ন পরিবহনের জন্য একটি গ্যারান্টি, এবং নিম্ন তাপমাত্রায় ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডে ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা গঠিত কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ফিল্মও লিথিয়াম আয়ন পরিবাহকে প্রভাবিত করার একটি মূল কারণ, এবং RSEI হল লিথিয়াম-এর প্রধান প্রতিবন্ধকতা। কম তাপমাত্রার পরিবেশে আয়ন ব্যাটারি।

বিশেষজ্ঞ 2: লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা সীমিত করার প্রধান কারণ হল SEI ঝিল্লির পরিবর্তে কম তাপমাত্রায় দ্রুত বর্ধমান Li+ডিফিউশন প্রতিবন্ধকতা।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

1. স্তরযুক্ত ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

এক-মাত্রিক লিথিয়াম-আয়ন ডিফিউশন চ্যানেল এবং ত্রি-মাত্রিক চ্যানেলগুলির কাঠামোগত স্থিতিশীলতার তুলনায় অতুলনীয় হারের কার্যকারিতা সহ স্তরিত কাঠামো, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য প্রথম দিকের বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান। এর প্রতিনিধি পদার্থের মধ্যে রয়েছে LiCoO2, Li (Co1 xNix) O2 এবং Li (Ni, Co, Mn) O2।

Xie Xiaohua et al. LiCoO2/MCMB অধ্যয়ন করেছে এবং এর কম-তাপমাত্রার চার্জিং এবং ডিসচার্জিং বৈশিষ্ট্য পরীক্ষা করেছে।

ফলাফলগুলি দেখায় যে তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে সাথে স্রাব মালভূমি 3.762V (0 ℃) থেকে 3.207V (-30 ℃) এ হ্রাস পেয়েছে; মোট ব্যাটারির ক্ষমতা 78.98mA · h (0 ℃) থেকে 68.55mA · h (-30 ℃) এ তীব্রভাবে হ্রাস পেয়েছে।

2. স্পিনেল কাঠামোগত ক্যাথোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

স্পিনেল স্ট্রাকচার্ড LiMn2O4 ক্যাথোড উপাদানের কম খরচে এবং অ-বিষাক্ততার সুবিধা রয়েছে কারণ এর Co উপাদানের অনুপস্থিতি রয়েছে।

যাইহোক, Mn-এর ভেরিয়েবল ভ্যালেন্স স্টেট এবং Mn3+এর জাহন টেলার প্রভাবের ফলে এই উপাদানটির কাঠামোগত অস্থিরতা এবং দুর্বল বিপরীতমুখীতা দেখা দেয়।

পেং ঝেংশুন এট আল। উল্লেখ করেছেন যে বিভিন্ন প্রস্তুতির পদ্ধতি LiMn2O4 ক্যাথোড উপকরণগুলির বৈদ্যুতিন রাসায়নিক কর্মক্ষমতার উপর দুর্দান্ত প্রভাব ফেলে। একটি উদাহরণ হিসাবে Rct নিন: উচ্চ-তাপমাত্রার কঠিন ফেজ পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত LiMn2O4 এর Rct সল জেল পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি, এবং এই ঘটনাটি লিথিয়াম আয়ন বিচ্ছুরণ সহগ-এও প্রতিফলিত হয়। এর প্রধান কারণ হ'ল বিভিন্ন সংশ্লেষণ পদ্ধতি পণ্যগুলির স্ফটিকতা এবং রূপবিদ্যার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে।

3. ফসফেট সিস্টেম ক্যাথোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

LiFePO4, একত্রে ত্রিমাত্রিক উপকরণগুলির সাথে, এর চমৎকার ভলিউম স্থিতিশীলতা এবং নিরাপত্তার কারণে পাওয়ার ব্যাটারির জন্য প্রধান ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান হয়ে উঠেছে। লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যকারিতা প্রধানত এর উপাদান একটি অন্তরক, কম ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা, দুর্বল লিথিয়াম আয়ন বিচ্ছুরণ এবং নিম্ন তাপমাত্রায় দুর্বল পরিবাহিতা হওয়ার কারণে, যা ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায় এবং মেরুকরণের দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। , ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং বাধাগ্রস্ত করে, যার ফলে অসন্তোষজনক নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা হয়।

কম তাপমাত্রায় LiFePO4 এর চার্জ এবং ডিসচার্জ আচরণ অধ্যয়ন করার সময়, Gu Yijie et al. দেখা গেছে যে এর কুলম্বিক দক্ষতা 55 ℃ এ 100% থেকে 0 ℃ এ 96% এবং -20 ℃ এ যথাক্রমে 64% কমেছে; ডিসচার্জ ভোল্টেজ 55 ℃ এ 3.11V থেকে -20 ℃ এ 2.62V পর্যন্ত হ্রাস পায়।

জিং এট আল। ন্যানোকার্বন ব্যবহার করে LiFePO4 পরিবর্তিত হয়েছে এবং পাওয়া গেছে যে ন্যানোকার্বন পরিবাহী এজেন্ট যোগ করার ফলে তাপমাত্রায় LiFePO4 এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্সের সংবেদনশীলতা কমেছে এবং এর নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা উন্নত হয়েছে; পরিবর্তিত LiFePO4-এর ডিসচার্জ ভোল্টেজ 3.40V থেকে 25 ℃-এ 3.09V-তে -25 ℃-এ কমেছে, মাত্র 9.12% হ্রাস পেয়েছে; এবং এর ব্যাটারির কার্যকারিতা -25 ℃ এ 57.3%, ন্যানোকার্বন পরিবাহী এজেন্ট ছাড়া 53.4% ​​এর চেয়ে বেশি।

সম্প্রতি, LiMnPO4 মানুষের মধ্যে প্রবল আগ্রহ জাগিয়েছে। গবেষণায় দেখা গেছে যে LiMnPO4 এর সুবিধা রয়েছে যেমন উচ্চ সম্ভাবনা (4.1V), দূষণ নেই, কম দাম এবং বড় নির্দিষ্ট ক্ষমতা (170mAh/g)। যাইহোক, LiFePO4 এর তুলনায় LiMnPO4 এর নিম্ন আয়নিক পরিবাহিতার কারণে, Fe প্রায়ই Mn কে আংশিকভাবে প্রতিস্থাপন করতে ব্যবহার করা হয় যাতে অনুশীলনে LiMn0.8Fe0.2PO4 কঠিন সমাধান তৈরি করা হয়।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য