শীতকালে কেন লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায়?

শীতকালে কেন লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায়?

শীতকালে লিথিয়াম ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায় কেন?

  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।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বাজারে প্রবেশ করার পর থেকে, দীর্ঘ জীবন, বড় নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং কোনো মেমরি প্রভাবের মতো সুবিধার কারণে এগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। কম তাপমাত্রায় ব্যবহৃত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলির কম ক্ষমতা, গুরুতর ক্ষয়, দুর্বল চক্রের হার কার্যকারিতা, স্পষ্ট লিথিয়াম বৃষ্টিপাত এবং ভারসাম্যহীন লিথিয়াম ডিইন্টারকেলেশন এবং ডিন্টারকেলেশনের মতো সমস্যা রয়েছে। যাইহোক, যেমন অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রগুলি প্রসারিত হতে থাকে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার কারণে সৃষ্ট সীমাবদ্ধতাগুলি ক্রমশ স্পষ্ট হয়ে উঠেছে।

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 ক্ষেত্রে, ব্যাটারিটি সাধারণত -40 ℃ এ কাজ করতে পারে। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করা অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

রিপোর্ট অনুযায়ী, -20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ডিসচার্জ ক্ষমতা ঘরের তাপমাত্রার মাত্র 31.5%। ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অপারেটিং তাপমাত্রা -20~+55℃ এর মধ্যে। যাইহোক, মহাকাশ, সামরিক শিল্প, বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে, ব্যাটারিগুলি সাধারণত -40 ডিগ্রি সেলসিয়াসে কাজ করতে হয়। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করা অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা সীমাবদ্ধ করার কারণগুলি

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।
• 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, ইলেক্ট্রোলাইট, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং বিভাজকের মধ্যে সামঞ্জস্যতা আরও খারাপ হয়ে যায়।
  
• 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 লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড থেকে লিথিয়াম মারাত্মকভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, এবং প্রস্ফুটিত ধাতব লিথিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায় এবং পণ্য জমার ফলে 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।
• নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবেশে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সক্রিয় উপাদানের মধ্যে ছড়িয়ে পড়া সিস্টেম হ্রাস পায় এবং চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধ (Rct) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।
  

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করে এমন কারণগুলির অনুসন্ধান

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করার কারণগুলির উপর আলোচনা

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।

বিশেষজ্ঞের মতামত 1: ইলেক্ট্রোলাইট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর সবচেয়ে বেশি প্রভাব ফেলে। কম তাপমাত্রায় ব্যাটারি সাইকেল চালালে যে সমস্যাটি হয় তা হল ইলেক্ট্রোলাইটের সান্দ্রতা বাড়বে এবং আয়ন পরিবাহনের গতি কমে যাবে, ফলে বাহ্যিক সার্কিটের ইলেক্ট্রন স্থানান্তর গতিতে অমিল হবে পোলারাইজড এবং চার্জ এবং স্রাব ক্ষমতা তীব্রভাবে হ্রাস করা হবে। বিশেষত কম তাপমাত্রায় চার্জ করার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি সহজেই নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে লিথিয়াম ডেনড্রাইট তৈরি 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।

ইলেক্ট্রোলাইটের নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে জড়িত। ইলেক্ট্রোলাইটে যত বেশি লিথিয়াম লবণ বিচ্ছিন্ন হয়, স্থানান্তরের সংখ্যা তত বেশি এবং পরিবাহিতা তত বেশি। পরিবাহিতা বেশি, এবং আয়ন পরিবাহনের হার যত দ্রুত হবে, মেরুকরণ তত কম হবে এবং কম তাপমাত্রায় ব্যাটারির কর্মক্ষমতা তত ভালো হবে। অতএব, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ভাল নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য উচ্চতর বৈদ্যুতিক 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।

ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা ইলেক্ট্রোলাইটের সংমিশ্রণের সাথে সম্পর্কিত। কম তাপমাত্রায় দ্রাবকের ভাল তরলতা আয়ন পরিবহন নিশ্চিত করে, এবং নিম্ন তাপমাত্রায় ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডে ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা গঠিত কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ফিল্মও লিথিয়াম আয়ন পরিবাহকে প্রভাবিত করার মূল চাবিকাঠি, এবং RSEI হল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির প্রধান প্রতিবন্ধকতা। নিম্ন তাপমাত্রার পরিবেশে।

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

বিশেষজ্ঞ 2: লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা সীমিত করার প্রধান কারণ হল নিম্ন তাপমাত্রায় Li+ ডিফিউশন প্রতিরোধের তীব্র বৃদ্ধি, SEI ফিল্ম নয়।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ক্যাথোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

1. স্তরযুক্ত ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

1. স্তরযুক্ত গঠন ক্যাথোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

এক-মাত্রিক লিথিয়াম-আয়ন ডিফিউশন চ্যানেল এবং ত্রি-মাত্রিক চ্যানেলগুলির কাঠামোগত স্থায়িত্বের তুলনায় অতুলনীয় হারের কার্যকারিতা সহ স্তরযুক্ত 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।

স্তরযুক্ত কাঠামোতে কেবলমাত্র এক-মাত্রিক লিথিয়াম আয়ন ডিফিউশন চ্যানেলগুলির অতুলনীয় হারের কার্যকারিতা নেই, তবে এটি ত্রি-মাত্রিক চ্যানেলগুলির কাঠামোগত স্থিতিশীলতাও রয়েছে এটি প্রাচীনতম বাণিজ্যিক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ক্যাথোড উপাদান। এর প্রতিনিধি পদার্থের মধ্যে রয়েছে LiCoO2, Li(Co1-xNix)O2 এবং Li(Ni,Co,Mn)O2, ইত্যাদি।

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

Xie Xiaohua এবং অন্যরা গবেষণা বস্তু হিসাবে LiCoO2/MCMB ব্যবহার করেছেন এবং এর নিম্ন-তাপমাত্রার চার্জ এবং স্রাবের বৈশিষ্ট্য পরীক্ষা করেছেন।

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।

ফলাফলগুলি দেখায় যে তাপমাত্রা কমে যাওয়ার সাথে সাথে এর ডিসচার্জ প্ল্যাটফর্ম 3.762V (0℃) থেকে 3.207V (–30℃) এ নেমে যায় এবং এর মোট ব্যাটারির ক্ষমতাও 78.98mAh (0℃) থেকে 68.55mAh-এ নেমে আসে; (-30 ডিগ্রি সেলসিয়াস)।

2. স্পিনেল কাঠামোগত ক্যাথোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

2. স্পিনেল গঠন ক্যাথোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

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

স্পিনেল স্ট্রাকচার LiMn2O4 ক্যাথোড উপাদানে Co উপাদান থাকে না, তাই এতে কম খরচে এবং অ-বিষাক্ততার সুবিধা রয়েছে।

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

যাইহোক, Mn এর পরিবর্তনশীল ভ্যালেন্স অবস্থা এবং Mn3+ এর জাহন-টেলার প্রভাব এই উপাদানটির কাঠামোগত অস্থিরতা এবং দুর্বল বিপরীতমুখীতার দিকে পরিচালিত করে।

পেং ঝেংশুন এট আল। উল্লেখ করেছেন যে বিভিন্ন প্রস্তুতির পদ্ধতি LiMn2O4 ক্যাথোড উপকরণগুলির বৈদ্যুতিক 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।

Peng Zhengshun et al উল্লেখ করেছেন যে LiMn2O4 ক্যাথোড পদার্থের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্সের উপর একটি বৃহত্তর প্রভাব রয়েছে Rct-এর উচ্চ-তাপমাত্রা সলিড-ফেজ পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত হওয়া থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। সল-জেল পদ্ধতি দ্বারা, এবং এই ঘটনাটি লিথিয়াম আয়নগুলির মধ্যেও দেখা যায়। কারণটি মূলত পণ্যের স্ফটিকতা এবং রূপবিদ্যার উপর বিভিন্ন সংশ্লেষণ পদ্ধতির দুর্দান্ত প্রভাবের কারণে।

3. ফসফেট সিস্টেম ক্যাথোড উপকরণ নিম্ন তাপমাত্রা বৈশিষ্ট্য

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। 

স্পিনেল স্ট্রাকচার LiMn2O4 ক্যাথোড উপাদানে Co উপাদান থাকে না, তাই এতে কম খরচে এবং অ-বিষাক্ততার সুবিধা রয়েছে।

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।

এর চমৎকার ভলিউম স্থিতিশীলতা এবং নিরাপত্তার কারণে, LiFePO4, একত্রে ত্রিমাত্রিক উপকরণের সাথে, পাওয়ার ব্যাটারির জন্য বর্তমান ক্যাথোড সামগ্রীর প্রধান অংশ হয়ে উঠেছে। লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের দুর্বল নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যকারিতা প্রধানত কারণ উপাদানটি নিজেই একটি অন্তরক, কম ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা, দুর্বল লিথিয়াম আয়ন ডিফিউসিভিটি এবং নিম্ন তাপমাত্রায় দুর্বল পরিবাহিতা, যা ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে, ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। মেরুকরণ, এবং ব্যাটারি চার্জিং এবং ডিসচার্জিং বাধা দেয় তাই, কম তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা আদর্শ নয়।

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 কমে যায়।

যখন Gu Yijie এট আল কম তাপমাত্রায় LiFePO4 এর চার্জ এবং ডিসচার্জ আচরণ অধ্যয়ন করেন, তখন তারা দেখেন যে এর কুলম্বিক কার্যকারিতা 55°C থেকে 96% এবং -20°C এ 64% হয়েছে; ভোল্টেজ 55°C এ 3.11V থেকে কমে -20°C এ 2.62V-এ নেমে আসে।

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।

জিং এট আল LiFePO4 সংশোধন করতে ন্যানোকার্বন ব্যবহার করেছে এবং দেখেছে যে ন্যানোকার্বন পরিবাহী এজেন্ট যোগ করার পরে, LiFePO4 এর বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি তাপমাত্রার প্রতি কম সংবেদনশীল ছিল এবং পরিবর্তনের পরে, LiFePO4 এর ডিসচার্জ ভোল্টেজ 3.40 থেকে বৃদ্ধি পেয়েছে। 25°C-তে 3.09V-এ নেমে এসেছে, শুধুমাত্র 9.12% কমেছে এবং -25°C-এ এর ব্যাটারির কার্যকারিতা ছিল 57.3%, ন্যানোকার্বন পরিবাহী এজেন্ট ছাড়াই 53.4% ​​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।

সম্প্রতি, LiMnPO4 দারুণ আগ্রহ আকর্ষণ করেছে। গবেষণায় দেখা গেছে যে LiMnPO4 এর উচ্চ সম্ভাবনা (4.1V), দূষণ নেই, কম দাম এবং বড় নির্দিষ্ট ক্ষমতা (170mAh/g) এর সুবিধা রয়েছে। যাইহোক, LiFePO4-এর তুলনায় LiMnPO4-এর নিম্ন আয়নিক পরিবাহিতা হওয়ার কারণে, প্রায়ই Fe-কে আংশিকভাবে Mn প্রতিস্থাপন করতে ব্যবহার করা হয় LiMn0.8Fe0.2PO4 কঠিন দ্রবণ তৈরি করতে।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির জন্য নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণের নিম্ন তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপকরণের নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য

ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড সামগ্রীর তুলনায়, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলির নিম্ন-তাপমাত্রার অবনমনের ঘটনাটি আরও গুরুতর, প্রধানত নিম্নলিখিত তিনটি কারণে:

ক্যাথোড সামগ্রীর সাথে তুলনা করে, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড উপাদানগুলির নিম্ন-তাপমাত্রা অবনতির তিনটি প্রধান কারণ রয়েছে:

• কম-তাপমাত্রার উচ্চ হারে চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের সময়, ব্যাটারি মেরুকরণ তীব্র হয় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে প্রচুর পরিমাণে লিথিয়াম ধাতব জমা হয় এবং লিথিয়াম ধাতু এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে প্রতিক্রিয়া পণ্যগুলির সাধারণত পরিবাহিতা থাকে না;
• কম তাপমাত্রায় এবং উচ্চ হারে চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময়, ব্যাটারি মারাত্মকভাবে মেরুকরণ হয় এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে প্রচুর পরিমাণে ধাতব লিথিয়াম জমা হয় এবং ধাতব লিথিয়াম এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে প্রতিক্রিয়া পণ্য সাধারণত পরিবাহী হয় না;
  
• একটি থার্মোডাইনামিক দৃষ্টিকোণ থেকে, ইলেক্ট্রোলাইটে প্রচুর সংখ্যক মেরু গোষ্ঠী রয়েছে যেমন C-O এবং C-N, যা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পদার্থের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে, যার ফলে SEI ফিল্মগুলি নিম্ন তাপমাত্রার প্রভাবের জন্য বেশি সংবেদনশীল;
• থার্মোডাইনামিক দৃষ্টিকোণ থেকে, ইলেক্ট্রোলাইটে প্রচুর সংখ্যক মেরু গ্রুপ রয়েছে যেমন C–O এবং C–N, যা অ্যানোড উপাদানের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে এবং গঠিত SEI ফিল্ম নিম্ন তাপমাত্রার জন্য বেশি সংবেদনশীল;
  
• কম তাপমাত্রায় কার্বন নেগেটিভ ইলেক্ট্রোডে লিথিয়াম এম্বেড করা কঠিন, যার ফলে অসমমিত চার্জিং এবং ডিসচার্জিং হয়।
• কার্বন নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পক্ষে কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম ঢোকানো কঠিন, এবং চার্জ এবং স্রাবের মধ্যে অসমতা রয়েছে।
  

নিম্ন তাপমাত্রা ইলেক্ট্রোলাইট উপর গবেষণা

নিম্ন তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইট নিয়ে গবেষণা

ইলেক্ট্রোলাইট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে Li+ প্রেরণে ভূমিকা পালন করে এবং এর আয়ন পরিবাহিতা এবং SEI ফিল্ম গঠন কর্মক্ষমতা ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। নিম্ন-তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইটগুলির গুণমান বিচার করার জন্য তিনটি প্রধান সূচক রয়েছে: আয়ন পরিবাহিতা, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো এবং ইলেক্ট্রোড প্রতিক্রিয়া কার্যকলাপ। এই তিনটি সূচকের স্তর মূলত তাদের উপাদানগুলির উপর নির্ভর করে: দ্রাবক, ইলেক্ট্রোলাইট (লিথিয়াম সল্ট) এবং সংযোজন। অতএব, ইলেক্ট্রোলাইটের বিভিন্ন অংশের নিম্ন-তাপমাত্রার পারফরম্যান্সের অধ্যয়নটি ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা বোঝার এবং উন্নত করার জন্য অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

ইলেক্ট্রোলাইট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে Li+ পরিবহনে ভূমিকা পালন করে এবং এর আয়নিক পরিবাহিতা এবং SEI ফিল্ম-গঠন বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। নিম্ন-তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইটের গুণমান বিচার করার জন্য তিনটি প্রধান সূচক রয়েছে: আয়নিক পরিবাহিতা, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো এবং ইলেক্ট্রোড প্রতিক্রিয়া। দ্রাবক, ইলেক্ট্রোলাইট (লিথিয়াম লবণ) এবং সংযোজন এই তিনটি সূচকের মাত্রা তাদের উপাদানের উপর অনেকাংশে নির্ভর করে। অতএব, ইলেক্ট্রোলাইটের বিভিন্ন অংশের নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্যগুলির অধ্যয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা বোঝার এবং উন্নত করার জন্য অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।

• চেইন কার্বনেটের তুলনায়, ইসি ভিত্তিক ইলেক্ট্রোলাইটগুলির একটি কমপ্যাক্ট গঠন, উচ্চ মিথস্ক্রিয়া বল এবং উচ্চতর গলনাঙ্ক এবং সান্দ্রতা রয়েছে। যাইহোক, বৃত্তাকার কাঠামোর দ্বারা আনা বৃহৎ পোলারিটি প্রায়শই একটি উচ্চ অস্তরক ধ্রুবকের পরিণতি পায়। উচ্চ অস্তরক ধ্রুবক, উচ্চ আয়ন পরিবাহিতা, এবং EC দ্রাবকগুলির চমৎকার ফিল্ম-গঠন কার্যকারিতা কার্যকরভাবে দ্রাবক অণুগুলির সহ সন্নিবেশ রোধ করে, তাদের অপরিহার্য করে তোলে। অতএব, সর্বাধিক ব্যবহৃত নিম্ন-তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমগুলি ইসির উপর ভিত্তি করে এবং কম গলনাঙ্কের ছোট অণু দ্রাবকের সাথে মিশ্রিত হয়।
• চেইন কার্বনেটের সাথে তুলনা করে, ইসি-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোলাইটের নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য হল যে চক্রীয় কার্বনেটের একটি আঁটসাঁট গঠন, শক্তিশালী বল, উচ্চতর গলনাঙ্ক এবং সান্দ্রতা রয়েছে। যাইহোক, রিং গঠন দ্বারা আনা বৃহৎ পোলারিটি প্রায়শই এটিকে একটি বড় অস্তরক ধ্রুবক তৈরি করে। বড় অস্তরক ধ্রুবক, উচ্চ আয়ন পরিবাহিতা, এবং EC দ্রাবকগুলির চমৎকার ফিল্ম-গঠন বৈশিষ্ট্যগুলি কার্যকরভাবে দ্রাবক অণুগুলির সহ-সমন্বয়নকে বাধা দেয়, তাই তাদের অপরিহার্য করে তোলে, তাই, সর্বাধিক ব্যবহৃত নিম্ন-তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমগুলি EC এবং তারপরে মিশ্রিত ছোট। কম গলনাঙ্ক সঙ্গে অণু দ্রাবক.
  
• লিথিয়াম লবণ ইলেক্ট্রোলাইটের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। ইলেক্ট্রোলাইটে থাকা লিথিয়াম সল্ট শুধুমাত্র দ্রবণের আয়নিক পরিবাহিতাকে উন্নত করতে পারে না, কিন্তু দ্রবণে Li+এর বিচ্ছুরণ দূরত্বও কমাতে পারে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, দ্রবণে Li+এর ঘনত্ব যত বেশি হবে, এর আয়ন পরিবাহিতা তত বেশি হবে। যাইহোক, ইলেক্ট্রোলাইটে লিথিয়াম আয়নগুলির ঘনত্ব লিথিয়াম লবণের ঘনত্বের সাথে রৈখিকভাবে সম্পর্কযুক্ত নয়, বরং একটি প্যারাবোলিক আকৃতি প্রদর্শন করে। এর কারণ হল দ্রাবকের মধ্যে লিথিয়াম আয়নের ঘনত্ব নির্ভর করে দ্রাবকের মধ্যে লিথিয়াম লবণের বিচ্ছেদ এবং সংযোগের শক্তির উপর।

• লিথিয়াম লবণ ইলেক্ট্রোলাইটের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। ইলেক্ট্রোলাইটে থাকা লিথিয়াম লবণ শুধুমাত্র দ্রবণের আয়নিক পরিবাহিতা বাড়াতে পারে না, কিন্তু দ্রবণে Li+ এর বিচ্ছুরণ দূরত্বও কমাতে পারে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, দ্রবণে Li+ ঘনত্ব যত বেশি হবে, এর আয়নিক পরিবাহিতা তত বেশি হবে। যাইহোক, ইলেক্ট্রোলাইটে লিথিয়াম আয়ন ঘনত্ব লিথিয়াম লবণের ঘনত্বের সাথে রৈখিকভাবে সম্পর্কিত নয়, তবে প্যারাবোলিক। এর কারণ হল দ্রাবকের মধ্যে লিথিয়াম আয়নের ঘনত্ব দ্রাবকের লিথিয়াম লবণের বিচ্ছিন্নতা এবং সংযোগের শক্তির উপর নির্ভর করে।

  
  

নিম্ন তাপমাত্রা ইলেক্ট্রোলাইট উপর গবেষণা

নিম্ন তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইট নিয়ে গবেষণা

ব্যাটারি কম্পোজিশনের পাশাপাশি, ব্যবহারিক ক্রিয়াকলাপে প্রসেস ফ্যাক্টরগুলিও ব্যাটারির কার্যক্ষমতার উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলতে পারে।

ব্যাটারি কম্পোজিশনের পাশাপাশি, প্রকৃত অপারেশনে প্রসেস ফ্যাক্টরগুলিও ব্যাটারির পারফরম্যান্সের উপর দারুণ প্রভাব ফেলবে।

(1) প্রস্তুতি প্রক্রিয়া। ইয়াকুব প্রমুখ। LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/গ্রাফাইট ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার পারফরম্যান্সের উপর ইলেক্ট্রোড লোড এবং আবরণ পুরুত্বের প্রভাব অধ্যয়ন করে এবং দেখেছে যে ক্ষমতা ধরে রাখার ক্ষেত্রে, ইলেক্ট্রোড লোড যত ছোট হবে এবং আবরণ স্তর তত পাতলা হবে নিম্ন-তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা।

(1) প্রস্তুতি প্রক্রিয়া। ইয়াকুব এট আল LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/গ্রাফাইট ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর ইলেক্ট্রোড লোড এবং আবরণের পুরুত্বের প্রভাবগুলি অধ্যয়ন করেছেন এবং দেখেছেন যে ক্ষমতা ধরে রাখার ক্ষেত্রে, ইলেক্ট্রোড লোড যত ছোট হবে এবং আবরণ স্তর তত পাতলা হবে। , ভাল কম তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা.

(2) চার্জিং এবং ডিসচার্জিং অবস্থা। Petzl et al. ব্যাটারির সাইকেল লাইফের উপর কম-তাপমাত্রার চার্জিং এবং ডিসচার্জিং অবস্থার প্রভাব অধ্যয়ন করে এবং দেখা গেছে যে যখন স্রাবের গভীরতা বড় হয়, তখন এটি উল্লেখযোগ্য ক্ষমতা হ্রাস করে এবং চক্রের জীবনকে হ্রাস করে।

(2) চার্জ এবং স্রাব অবস্থা। Petzl et al. ব্যাটারি চক্রের জীবনের উপর কম-তাপমাত্রার চার্জ এবং স্রাব অবস্থার প্রভাব অধ্যয়ন করে এবং দেখেছে যে যখন স্রাবের গভীরতা বড় হয়, তখন এটি আরও বেশি ক্ষমতা হ্রাস করে এবং চক্রের জীবনকে কমিয়ে দেয়।

(3) অন্যান্য কারণ। পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, ছিদ্রের আকার, ইলেক্ট্রোডের ঘনত্ব, ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ভেজাতা এবং বিভাজক সবই লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। উপরন্তু, ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর উপাদান এবং প্রক্রিয়া ত্রুটির প্রভাব উপেক্ষা করা যাবে না।

(3) অন্যান্য কারণ। পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, ছিদ্রের আকার, ইলেক্ট্রোডের ইলেক্ট্রোড ঘনত্ব, ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের ভেজাতা এবং বিভাজক সবই লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। উপরন্তু, ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর উপকরণ এবং প্রক্রিয়াগুলির ত্রুটির প্রভাব উপেক্ষা করা যায় না।

সারসংক্ষেপ

সারসংক্ষেপ

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করতে, নিম্নলিখিত বিষয়গুলি ভালভাবে করা দরকার:

(1) একটি পাতলা এবং ঘন SEI ফিল্ম গঠন;

(2) নিশ্চিত করুন যে সক্রিয় পদার্থে Li+এর উচ্চ প্রসারণ সহগ রয়েছে;

(3) কম তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইটের উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা থাকে।

উপরন্তু, গবেষণা একটি ভিন্ন পদ্ধতি নিতে পারে এবং অন্য ধরনের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উপর ফোকাস করতে পারে - সমস্ত কঠিন অবস্থার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি। প্রচলিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির তুলনায়, সমস্ত সলিড-স্টেট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, বিশেষ করে সমস্ত সলিড-স্টেট থিন-ফিল্ম লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, কম তাপমাত্রায় ব্যবহৃত ব্যাটারির ক্ষমতা হ্রাস এবং সাইক্লিং নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যাগুলি সম্পূর্ণরূপে সমাধান করবে বলে আশা করা হচ্ছে।

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করার জন্য, নিম্নলিখিত বিষয়গুলি করা প্রয়োজন:

(1) একটি পাতলা এবং ঘন SEI ফিল্ম গঠন;

(2) নিশ্চিত করুন যে সক্রিয় উপাদানে Li+ এর একটি বড় প্রসারণ সহগ রয়েছে;

(3) কম তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইটের উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা রয়েছে।

উপরন্তু, গবেষণা অন্য ধরনের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি-অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উপর ফোকাস করার আরেকটি উপায় খুঁজে পেতে পারে। প্রচলিত লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সাথে তুলনা করে, অল-সলিড-স্টেট লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, বিশেষ করে অল-সলিড-স্টেট থিন-ফিল্ম লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি, ব্যাটারির ক্ষমতা ক্ষয় এবং সাইকেল নিরাপত্তার সমস্যা সম্পূর্ণরূপে সমাধান করবে বলে আশা করা হচ্ছে। নিম্ন তাপমাত্রা