લિથિયમ આયન બેટરી શું છે - ઉપકરણ અને પ્રકારો

ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની ગતિશીલતાનું મુખ્ય તત્વ રિચાર્જેબલ બેટરી (ACB) છે. તેમની સૌથી લાંબી સ્વાયત્તતાને સુનિશ્ચિત કરવા માટે વધતી જતી માંગ આ ક્ષેત્રમાં સતત સંશોધનને ઉત્તેજીત કરે છે અને નવા તકનીકી ઉકેલોના ઉદભવ તરફ દોરી જાય છે.

વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી નિકલ-કેડમિયમ (Ni-Cd) અને નિકલ-મેટલ હાઈડ્રાઈડ (Ni-MH) બેટરીઓ પાસે વૈકલ્પિક છે - પ્રથમ લિથિયમ બેટરી અને પછી વધુ અદ્યતન લિથિયમ-આયન (Li-ion) બેટરી.

દેખાવનો ઇતિહાસ

આવી પ્રથમ બેટરી 70 ના દાયકામાં દેખાઈ હતી. છેલ્લી સદી. વધુ અદ્યતન લાક્ષણિકતાઓને કારણે તેઓએ તરત જ માંગ મેળવી. તત્વોનો એનોડ મેટાલિક લિથિયમથી બનેલો હતો, જેનાં ગુણધર્મોએ ચોક્કસ ઊર્જા વધારવાનું શક્ય બનાવ્યું હતું. આ રીતે લિથિયમ બેટરીનો જન્મ થયો.

નવી બેટરીઓમાં નોંધપાત્ર ખામી હતી - વિસ્ફોટ અને ઇગ્નીશનનું વધતું જોખમ.કારણ ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર લિથિયમ ફિલ્મની રચનામાં રહેલું છે, જે તાપમાનની સ્થિરતાના ઉલ્લંઘન તરફ દોરી જાય છે. મહત્તમ લોડના ક્ષણે, બેટરી વિસ્ફોટ કરી શકે છે.

ટેક્નોલોજીના શુદ્ધિકરણને લીધે બેટરીના ઘટકોમાં શુદ્ધ લિથિયમનો ત્યાગ કરવામાં આવ્યો છે અને તેના હકારાત્મક ચાર્જ આયનોનો ઉપયોગ કરવાની તરફેણમાં છે. લિથિયમ-આયન બેટરી એક સારો ઉપાય સાબિત થયો.

આ પ્રકારની આયન બેટરી ઉચ્ચ સલામતી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે ઉર્જા ઘનતામાં થોડો ઘટાડો થવાના ખર્ચે મેળવવામાં આવે છે, પરંતુ સતત તકનીકી પ્રગતિએ આ સૂચકમાં નુકસાનને ન્યૂનતમ ઘટાડવાનું શક્ય બનાવ્યું છે.

ઉપકરણ

કાર્બન સામગ્રી (ગ્રેફાઇટ) કેથોડ અને કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ એનોડ સાથેની બેટરીના વિકાસ પછી ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં લિથિયમ-આયન બેટરીની રજૂઆતને સફળતા મળી.

બેટરી ડિસ્ચાર્જની પ્રક્રિયામાં, લિથિયમ આયનોને કેથોડ સામગ્રીમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે અને વિપરીત ઇલેક્ટ્રોડના કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડમાં સમાવવામાં આવે છે; ચાર્જ કરતી વખતે, પ્રક્રિયા વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે. આમ, લિથિયમ આયનો એક વિદ્યુતપ્રવાહ બનાવે છે, એક ઇલેક્ટ્રોડથી બીજામાં જાય છે.

લિ-આયન બેટરીઓ નળાકાર અને પ્રિઝમેટિક વર્ઝનમાં બનાવવામાં આવે છે. નળાકાર બંધારણમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-ઇમ્પ્રિગ્નેટેડ સામગ્રી દ્વારા અલગ કરાયેલા સપાટ ઇલેક્ટ્રોડના બે રિબનને વળેલું અને સીલબંધ મેટલ કેસમાં મૂકવામાં આવે છે. કેથોડ સામગ્રી એલ્યુમિનિયમ ફોઇલ પર જમા થાય છે, અને એનોડ સામગ્રી કોપર ફોઇલ પર જમા થાય છે.

એક પ્રિઝમેટિક બેટરી ડિઝાઇન એકબીજાની ટોચ પર લંબચોરસ પ્લેટોને સ્ટેક કરીને મેળવવામાં આવે છે. બેટરીનો આ આકાર ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણના લેઆઉટને વધુ ગાઢ બનાવવાનું શક્ય બનાવે છે. સર્પાકારમાં ટ્વિસ્ટેડ રોલ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે પ્રિઝમેટિક બેટરીઓ પણ બનાવવામાં આવે છે.

ઓપરેશન અને સર્વિસ લાઇફ

લિથિયમ-આયન બેટરીનું લાંબુ, સંપૂર્ણ અને સલામત સંચાલન શક્ય છે જો ઓપરેટિંગ નિયમોનું અવલોકન કરવામાં આવે, તો તેમની અવગણના કરવાથી ઉત્પાદનનું જીવન માત્ર ઘટશે નહીં, પરંતુ નકારાત્મક પરિણામો તરફ દોરી શકે છે.

શોષણ

લિ-આયન બેટરીના સંચાલન માટેની મુખ્ય આવશ્યકતા તાપમાનની ચિંતા કરે છે - ઓવરહિટીંગને મંજૂરી આપવી જોઈએ નહીં. ઉચ્ચ તાપમાન મહત્તમ નુકસાન પહોંચાડી શકે છે, અને ઓવરહિટીંગનું કારણ બંને બાહ્ય સ્ત્રોત અને બેટરી ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જ કરવાના તણાવપૂર્ણ મોડ્સ હોઈ શકે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, 45°C સુધી ગરમ થવાથી બેટરી ચાર્જ રાખવાની ક્ષમતામાં 2 ગણો ઘટાડો થાય છે. જ્યારે ઉપકરણ લાંબા સમય સુધી સૂર્યના સંપર્કમાં હોય અથવા ઉર્જા-સઘન એપ્લિકેશન ચલાવતા હોય ત્યારે આ તાપમાન સરળતાથી પહોંચી જાય છે.

જો ઉત્પાદન વધુ ગરમ થાય છે, તો તેને ઠંડી જગ્યાએ મૂકવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે, તેને બંધ કરવું અને બેટરી દૂર કરવી વધુ સારું છે.

ઉનાળાની ગરમીમાં બેટરીના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન માટે, તમારે ઉર્જા-બચત મોડનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ, જે મોટાભાગના મોબાઈલ ઉપકરણો પર ઉપલબ્ધ છે.

નીચા તાપમાનની આયન બેટરી પર પણ નકારાત્મક અસર પડે છે; -4°C થી નીચેના તાપમાને, બેટરી હવે સંપૂર્ણ શક્તિ આપી શકતી નથી.

પરંતુ ઠંડી એ Li-Ion બેટરી માટે ઊંચા તાપમાન જેટલી હાનિકારક નથી અને મોટાભાગે કાયમી નુકસાન થતું નથી. ઓરડાના તાપમાને ગરમ થયા પછી, બેટરીના કાર્યકારી ગુણધર્મો સંપૂર્ણપણે પુનઃસ્થાપિત થાય છે તે હકીકત હોવા છતાં, તમારે ઠંડીમાં ક્ષમતામાં ઘટાડો વિશે ભૂલવું જોઈએ નહીં.

લિ-આયન બેટરીના ઉપયોગ માટે અન્ય ભલામણો એ છે કે તેને ઊંડે વિસર્જિત થવાથી અટકાવવી. ઘણી જૂની પેઢીની બેટરીઓમાં મેમરી અસર હોય છે જેને કારણે તેમને શૂન્ય પર ડિસ્ચાર્જ કરવાની અને પછી સંપૂર્ણ ચાર્જ કરવાની જરૂર પડે છે.લિ-આયન બેટરીમાં આ અસર હોતી નથી, અને સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જના અલગ કિસ્સાઓ નકારાત્મક પરિણામો તરફ દોરી જતા નથી, પરંતુ સતત ઊંડા ડિસ્ચાર્જ નુકસાનકારક છે. જ્યારે ચાર્જ લેવલ 30% હોય ત્યારે ચાર્જરને કનેક્ટ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે.

આજીવન

લિ-આયન બેટરીનું અયોગ્ય સંચાલન તેમની સર્વિસ લાઇફ 10-12 ગણી ઘટાડી શકે છે. આ સમયગાળો ચાર્જિંગ ચક્રની સંખ્યા પર સીધો આધાર રાખે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે લિ-આયન પ્રકારની બેટરી 500 થી 1000 ચક્ર સુધી ટકી શકે છે, સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જને ધ્યાનમાં લેતા. આગલા ચાર્જ પહેલાં બાકી રહેલા ચાર્જની ઊંચી ટકાવારી બેટરીની આવરદામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.

લિ-આયન બેટરી લાઇફનો સમયગાળો મોટાભાગે ઓપરેટિંગ શરતો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવતો હોવાથી, આ બેટરીઓ માટે ચોક્કસ સર્વિસ લાઇફ આપવી અશક્ય છે. સરેરાશ, જો જરૂરી નિયમોનું પાલન કરવામાં આવે તો આ પ્રકારની બેટરી 7-10 વર્ષ ચાલવાની અપેક્ષા રાખી શકાય છે.

ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા

ચાર્જ કરતી વખતે, ચાર્જર સાથે બેટરીના વધુ પડતા લાંબા જોડાણને ટાળો. લિથિયમ-આયન બેટરીની સામાન્ય કામગીરી 3.6 V કરતા વધુ ન હોય તેવા વોલ્ટેજ પર થાય છે. ચાર્જર ચાર્જિંગ દરમિયાન બેટરી ઇનપુટને 4.2 V સપ્લાય કરે છે. જો ચાર્જ કરવાનો સમય ઓળંગી જાય, તો બેટરીમાં અનિચ્છનીય ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ થઈ શકે છે, જે ઓવરહિટીંગ તરફ દોરી જશે. તમામ આગામી પરિણામો સાથે.

વિકાસકર્તાઓએ આવી સુવિધાને ધ્યાનમાં લીધી - આધુનિક લિ-આયન બેટરીના ચાર્જની સલામતી એક વિશિષ્ટ બિલ્ટ-ઇન ઉપકરણ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે જે ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાને બંધ કરે છે જ્યારે વોલ્ટેજ અનુમતિપાત્ર સ્તરથી ઉપર વધે છે.

લિથિયમ બેટરીઓ માટે, બે-સ્ટેજ ચાર્જિંગ પદ્ધતિ યોગ્ય છે.પ્રથમ તબક્કે, બેટરીને ચાર્જ કરવી આવશ્યક છે, સતત ચાર્જિંગ વર્તમાન પ્રદાન કરે છે, બીજા તબક્કામાં સતત વોલ્ટેજ અને ચાર્જિંગ વર્તમાનમાં ધીમે ધીમે ઘટાડો સાથે હાથ ધરવામાં આવશ્યક છે. આવા અલ્ગોરિધમ મોટાભાગના ઘરગથ્થુ ચાર્જરમાં હાર્ડવેરમાં લાગુ કરવામાં આવે છે.

સંગ્રહ અને નિકાલ

લિથિયમ-આયન બેટરી લાંબા સમય સુધી સંગ્રહિત કરી શકાય છે, સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દર વર્ષે 10-20% છે. પરંતુ તે જ સમયે, ઉત્પાદનની લાક્ષણિકતાઓમાં ધીમે ધીમે ઘટાડો (અધોગતિ) થાય છે.

આવી બેટરીઓને +5 ... + 25 ° સે તાપમાને ભેજથી સુરક્ષિત જગ્યાએ સંગ્રહિત કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે. મજબૂત સ્પંદનો, અસરો અને ખુલ્લી જ્યોતની નિકટતા અસ્વીકાર્ય છે.

લિથિયમ-આયન કોષોને રિસાયક્લિંગ કરવાની પ્રક્રિયા યોગ્ય લાયસન્સ ધરાવતા વિશિષ્ટ સાહસો પર હાથ ધરવામાં આવશ્યક છે. રિસાયકલ કરેલી બેટરીમાંથી લગભગ 80% સામગ્રીનો નવી બેટરીના ઉત્પાદનમાં ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે.

સલામતી

લિથિયમ-આયન બેટરી, લઘુચિત્ર કદની પણ, વિસ્ફોટક સ્વયંસ્ફુરિત કમ્બશનના જોખમથી ભરપૂર છે. આ પ્રકારની બેટરીની આ વિશેષતા માટે વિકાસથી લઈને ઉત્પાદન અને સંગ્રહ સુધીના તમામ તબક્કે સલામતીનાં પગલાંનું પાલન જરૂરી છે.

ઉત્પાદન દરમિયાન લિ-આયન બેટરીની સલામતી સુધારવા માટે, તેમના કેસમાં એક નાનું ઇલેક્ટ્રોનિક બોર્ડ મૂકવામાં આવે છે - એક મોનિટરિંગ અને કંટ્રોલ સિસ્ટમ જે ઓવરલોડ અને ઓવરહિટીંગને દૂર કરવા માટે રચાયેલ છે. જ્યારે તાપમાન પૂર્વનિર્ધારિત મર્યાદાથી ઉપર વધે ત્યારે ઈલેક્ટ્રોનિક મિકેનિઝમ સર્કિટના પ્રતિકારને વધારે છે. કેટલાક બેટરી મોડલ્સમાં બિલ્ટ-ઇન મિકેનિકલ સ્વીચ હોય છે જે જ્યારે બેટરીની અંદરનું દબાણ વધે છે ત્યારે સર્કિટ તોડી નાખે છે.

ઉપરાંત, કટોકટીના કિસ્સામાં દબાણને દૂર કરવા માટે બેટરીના કેસોમાં ઘણીવાર સલામતી વાલ્વ સ્થાપિત કરવામાં આવે છે.

લિથિયમ બેટરીના ફાયદા અને ગેરફાયદા

આ પ્રકારની બેટરીના ફાયદા છે:

• ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા;
• કોઈ મેમરી અસર નથી;
• લાંબી સેવા જીવન;
• નીચા સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દર;
• જાળવણીની જરૂર નથી;
• પ્રમાણમાં વિશાળ તાપમાન શ્રેણી પર સતત ઓપરેટિંગ પરિમાણોની ખાતરી કરવી.

તેમાં લિથિયમ બેટરી અને ગેરફાયદા છે, આ છે:

• સ્વયંસ્ફુરિત કમ્બશનનું જોખમ;
• તેના પુરોગામી કરતાં ઊંચી કિંમત;
• બિલ્ટ-ઇન કંટ્રોલરની જરૂરિયાત;
• ઊંડા સ્રાવની અનિચ્છનીયતા.

લિ-આયન બેટરીના ઉત્પાદન માટેની તકનીકોમાં સતત સુધારો કરવામાં આવી રહ્યો છે, ઘણી ખામીઓ ધીમે ધીમે ભૂતકાળની વાત બની રહી છે.

એપ્લિકેશન વિસ્તાર

લિથિયમ-આયન બેટરીની ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા તેમના એપ્લિકેશનના મુખ્ય ક્ષેત્રને નિર્ધારિત કરે છે - મોબાઇલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો: લેપટોપ, ટેબ્લેટ, સ્માર્ટફોન, વિડિયો કેમેરા, કેમેરા, નેવિગેશન સિસ્ટમ્સ, વિવિધ બિલ્ટ-ઇન સેન્સર અને અન્ય સંખ્યાબંધ ઉત્પાદનો.

આ બેટરીઓના નળાકાર સ્વરૂપના પરિબળનું અસ્તિત્વ તેમને ફ્લેશલાઇટ, લેન્ડલાઇન ફોન અને અન્ય ઉપકરણોમાં ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે જે અગાઉ નિકાલજોગ બેટરીમાંથી પાવરનો ઉપયોગ કરતા હતા.

બેટરી બનાવવાના લિથિયમ-આયન સિદ્ધાંતમાં ઘણી જાતો છે, પ્રકારો વપરાયેલી સામગ્રીના પ્રકારમાં અલગ પડે છે (લિથિયમ-કોબાલ્ટ, લિથિયમ-મેંગેનીઝ, લિથિયમ-નિકલ-મેંગેનીઝ-કોબાલ્ટ-ઓક્સાઇડ, વગેરે). તેમાંના દરેકનો પોતાનો અવકાશ છે.

મોબાઇલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉપરાંત, લિથિયમ-આયન બેટરીના જૂથનો ઉપયોગ નીચેના ક્ષેત્રોમાં થાય છે:

• હાથથી પકડેલા પાવર ટૂલ્સ;
• પોર્ટેબલ તબીબી સાધનો;
• અવિરત વીજ પુરવઠો;
• સુરક્ષા સિસ્ટમો;
• કટોકટી લાઇટિંગ મોડ્યુલો;
• સૌર સંચાલિત સ્ટેશનો;
• ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને ઇલેક્ટ્રિક સાયકલ.

લિથિયમ-આયન ટેક્નોલૉજીના સતત સુધારણા અને નાના કદ સાથે ઉચ્ચ-ક્ષમતા ધરાવતી બેટરી બનાવવાની સફળતાને ધ્યાનમાં લેતા, આવી બેટરીઓ માટે એપ્લિકેશનના વિસ્તરણની આગાહી કરવી શક્ય છે.

માર્કિંગ

લિથિયમ-આયન બેટરીના પરિમાણો ઉત્પાદનના મુખ્ય ભાગ પર છાપવામાં આવે છે, જ્યારે ઉપયોગમાં લેવાતા કોડિંગ વિવિધ કદ માટે નોંધપાત્ર રીતે અલગ હોઈ શકે છે. બધા ઉત્પાદકો માટે એક જ બેટરી લેબલિંગ સ્ટાન્ડર્ડ હજી વિકસિત કરવામાં આવ્યું નથી, પરંતુ તમારા પોતાના પર સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિમાણો શોધવાનું હજી પણ શક્ય છે.

માર્કિંગ લાઇનમાંના અક્ષરો કોષનો પ્રકાર અને વપરાયેલી સામગ્રી સૂચવે છે: પ્રથમ અક્ષર I એટલે લિથિયમ-આયન ટેક્નોલોજી, પછીનો અક્ષર (C, M, F અથવા N) રાસાયણિક રચનાને સ્પષ્ટ કરે છે, ત્રીજા અક્ષર R નો અર્થ છે કે સેલ રિચાર્જેબલ છે (રિચાર્જેબલ).

કદના નામમાંની સંખ્યાઓ મિલીમીટરમાં બેટરીનું કદ સૂચવે છે: પ્રથમ બે નંબરો વ્યાસ છે, અને અન્ય બે લંબાઈ છે. ઉદાહરણ તરીકે, 18650 એ 18 એમએમનો વ્યાસ અને 65 એમએમની લંબાઈ સૂચવે છે, 0 એ નળાકાર સ્વરૂપનું પરિબળ સૂચવે છે.

શ્રેણીમાં છેલ્લા અક્ષરો અને સંખ્યાઓ દરેક ઉત્પાદક માટે વિશિષ્ટ કન્ટેનર માર્કિંગ છે. ઉત્પાદનની તારીખ સૂચવવા માટે કોઈ સમાન ધોરણો પણ નથી.

સમાન લેખો: