লিথিয়াম ব্যাটারিতে কম-তাপমাত্রার চার্জিংয়ের প্রভাব অপরিবর্তনীয়
Sep 22, 2023
কম তাপমাত্রায় ব্যাটারি চার্জ করা বা ডিসচার্জ করলে ব্যাটারির অপরিবর্তনীয় ক্ষতি হবে, যার ফলে ক্ষমতা কমে যাবে এবং গুরুতর নিরাপত্তা ঝুঁকি হবে। অতি-নিম্ন তাপমাত্রায় (-20 ডিগ্রি) দীর্ঘমেয়াদী স্টোরেজ ব্যাটারির অপরিবর্তনীয় ক্ষতির কারণ হবে এবং এর ক্ষমতা হ্রাস করবে।
1. কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি চার্জ করার পুরো প্রক্রিয়া
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ইতিবাচক পর্যায় হল সাধারণত ত্রিনারি (NCM), লিথিয়াম আয়রন ফসফেট ব্যাটারি (LFP) এবং লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারি (LCO), এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড হল গ্রাফাইট (Gr)। যখন ব্যাটারি চার্জ করা হয়, লিথিয়াম আয়নগুলি লিথিয়াম ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইট ডায়াফ্রাম জুড়ে ধনাত্মক জালি ধ্রুবক থেকে ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডে চলে যায় এবং গ্রাফাইট কঠিন স্তরে স্থাপন করা হয়। চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময়, এটি বোঝা যায় যে এটি গ্রাফাইট নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের কঠিন স্তর থেকে বেরিয়ে যায় এবং তারপরে ধনাত্মক জালি ধ্রুবকটিতে ফিরে আসে।
যখন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি কাঠামোর তাপমাত্রা এবং চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া কম হয়, তখন আণবিক গতি কার্যক্ষমতা হ্রাস পায়, সম্পূর্ণ প্রতিক্রিয়া হার এবং উপাদান স্থানান্তর প্রক্রিয়া ধীর হয়ে যায়, তাই ব্যাটারিতে সবচেয়ে সুস্পষ্ট মন্থরতা হল লিথিয়াম- গ্রাফাইট (নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড) কঠিন স্তর এবং ধনাত্মক ক্রম জালি ধ্রুবক মধ্যে লিথিয়াম অণুর আয়ন/ পরিবহন। তাই বৈদ্যুতিক পর্যায়ে এবং লিথিয়াম ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইট পাতায় প্রচুর পরিমাণে লিথিয়াম জমা হয়। যখন ব্যাটারি চার্জ করা হচ্ছে, লিথিয়াম আয়নগুলিকে গ্রাফাইট স্তরে চেপে দেওয়া যাবে না এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে থাকবে, ধাতব লিথিয়ামে পরিণত হবে এবং লিথিয়াম ডেনড্রাইটে জমা হবে। চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি ইতিবাচক স্তরের জালি ধ্রুবকের পৃষ্ঠে চেপে যায়, যা সহজেই পজিটিভ স্টেজটি ফাটতে পারে।
2. নিম্ন-তাপমাত্রার ব্যাটারি চার্জিং লিথিয়াম বৃষ্টিপাত ঘটায়, যার ফলে সুস্পষ্ট নিরাপত্তা ঝুঁকি
লিথিয়াম ডেনড্রাইটের বৃদ্ধির প্রক্রিয়া: একটি সাধারণ ব্যাটারি চার্জ করার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি সুশৃঙ্খলভাবে গ্রাফাইটের কঠিন স্তরে প্রবেশ করে, যার ফলে একটি ইন্টারক্যালেশন প্রতিক্রিয়া ঘটে। যাইহোক, একটি কম-তাপমাত্রার ব্যাটারি চার্জ করার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি গ্রাফাইট স্তরে চাপ দিতে পারে না এবং সর্বদা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে ইলেকট্রনিক ডিভাইস দ্বারা শোষিত হবে এবং ধাতব লিথিয়ামে পরিণত হবে, যার ফলে একটি রূপান্তর প্রতিক্রিয়া হয় (প্রতিক্রিয়া সম্ভাব্য পার্থক্য ইন্টারক্যালেশন প্রতিক্রিয়ার চেয়ে কম, যা ঘটতে আরও কঠিন বলে বোঝা যায়। যাইহোক, ইন্টারক্যালেশন বিক্রিয়ার পদার্থগুলির জন্য ছড়িয়ে পড়া কঠিন, যার ফলে কম তাপমাত্রায় রূপান্তর প্রতিক্রিয়া সহজে ঘটতে পারে) এবং লিথিয়াম ডেনড্রাইটে জমা হয়। আমরা সবাই নবম-গ্রেডের রসায়নে শিখেছি, ধাতব লিথিয়াম খুব প্রতিক্রিয়াশীল এবং লিথিয়াম ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে অবিলম্বে প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে। ফলস্বরূপ রাসায়নিক উপাদানগুলিও অপরিবর্তনীয়, যার ফলে ক্ষমতা হ্রাস পায়। উপরন্তু, ধাতব লিথিয়াম ক্রমাগত বৃদ্ধি এবং বিকাশ করতে থাকে এবং ডায়াফ্রামকে ছিদ্র করা এবং ইতিবাচক পর্যায়ের সাথে সংযোগ করা খুব সহজ, অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট ব্যর্থতা সৃষ্টি করে এবং সহজেই আরও গুরুতর নিরাপত্তা দুর্ঘটনা ঘটায়।
3. নিম্ন-তাপমাত্রার চার্জিং এবং ডিসচার্জিং ইতিবাচক-স্তরের কণাগুলির ক্র্যাকিং প্ররোচিত করে
কম-তাপমাত্রার চার্জিং এবং ডিসচার্জিংয়ের সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি ধনাত্মক-স্তরের জালি ধ্রুবকের পৃষ্ঠে চেপে যায়, যা সহজেই ইতিবাচক-স্তরের সক্রিয় কণাগুলির ক্র্যাকিং হতে পারে। একদিকে, এটি ইতিবাচক শক্তির কাঁচামালের ক্ষতি করে, যার ফলে ক্ষমতার ক্ষতি হয়। উপরন্তু, ইতিবাচক ইলেক্ট্রোডে অতিরিক্ত রাসায়নিক উপাদানের বর্ষণ নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত হবে এবং ধাতব কণাতে রূপান্তরিত হবে, লিথিয়াম সঞ্চয়নকে প্ররোচিত করবে।
4. কম তাপমাত্রার স্টোরেজ ব্যাটারির ক্ষমতা হ্রাস করে
সম্প্রতি, কিছু গবেষক আবিষ্কার করেছেন যে ব্যাটারিটি শুধুমাত্র 48 ঘন্টার জন্য কম তাপমাত্রায় সংরক্ষণ করা হয়েছিল, এবং তারপর বিশ্রামের জন্য ঘরের তাপমাত্রায় রাখা হয়েছিল, এবং তারপর ক্ষমতা পরীক্ষা করা হয়েছিল। এটি পাওয়া গেছে যে দীর্ঘ সময়ের জন্য উচ্চ তাপমাত্রায় ভিজিয়ে রাখা ব্যাটারির জন্য, স্বল্প হারে (ধীরে চার্জ) চার্জ করা হলে ক্ষমতা 3.2% হ্রাস পাবে, তবে যখন বড় হারে (দ্রুত চার্জ) চার্জ করা হবে তখন ক্ষমতা হ্রাস পাবে। 6% কমেছে।
ক্ষমতা হ্রাসের কারণগুলি হল:
1) নিম্ন তাপমাত্রা ইতিবাচক পর্যায়ে ক্র্যাকিং বৃদ্ধি করে।
2) নিম্ন তাপমাত্রার কারণে ইতিবাচক-স্তরের কণাগুলি ঘোরাতে পারে, যার ফলে তারা আঠালো থেকে দূরে সরে যায় এবং ফটো ইলেক্ট্রোক্যাটালিটিক কার্যকলাপ হারাতে পারে।
