لتیم بیٹری کی حفاظت

لیتھیم بیٹریاں پورٹیبلٹی اور تیز چارجنگ کے فوائد رکھتی ہیں، تو پھر بھی مارکیٹ میں لیڈ ایسڈ بیٹریاں اور دوسری ثانوی بیٹریاں کیوں گردش کر رہی ہیں؟
لاگت اور درخواست کے مختلف شعبوں کے مسائل کے علاوہ ایک اور وجہ سیکورٹی ہے۔
لتیم دنیا میں سب سے زیادہ فعال دھات ہے۔کیونکہ اس کی کیمیائی خصوصیات بہت زیادہ فعال ہیں، جب لتیم دھات ہوا کے سامنے آتی ہے، تو اس کا آکسیجن کے ساتھ شدید آکسیکرن ردعمل ہوتا ہے، اس لیے یہ دھماکے، دہن اور دیگر مظاہر کا شکار ہوتا ہے۔اس کے علاوہ، چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران لتیم بیٹری کے اندر ریڈوکس ری ایکشن بھی ہوگا۔دھماکا اور خود بخود دہن بنیادی طور پر لتیم بیٹری کے گرم ہونے کے بعد جمع، بازی اور رہائی کی وجہ سے ہوتے ہیں۔مختصراً، لیتھیم بیٹریاں چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران بہت زیادہ گرمی پیدا کریں گی، جو بیٹری کے اندرونی درجہ حرارت میں اضافے اور انفرادی بیٹریوں کے درمیان ناہموار درجہ حرارت کا باعث بنے گی، اس طرح بیٹری کی غیر مستحکم کارکردگی کا سبب بنتی ہے۔
تھرمل رن وے لتیم آئن بیٹری کے غیر محفوظ رویے (بشمول بیٹری اوور چارج اور اوور ڈسچارج، تیز چارج اور ڈسچارج، شارٹ سرکٹ، مکینیکل بیجا حالات، زیادہ درجہ حرارت تھرمل جھٹکا وغیرہ) بیٹری کے اندر خطرناک ضمنی رد عمل کو متحرک کرنے اور گرمی پیدا کرنے کا امکان ہے، منفی الیکٹروڈ اور مثبت الیکٹروڈ کی سطح پر غیر فعال فلم کو براہ راست نقصان پہنچانا۔
لیتھیم آئن بیٹریوں کے تھرمل بھاگنے والے حادثات کو متحرک کرنے کی بہت سی وجوہات ہیں۔ٹرگرنگ کی خصوصیات کے مطابق، اسے مکینیکل ابیوز ٹرگرنگ، برقی بدسلوکی ٹرگرنگ اور تھرمل ابیوز ٹرگرنگ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔مکینیکل بدسلوکی: گاڑیوں کے تصادم کی وجہ سے ایکیوپنکچر، اخراج اور بھاری چیز کے اثرات سے مراد؛الیکٹرک کا غلط استعمال: عام طور پر غلط وولٹیج کے انتظام یا برقی اجزاء کی خرابی کی وجہ سے، بشمول شارٹ سرکٹ، زیادہ چارج اور اوور ڈسچارج؛گرمی کا غلط استعمال: درجہ حرارت کے غلط انتظام کی وجہ سے زیادہ گرمی کی وجہ سے۔

متحرک کرنے کے یہ تین طریقے باہم مربوط ہیں۔مکینیکل غلط استعمال عام طور پر بیٹری ڈایافرام کی خرابی یا پھٹنے کا سبب بنتا ہے، جس کے نتیجے میں بیٹری کے مثبت اور منفی کھمبوں اور شارٹ سرکٹ کے درمیان براہ راست رابطہ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں بجلی کا غلط استعمال ہوتا ہے۔تاہم، بجلی کے غلط استعمال کی حالت میں، گرمی کی پیداوار جیسے جول ہیٹ بڑھ جاتی ہے، جس کی وجہ سے بیٹری کا درجہ حرارت بڑھتا ہے، جو گرمی کے غلط استعمال میں بدل جاتا ہے، اور بیٹری کے اندر چین قسم کے ہیٹ جنریشن سائیڈ ری ایکشن کو مزید متحرک کرتا ہے، اور آخر کار اس کی وجہ بنتا ہے۔ بیٹری کی گرمی بھاگنے کا۔
بیٹری تھرمل رن وے اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ بیٹری کی حرارت پیدا کرنے کی شرح گرمی کی کھپت کی شرح سے بہت زیادہ ہے، اور گرمی بڑی مقدار میں جمع ہوتی ہے لیکن وقت پر ختم نہیں ہوتی ہے۔خلاصہ یہ کہ "تھرمل رن وے" ایک مثبت انرجی فیڈ بیک سائیکل کا عمل ہے: بڑھتا ہوا درجہ حرارت سسٹم کے گرم ہونے کا سبب بنے گا، اور سسٹم کے گرم ہونے کے بعد درجہ حرارت بڑھے گا، جس کے نتیجے میں سسٹم زیادہ گرم ہو جائے گا۔
تھرمل بھاگنے کا عمل: جب بیٹری کا اندرونی درجہ حرارت بڑھتا ہے تو، SEI فلم کی سطح پر موجود SEI فلم اعلی درجہ حرارت کے تحت گل جاتی ہے، گریفائٹ میں سرایت شدہ لتیم آئن الیکٹرولائٹ اور بائنڈر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرے گا، جس سے بیٹری کے درجہ حرارت میں مزید اضافہ ہوگا۔ 150 ℃، اور اس درجہ حرارت پر ایک نیا پرتشدد exothermic رد عمل واقع ہو جائے گا.جب بیٹری کا درجہ حرارت 200 ℃ سے اوپر پہنچ جاتا ہے، تو کیتھوڈ کا مواد گل جاتا ہے، جس سے گرمی اور گیس کی ایک بڑی مقدار خارج ہوتی ہے، اور بیٹری ابلنا شروع ہو جاتی ہے اور مسلسل گرم ہوتی ہے۔لتیم ایمبیڈڈ انوڈ نے الیکٹرولائٹ کے ساتھ 250-350 ℃ پر رد عمل ظاہر کرنا شروع کیا۔چارج شدہ کیتھوڈ مواد پرتشدد سڑن کے رد عمل سے گزرنا شروع کر دیتا ہے، اور الیکٹرولائٹ پرتشدد آکسیکرن رد عمل سے گزرتا ہے، جس سے بڑی مقدار میں حرارت خارج ہوتی ہے، اعلی درجہ حرارت اور بڑی مقدار میں گیس پیدا ہوتی ہے، جس سے بیٹری دہن اور دھماکے ہوتی ہے۔
زیادہ چارج کے دوران لیتھیم ڈینڈرائٹ کی بارش کا مسئلہ: لتیم کوبیلیٹ بیٹری کے مکمل چارج ہونے کے بعد، لیتھیم آئنوں کی ایک بڑی مقدار مثبت الیکٹروڈ میں رہتی ہے۔کہنے کا مطلب یہ ہے کہ، کیتھوڈ کیتھوڈ کے ساتھ زیادہ لتیم آئنوں کو نہیں پکڑ سکتا، لیکن زیادہ چارج شدہ حالت میں، کیتھوڈ پر اضافی لتیم آئن اب بھی کیتھوڈ میں تیرتے رہیں گے۔کیونکہ وہ مکمل طور پر شامل نہیں ہوسکتے ہیں، دھاتی لتیم کیتھوڈ پر بن جائے گا.چونکہ یہ دھات لتیم ایک ڈینڈریٹک کرسٹل ہے، اس لیے اسے ڈینڈرائٹ کہا جاتا ہے۔اگر ڈینڈرائٹ بہت لمبا ہے تو، ڈایافرام کو چھیدنا آسان ہے، جس سے اندرونی شارٹ سرکٹ ہوتا ہے۔چونکہ الیکٹرولائٹ کا بنیادی جزو کاربونیٹ ہے، اس کا اگنیشن پوائنٹ اور بوائلنگ پوائنٹ کم ہے، اس لیے یہ زیادہ درجہ حرارت پر جل جائے گا یا پھٹ جائے گا۔

اگر یہ پولیمر لتیم بیٹری ہے، تو الیکٹرولائٹ کولائیڈل ہے، جو زیادہ پرتشدد دہن کا شکار ہے۔اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، سائنسدان محفوظ کیتھوڈ مواد کو تبدیل کرنے کی کوشش کرتے ہیں۔لتیم مینگنیٹ بیٹری کے مواد کے کچھ فوائد ہیں۔یہ اس بات کو یقینی بنا سکتا ہے کہ مثبت الیکٹروڈ کے لتیم آئن کو مکمل چارج حالت کے تحت منفی الیکٹروڈ کے کاربن ہول میں مکمل طور پر سرایت کیا جا سکتا ہے، بجائے اس کے کہ مثبت الیکٹروڈ جیسے لیتھیم کوبالیٹ میں کچھ باقیات ہوں، جو کسی حد تک اس کی نسل کو روکتا ہے۔ ڈینڈرائٹسلتیم مینگنیٹ کی مستحکم ساخت اس کی آکسیکرن کارکردگی کو لتیم کوبیلیٹ کے مقابلے میں بہت کم بناتی ہے۔یہاں تک کہ اگر کوئی بیرونی شارٹ سرکٹ ہے (اندرونی شارٹ سرکٹ کے بجائے)، یہ بنیادی طور پر لتیم دھات کی بارش کی وجہ سے ہونے والے دہن اور دھماکے سے بچ سکتا ہے۔لتیم آئرن فاسفیٹ میں اعلی تھرمل استحکام اور الیکٹرولائٹ کی کم آکسیکرن صلاحیت ہے، لہذا اس میں اعلی حفاظت ہے۔
لتیم آئن بیٹری کی عمر بڑھنے کی کشندگی صلاحیت کی کشندگی اور اندرونی مزاحمت میں اضافے سے ظاہر ہوتی ہے، اور اس کے اندرونی عمر بڑھانے کے طریقہ کار میں مثبت اور منفی فعال مواد کا نقصان اور دستیاب لتیم آئنوں کا نقصان شامل ہے۔جب کیتھوڈ کا مواد بوڑھا اور بوسیدہ ہو جاتا ہے، اور کیتھوڈ کی صلاحیت ناکافی ہوتی ہے، تو کیتھوڈ سے لیتھیم کے ارتقاء کا خطرہ زیادہ ہوتا ہے۔زیادہ خارج ہونے کی حالت میں، کیتھوڈ سے لیتھیم کی صلاحیت 3V سے اوپر ہو جائے گی، جو تانبے کی تحلیل کی صلاحیت سے زیادہ ہے، جس سے تانبے کے جمع کرنے والے کی تحلیل ہوتی ہے۔تحلیل شدہ تانبے کے آئن کیتھوڈ کی سطح پر تیز ہوں گے اور تانبے کے ڈینڈرائٹس بنائیں گے۔کاپر ڈینڈرائٹس ڈایافرام سے گزریں گے، جس سے اندرونی شارٹ سرکٹ ہو جائے گا، جو بیٹری کی حفاظتی کارکردگی کو سنجیدگی سے متاثر کرتا ہے۔
اس کے علاوہ، عمر رسیدہ بیٹریوں کی زیادہ چارج مزاحمت ایک خاص حد تک کم ہو جائے گی، جس کی بنیادی وجہ اندرونی مزاحمت میں اضافہ اور مثبت اور منفی فعال مادوں کی کمی ہے، جس کے نتیجے میں بیٹریوں کے زیادہ چارجنگ کے عمل کے دوران جول حرارت میں اضافہ ہوتا ہے۔کم اوور چارجنگ کے تحت، سائیڈ ری ایکشن شروع ہو سکتے ہیں، جس سے بیٹریاں تھرمل بھاگ جاتی ہیں۔تھرمل استحکام کے لحاظ سے، کیتھوڈ سے لیتھیم کا ارتقاء بیٹری کے تھرمل استحکام میں تیزی سے کمی کا باعث بنے گا۔
ایک لفظ میں، پرانی بیٹری کی حفاظت کی کارکردگی بہت کم ہو جائے گی، جس سے بیٹری کی حفاظت کو شدید خطرہ لاحق ہو جائے گا۔سب سے عام حل بیٹری انرجی اسٹوریج سسٹم کو بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) سے لیس کرنا ہے۔مثال کے طور پر، Tesla Model S میں استعمال ہونے والی 8000 18650 بیٹریاں بیٹری کے مختلف فزیکل پیرامیٹرز کی حقیقی وقت میں نگرانی کر سکتی ہیں، بیٹری کے استعمال کی صورتحال کا جائزہ لے سکتی ہیں، اور اس کے بیٹری مینجمنٹ سسٹم کے ذریعے آن لائن تشخیص اور ابتدائی وارننگ کر سکتی ہیں۔ایک ہی وقت میں، یہ ڈسچارج اور پری چارج کنٹرول، بیٹری بیلنس مینجمنٹ اور تھرمل مینجمنٹ بھی انجام دے سکتا ہے۔