लिथियम आयन बॅटरी म्हणजे काय - उपकरण आणि प्रकार

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या गतिशीलतेचा मुख्य घटक म्हणजे रिचार्जेबल बॅटरी (ACB). त्यांची प्रदीर्घ स्वायत्तता सुनिश्चित करण्यासाठी वाढत्या मागण्या या क्षेत्रातील सतत संशोधनाला चालना देतात आणि नवीन तांत्रिक उपायांचा उदय होतो.

मोठ्या प्रमाणात वापरल्या जाणार्‍या निकेल-कॅडमियम (Ni-Cd) आणि निकेल-मेटल हायड्राइड (Ni-MH) बॅटरियांना पर्याय आहे - प्रथम लिथियम बॅटरी आणि नंतर अधिक प्रगत लिथियम-आयन (ली-आयन) बॅटरी.

देखावा इतिहास

अशा पहिल्या बॅटरी 70 च्या दशकात दिसू लागल्या. गेल्या शतकात. अधिक प्रगत वैशिष्ट्यांमुळे त्यांना त्वरित मागणी वाढली. घटकांचा एनोड धातूचा लिथियमचा बनलेला होता, ज्याच्या गुणधर्मांमुळे विशिष्ट ऊर्जा वाढवणे शक्य झाले. अशा प्रकारे लिथियम बॅटरीचा जन्म झाला.

नवीन बॅटरीमध्ये लक्षणीय कमतरता होती - स्फोट आणि इग्निशनचा वाढलेला धोका.इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर लिथियम फिल्म तयार होण्याचे कारण होते, ज्यामुळे तापमान स्थिरतेचे उल्लंघन होते. कमाल लोडच्या क्षणी, बॅटरीचा स्फोट होऊ शकतो.

तंत्रज्ञानाच्या परिष्कृततेमुळे बॅटरीच्या घटकांमध्ये शुद्ध लिथियमचा त्याग केला गेला आहे ज्यामुळे त्याचे सकारात्मक चार्ज केलेले आयन वापरण्यात आले. लिथियम-आयन बॅटरी एक चांगला उपाय असल्याचे सिद्ध झाले.

या प्रकारची आयन बॅटरी उच्च सुरक्षिततेद्वारे दर्शविली जाते, जी ऊर्जा घनतेमध्ये किंचित घट झाल्यामुळे प्राप्त होते, परंतु सतत तांत्रिक प्रगतीमुळे या निर्देशकातील तोटा कमीतकमी कमी करणे शक्य झाले आहे.

साधन

कार्बन मटेरियल (ग्रेफाइट) कॅथोड आणि कोबाल्ट ऑक्साईड एनोड असलेल्या बॅटरीच्या विकासानंतर ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगात लिथियम-आयन बॅटरीच्या परिचयाला एक प्रगती मिळाली.

बॅटरी डिस्चार्जच्या प्रक्रियेत, कॅथोड सामग्रीमधून लिथियम आयन काढले जातात आणि विरुद्ध इलेक्ट्रोडच्या कोबाल्ट ऑक्साईडमध्ये समाविष्ट केले जातात; चार्जिंग करताना, प्रक्रिया उलट दिशेने पुढे जाते. अशाप्रकारे, लिथियम आयन विद्युत प्रवाह तयार करतात, एका इलेक्ट्रोडपासून दुसऱ्या इलेक्ट्रोडमध्ये जातात.

लि-आयन बॅटरी बेलनाकार आणि प्रिझमॅटिक आवृत्त्यांमध्ये तयार केल्या जातात. बेलनाकार संरचनेत, इलेक्ट्रोलाइट-इंप्रेग्नेटेड सामग्रीद्वारे विभक्त केलेल्या सपाट इलेक्ट्रोडच्या दोन रिबन्स, गुंडाळल्या जातात आणि सीलबंद धातूच्या केसमध्ये ठेवल्या जातात. कॅथोड सामग्री अॅल्युमिनियम फॉइलवर जमा केली जाते, आणि एनोड सामग्री तांबे फॉइलवर जमा केली जाते.

एक प्रिझमॅटिक बॅटरी डिझाइन एकमेकांच्या वर आयताकृती प्लेट्स स्टॅक करून प्राप्त केले जाते. बॅटरीचा हा आकार इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाचा लेआउट अधिक दाट करणे शक्य करतो. सर्पिलमध्ये गुंडाळलेल्या इलेक्ट्रोडसह प्रिझमॅटिक बॅटरी देखील तयार केल्या जातात.

ऑपरेशन आणि सेवा जीवन

ऑपरेटिंग नियमांचे पालन केल्यास लिथियम-आयन बॅटरीचे दीर्घ, पूर्ण आणि सुरक्षित ऑपरेशन शक्य आहे, त्यांच्याकडे दुर्लक्ष केल्याने केवळ उत्पादनाचे आयुष्य कमी होणार नाही तर नकारात्मक परिणाम होऊ शकतात.

शोषण

ली-आयन बॅटरीच्या ऑपरेशनसाठी मुख्य आवश्यकता तापमानाशी संबंधित आहे - जास्त गरम करण्याची परवानगी दिली जाऊ नये. उच्च तापमानामुळे जास्तीत जास्त हानी होऊ शकते आणि जास्त गरम होण्याचे कारण बाह्य स्रोत आणि बॅटरी चार्जिंग आणि डिस्चार्ज करण्याच्या तणावपूर्ण पद्धती दोन्ही असू शकतात.

उदाहरणार्थ, 45°C पर्यंत गरम केल्याने बॅटरी चार्ज ठेवण्याची क्षमता 2 पट कमी होते. जेव्हा उपकरण दीर्घकाळ सूर्यप्रकाशात असते किंवा ऊर्जा-केंद्रित अनुप्रयोग चालवते तेव्हा हे तापमान सहजपणे पोहोचते.

जर उत्पादन जास्त गरम झाले तर ते थंड ठिकाणी ठेवण्याची शिफारस केली जाते, ते बंद करणे आणि बॅटरी काढून टाकणे चांगले.

उन्हाळ्याच्या उष्णतेमध्ये बॅटरीच्या सर्वोत्तम कामगिरीसाठी, तुम्ही ऊर्जा-बचत मोड वापरला पाहिजे, जो बहुतेक मोबाइल डिव्हाइसवर उपलब्ध आहे.

कमी तापमानाचा आयन बॅटरीवरही नकारात्मक परिणाम होतो; -4°C पेक्षा कमी तापमानात, बॅटरी यापुढे पूर्ण उर्जा देऊ शकत नाही.

परंतु उच्च तापमान लि-आयन बॅटरीसाठी थंडी तितकी हानिकारक नसते आणि बहुतेकदा कायमचे नुकसान होत नाही. खोलीच्या तपमानापर्यंत उबदार झाल्यानंतर, बॅटरीचे कार्य गुणधर्म पूर्णपणे पुनर्संचयित केले जातात, तरीही आपण थंडीत क्षमता कमी होण्याबद्दल विसरू नये.

Li-Ion बॅटरीच्या वापरासाठी आणखी एक शिफारस म्हणजे त्यांना सखोल डिस्चार्ज होण्यापासून रोखणे. बर्याच जुन्या पिढीच्या बॅटरीजमध्ये मेमरी इफेक्ट होता ज्यामुळे त्यांना शून्यावर डिस्चार्ज करणे आणि नंतर पूर्णपणे चार्ज करणे आवश्यक होते.ली-आयन बॅटरीवर हा परिणाम होत नाही आणि संपूर्ण डिस्चार्जच्या वेगळ्या प्रकरणांमुळे नकारात्मक परिणाम होत नाहीत, परंतु सतत खोल डिस्चार्ज हानिकारक आहे. जेव्हा चार्ज पातळी 30% असेल तेव्हा चार्जर कनेक्ट करण्याची शिफारस केली जाते.

जीवन वेळ

ली-आयन बॅटरीचे अयोग्य ऑपरेशन त्यांचे सेवा आयुष्य 10-12 वेळा कमी करू शकते. हा कालावधी थेट चार्जिंग सायकलच्या संख्येवर अवलंबून असतो. असे मानले जाते की ली-आयन प्रकारच्या बॅटरी पूर्ण डिस्चार्ज लक्षात घेऊन 500 ते 1000 चक्रांचा सामना करू शकतात. पुढील चार्ज करण्यापूर्वी उर्वरित चार्जची उच्च टक्केवारी बॅटरीचे आयुष्य लक्षणीयरीत्या वाढवते.

ली-आयन बॅटरीच्या आयुष्याचा कालावधी मुख्यत्वे ऑपरेटिंग परिस्थितींद्वारे निर्धारित केला जात असल्याने, या बॅटरीसाठी अचूक सेवा आयुष्य देणे अशक्य आहे. आवश्यक नियमांचे पालन केल्यास या प्रकारची बॅटरी सरासरी 7-10 वर्षे टिकेल अशी अपेक्षा केली जाऊ शकते.

चार्जिंग प्रक्रिया

चार्जिंग करताना, चार्जरशी बॅटरीचे जास्त लांब कनेक्शन टाळा. लिथियम-आयन बॅटरीचे सामान्य ऑपरेशन 3.6 V पेक्षा जास्त नसलेल्या व्होल्टेजवर होते. चार्जिंग दरम्यान चार्जर बॅटरी इनपुटला 4.2 V पुरवतात. चार्जिंगची वेळ ओलांडल्यास, बॅटरीमध्ये अवांछित इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया सुरू होऊ शकतात, ज्यामुळे जास्त गरम होते. पुढील सर्व परिणामांसह.

विकसकांनी असे वैशिष्ट्य विचारात घेतले - आधुनिक ली-आयन बॅटरीच्या चार्जची सुरक्षितता एका विशेष अंगभूत उपकरणाद्वारे नियंत्रित केली जाते जी जेव्हा व्होल्टेज अनुमत पातळीपेक्षा वर जाते तेव्हा चार्जिंग प्रक्रिया थांबवते.

लिथियम बॅटरीसाठी, दोन-स्टेज चार्जिंग पद्धत योग्य आहे.पहिल्या टप्प्यावर, बॅटरी चार्ज करणे आवश्यक आहे, सतत चार्जिंग करंट प्रदान करणे, दुसरा टप्पा स्थिर व्होल्टेजसह आणि चार्जिंग करंटमध्ये हळूहळू घट करणे आवश्यक आहे. असा अल्गोरिदम बहुतेक घरगुती चार्जरमध्ये हार्डवेअरमध्ये लागू केला जातो.

स्टोरेज आणि विल्हेवाट

लिथियम-आयन बॅटरी बर्याच काळासाठी संग्रहित केली जाऊ शकते, स्वयं-डिस्चार्ज प्रति वर्ष 10-20% आहे. परंतु त्याच वेळी, उत्पादनाच्या वैशिष्ट्यांमध्ये (अधोगती) हळूहळू घट होते.

+5 ... + 25 डिग्री सेल्सिअस तापमानात अशा बॅटरी आर्द्रतेपासून संरक्षित ठिकाणी ठेवण्याची शिफारस केली जाते. मजबूत कंपने, प्रभाव आणि खुल्या ज्योतची समीपता अस्वीकार्य आहे.

लिथियम-आयन पेशींच्या पुनर्वापराची प्रक्रिया योग्य परवाना असलेल्या विशेष उद्योगांमध्ये केली जाणे आवश्यक आहे. पुनर्नवीनीकरण केलेल्या बॅटरींमधून सुमारे 80% सामग्री नवीन बॅटरीच्या निर्मितीमध्ये पुन्हा वापरली जाऊ शकते.

सुरक्षितता

लिथियम-आयन बॅटरी, अगदी लहान आकाराची, स्फोटक उत्स्फूर्त ज्वलनाच्या जोखमीने परिपूर्ण असते. या प्रकारच्या बॅटरीच्या या वैशिष्ट्यासाठी विकासापासून उत्पादन आणि स्टोरेजपर्यंत सर्व टप्प्यांवर सुरक्षा उपायांचे पालन करणे आवश्यक आहे.

उत्पादनादरम्यान ली-आयन बॅटरीची सुरक्षा सुधारण्यासाठी, त्यांच्या केसमध्ये एक लहान इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड ठेवला जातो - एक मॉनिटरिंग आणि कंट्रोल सिस्टम जी ओव्हरलोड्स आणि ओव्हरहाटिंग दूर करण्यासाठी डिझाइन केलेली आहे. जेव्हा तापमान पूर्वनिर्धारित मर्यादेपेक्षा जास्त वाढते तेव्हा इलेक्ट्रॉनिक यंत्रणा सर्किटचा प्रतिकार वाढवते. काही बॅटरी मॉडेल्समध्ये अंगभूत मेकॅनिकल स्विच असतो जे बॅटरीमधील दाब वाढल्यावर सर्किट खंडित करते.

तसेच, आणीबाणीच्या परिस्थितीत दाब कमी करण्यासाठी बॅटरीच्या केसेसमध्ये अनेकदा सेफ्टी व्हॉल्व्ह स्थापित केला जातो.

लिथियम बॅटरीचे फायदे आणि तोटे

या प्रकारच्या बॅटरीचे फायदे आहेत:

• उच्च ऊर्जा घनता;
• स्मृती प्रभाव नाही;
• दीर्घ सेवा जीवन;
• कमी स्व-स्त्राव दर;
• देखभाल करण्याची आवश्यकता नाही;
• तुलनेने विस्तृत तापमान श्रेणीवर स्थिर ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स सुनिश्चित करणे.

यात लिथियम बॅटरी आणि तोटे आहेत, हे आहेत:

• उत्स्फूर्त ज्वलन होण्याचा धोका;
• त्याच्या पूर्ववर्ती पेक्षा जास्त किंमत;
• अंगभूत कंट्रोलरची आवश्यकता;
• खोल डिस्चार्जची अनिष्टता.

ली-आयन बॅटरीच्या उत्पादनासाठी तंत्रज्ञान सतत सुधारित केले जात आहे, अनेक कमतरता हळूहळू भूतकाळातील गोष्टी बनत आहेत.

अर्ज क्षेत्र

लिथियम-आयन बॅटरीची उच्च उर्जा घनता त्यांच्या अनुप्रयोगाचे मुख्य क्षेत्र निर्धारित करते - मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे: लॅपटॉप, टॅब्लेट, स्मार्टफोन, व्हिडिओ कॅमेरा, कॅमेरा, नेव्हिगेशन सिस्टम, विविध अंगभूत सेन्सर आणि इतर अनेक उत्पादने.

या बॅटरीच्या दंडगोलाकार स्वरूपाच्या घटकाचे अस्तित्व त्यांना फ्लॅशलाइट्स, लँडलाइन फोन आणि इतर उपकरणांमध्ये वापरण्याची परवानगी देते जे पूर्वी डिस्पोजेबल बॅटरीमधून वीज वापरत होते.

बॅटरी तयार करण्याच्या लिथियम-आयन तत्त्वामध्ये अनेक प्रकार आहेत, वापरलेल्या सामग्रीच्या प्रकारात प्रकार भिन्न आहेत (लिथियम-कोबाल्ट, लिथियम-मॅंगनीज, लिथियम-निकेल-मँगनीज-कोबाल्ट-ऑक्साइड इ.). त्या प्रत्येकाची स्वतःची व्याप्ती आहे.

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स व्यतिरिक्त, लिथियम-आयन बॅटरीचा समूह खालील भागात वापरला जातो:

• हाताने पकडलेली उर्जा साधने;
• पोर्टेबल वैद्यकीय उपकरणे;
• अखंड वीज पुरवठा;
• सुरक्षा प्रणाली;
• आपत्कालीन प्रकाश मॉड्यूल;
• सौर उर्जा केंद्रे;
• इलेक्ट्रिक वाहने आणि इलेक्ट्रिक सायकली.

लिथियम-आयन तंत्रज्ञानातील सतत सुधारणा आणि लहान आकारांसह उच्च-क्षमतेच्या बॅटरी तयार करण्यात यश लक्षात घेता, अशा बॅटरीसाठी अनुप्रयोगांच्या विस्ताराचा अंदाज लावणे शक्य आहे.

चिन्हांकित करणे

लिथियम-आयन बॅटरीचे मापदंड उत्पादनाच्या मुख्य भागावर मुद्रित केले जातात, तर वापरलेले कोडिंग भिन्न आकारांसाठी लक्षणीय भिन्न असू शकते. सर्व उत्पादकांसाठी एकल बॅटरी लेबलिंग मानक अद्याप विकसित केले गेले नाही, परंतु तरीही सर्वात महत्वाचे पॅरामीटर्स स्वतःच शोधणे शक्य आहे.

मार्किंग लाइनमधील अक्षरे सेलचा प्रकार आणि वापरलेली सामग्री दर्शवतात: पहिले अक्षर I म्हणजे लिथियम-आयन तंत्रज्ञान, पुढील अक्षर (C, M, F किंवा N) रासायनिक रचना निर्दिष्ट करते, तिसरे अक्षर R म्हणजे सेल रिचार्जेबल आहे (रिचार्जेबल).

आकाराच्या नावातील संख्या मिलिमीटरमध्ये बॅटरीचा आकार दर्शवितात: पहिल्या दोन संख्या व्यास आहेत आणि इतर दोन लांबी आहेत. उदाहरणार्थ, 18650 हा 18 मिमीचा व्यास आणि 65 मिमी लांबी दर्शवतो, 0 हा दंडगोलाकार स्वरूपाचा घटक दर्शवतो.

मालिकेतील शेवटची अक्षरे आणि संख्या प्रत्येक निर्मात्यासाठी विशिष्ट कंटेनर खुणा आहेत. उत्पादनाची तारीख दर्शविण्यासाठी कोणतेही एकसमान मानक नाहीत.

तत्सम लेख: