লিথিয়াম ব্যাটারির পোর্টেবিলিটি এবং দ্রুত চার্জিংয়ের সুবিধা রয়েছে, তাহলে কেন লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি এবং অন্যান্য সেকেন্ডারি ব্যাটারি এখনও বাজারে ঘুরছে?
খরচ এবং বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রের সমস্যা ছাড়াও, আরেকটি কারণ হল নিরাপত্তা।
লিথিয়াম বিশ্বের সবচেয়ে সক্রিয় ধাতু।কারণ এর রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি খুব সক্রিয়, যখন লিথিয়াম ধাতু বাতাসের সংস্পর্শে আসে, তখন এটি অক্সিজেনের সাথে একটি ভয়ানক জারণ প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করে, তাই এটি বিস্ফোরণ, জ্বলন এবং অন্যান্য ঘটনার প্রবণ।এছাড়াও, চার্জিং এবং ডিসচার্জের সময় লিথিয়াম ব্যাটারির ভিতরে রেডক্স প্রতিক্রিয়াও ঘটবে।বিস্ফোরণ এবং স্বতঃস্ফূর্ত দহন প্রধানত উত্তাপের পরে লিথিয়াম ব্যাটারি জমে, ছড়িয়ে পড়া এবং মুক্তির কারণে ঘটে।সংক্ষেপে, লিথিয়াম ব্যাটারি চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া চলাকালীন প্রচুর তাপ উৎপন্ন করবে, যা ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা বৃদ্ধি এবং পৃথক ব্যাটারির মধ্যে অসম তাপমাত্রার দিকে পরিচালিত করবে, এইভাবে ব্যাটারির অস্থির কর্মক্ষমতা সৃষ্টি করবে।
তাপীয় পলাতক লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির অনিরাপদ আচরণ (ব্যাটারি ওভারচার্জ এবং অতিরিক্ত ডিসচার্জ, দ্রুত চার্জ এবং ডিসচার্জ, শর্ট সার্কিট, যান্ত্রিক অপব্যবহারের অবস্থা, উচ্চ তাপমাত্রার তাপীয় শক ইত্যাদি) ব্যাটারির ভিতরে বিপজ্জনক পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া ট্রিগার করে এবং তাপ উৎপন্ন করে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের প্যাসিভ ফিল্মকে সরাসরি ক্ষতিগ্রস্ত করে।
লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির তাপীয় দূর্ঘটনাকে ট্রিগার করার অনেক কারণ রয়েছে।ট্রিগারিংয়ের বৈশিষ্ট্য অনুসারে, এটিকে যান্ত্রিক অপব্যবহার ট্রিগারিং, বৈদ্যুতিক অপব্যবহার ট্রিগারিং এবং তাপীয় অপব্যবহার ট্রিগারিং-এ ভাগ করা যায়।যান্ত্রিক অপব্যবহার: গাড়ির সংঘর্ষের কারণে আকুপাংচার, এক্সট্রুশন এবং ভারী বস্তুর প্রভাব বোঝায়;বৈদ্যুতিক অপব্যবহার: সাধারণত অনুপযুক্ত ভোল্টেজ ব্যবস্থাপনা বা বৈদ্যুতিক উপাদান ব্যর্থতার কারণে সৃষ্ট, যার মধ্যে শর্ট সার্কিট, ওভারচার্জ এবং অতিরিক্ত স্রাব;তাপ অপব্যবহার: অনুপযুক্ত তাপমাত্রা ব্যবস্থাপনার কারণে অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে ঘটে।
এই তিনটি ট্রিগারিং পদ্ধতি পরস্পর সম্পর্কিত।যান্ত্রিক অপব্যবহার সাধারণত ব্যাটারি ডায়াফ্রামের বিকৃতি বা ফেটে যায়, যার ফলে ব্যাটারির ইতিবাচক এবং নেতিবাচক খুঁটি এবং শর্ট সার্কিটের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ হয়, যার ফলে বৈদ্যুতিক অপব্যবহার হয়;যাইহোক, বিদ্যুতের অপব্যবহারের শর্তে, তাপ উত্পাদন যেমন জুল তাপ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে ব্যাটারির তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, যা তাপের অপব্যবহারে বিকশিত হয়, ব্যাটারির অভ্যন্তরে চেইন টাইপ তাপ উত্পাদনের পার্শ্ব প্রতিক্রিয়াকে আরও ট্রিগার করে এবং অবশেষে ঘটনাটি ঘটায়। ব্যাটারি তাপ পলাতক.
ব্যাটারি থার্মাল পলাতক এই কারণে ঘটে যে ব্যাটারির তাপ উত্পাদনের হার তাপ অপচয়ের হারের চেয়ে অনেক বেশি এবং তাপ প্রচুর পরিমাণে জমা হয় তবে সময়মতো নষ্ট হয় না।সারমর্মে, "থার্মাল রানঅ্যাওয়ে" হল একটি ইতিবাচক শক্তি প্রতিক্রিয়া চক্র প্রক্রিয়া: ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রা সিস্টেমটিকে গরম করে তুলবে, এবং সিস্টেম গরম হওয়ার পরে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবে, যার ফলে সিস্টেমটি আরও গরম হয়ে উঠবে৷
তাপীয় পলাতক প্রক্রিয়া: যখন ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন SEI ফিল্মের পৃষ্ঠের SEI ফিল্ম উচ্চ তাপমাত্রায় পচে যায়, গ্রাফাইটে এমবেড করা লিথিয়াম আয়ন ইলেক্ট্রোলাইট এবং বাইন্ডারের সাথে বিক্রিয়া করবে, ব্যাটারির তাপমাত্রাকে আরও উপরে ঠেলে দেবে। 150 ℃, এবং এই তাপমাত্রায় একটি নতুন হিংসাত্মক এক্সোথার্মিক প্রতিক্রিয়া ঘটবে।যখন ব্যাটারির তাপমাত্রা 200 ℃ এর উপরে পৌঁছায়, তখন ক্যাথোড উপাদানটি পচে যায়, প্রচুর পরিমাণে তাপ এবং গ্যাস ছেড়ে দেয় এবং ব্যাটারিটি ফুলে উঠতে শুরু করে এবং ক্রমাগত উত্তপ্ত হতে থাকে।লিথিয়াম এমবেডেড অ্যানোড 250-350 ℃ এ ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে বিক্রিয়া করতে শুরু করে।চার্জযুক্ত ক্যাথোড উপাদান হিংসাত্মক পচন প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যেতে শুরু করে এবং ইলেক্ট্রোলাইট হিংসাত্মক অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়, প্রচুর পরিমাণে তাপ নির্গত করে, উচ্চ তাপমাত্রা এবং প্রচুর পরিমাণে গ্যাস উৎপন্ন করে, ব্যাটারির জ্বলন এবং বিস্ফোরণ ঘটায়।
অতিরিক্ত চার্জের সময় লিথিয়াম ডেনড্রাইট বৃষ্টিপাতের সমস্যা: লিথিয়াম কোবালেট ব্যাটারি পুরোপুরি চার্জ হওয়ার পরে, প্রচুর পরিমাণে লিথিয়াম আয়ন পজিটিভ ইলেক্ট্রোডে থেকে যায়।অর্থাৎ, ক্যাথোড ক্যাথোডের সাথে সংযুক্ত বেশি লিথিয়াম আয়ন ধরে রাখতে পারে না, তবে অতিরিক্ত চার্জযুক্ত অবস্থায়, ক্যাথোডে থাকা অতিরিক্ত লিথিয়াম আয়নগুলি ক্যাথোডে সাঁতার কাটবে।কারণ এগুলি সম্পূর্ণরূপে ধারণ করা যায় না, ক্যাথোডে ধাতব লিথিয়াম তৈরি হবে।যেহেতু এই ধাতু লিথিয়াম একটি ডেনড্রাইটিক স্ফটিক, তাই একে ডেনড্রাইট বলা হয়।যদি ডেনড্রাইটটি খুব দীর্ঘ হয় তবে এটি ডায়াফ্রামকে ছিদ্র করা সহজ, যার ফলে অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট হয়।যেহেতু ইলেক্ট্রোলাইটের প্রধান উপাদান কার্বনেট, এর ইগনিশন পয়েন্ট এবং স্ফুটনাঙ্ক কম, তাই এটি উচ্চ তাপমাত্রায় পুড়ে যাবে বা এমনকি বিস্ফোরিত হবে।
যদি এটি একটি পলিমার লিথিয়াম ব্যাটারি হয়, তবে ইলেক্ট্রোলাইটটি কোলয়েডাল, যা আরও হিংসাত্মক দহনের প্রবণ।এই সমস্যা সমাধানের জন্য, বিজ্ঞানীরা নিরাপদ ক্যাথোড উপকরণ প্রতিস্থাপন করার চেষ্টা করেন।লিথিয়াম ম্যাঙ্গানেট ব্যাটারির উপাদানটির কিছু সুবিধা রয়েছে।এটি নিশ্চিত করতে পারে যে ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের লিথিয়াম আয়ন সম্পূর্ণ চার্জ অবস্থায় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের কার্বন গর্তে সম্পূর্ণরূপে এমবেড করা যেতে পারে, লিথিয়াম কোবালেটের মতো পজিটিভ ইলেক্ট্রোডে নির্দিষ্ট কিছু অবশিষ্টাংশ থাকার পরিবর্তে, যা কিছু পরিমাণে এড়াতে পারে ডেনড্রাইটলিথিয়াম ম্যাঙ্গানেটের স্থিতিশীল কাঠামো লিথিয়াম কোবালেটের তুলনায় এর অক্সিডেশন কর্মক্ষমতাকে অনেক কম করে তোলে।এমনকি যদি একটি বহিরাগত শর্ট সার্কিট থাকে (অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিটের পরিবর্তে), এটি মূলত লিথিয়াম ধাতব বৃষ্টিপাতের কারণে জ্বলন এবং বিস্ফোরণ এড়াতে পারে।লিথিয়াম আয়রন ফসফেটের উচ্চ তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং ইলেক্ট্রোলাইটের কম জারণ ক্ষমতা রয়েছে, তাই এটির উচ্চ নিরাপত্তা রয়েছে।
লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির বার্ধক্য ক্ষয় ক্ষমতা ক্ষয় এবং অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধির মাধ্যমে প্রকাশ পায় এবং এর অভ্যন্তরীণ বার্ধক্য ক্ষয় প্রক্রিয়ার মধ্যে রয়েছে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক সক্রিয় উপাদানের ক্ষতি এবং উপলব্ধ লিথিয়াম আয়ন হ্রাস।যখন ক্যাথোড উপাদান বয়স্ক এবং ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, এবং ক্যাথোডের ক্ষমতা অপর্যাপ্ত হয়, তখন ক্যাথোড থেকে লিথিয়াম বিবর্তনের ঝুঁকি বেশি থাকে।অতিরিক্ত স্রাবের শর্তে, ক্যাথোড থেকে লিথিয়ামের সম্ভাব্যতা 3V-এর উপরে উঠবে, যা তামার দ্রবীভূত সম্ভাবনার চেয়ে বেশি, যা তামার সংগ্রাহকের দ্রবীভূত হওয়ার কারণ।দ্রবীভূত তামার আয়ন ক্যাথোড পৃষ্ঠের উপর অবক্ষয় করবে এবং তামা ডেনড্রাইট গঠন করবে।কপার ডেনড্রাইট ডায়াফ্রামের মধ্য দিয়ে যাবে, যার ফলে অভ্যন্তরীণ শর্ট সার্কিট হবে, যা ব্যাটারির নিরাপত্তা কর্মক্ষমতাকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করে।
এছাড়াও, বার্ধক্যজনিত ব্যাটারির ওভারচার্জ প্রতিরোধ ক্ষমতা একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে হ্রাস পাবে, প্রধানত অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের বৃদ্ধি এবং ইতিবাচক এবং নেতিবাচক সক্রিয় পদার্থের হ্রাসের কারণে, যার ফলে ব্যাটারির অতিরিক্ত চার্জিং প্রক্রিয়ার সময় জুল তাপ বৃদ্ধি পায়।কম অতিরিক্ত চার্জের অধীনে, পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া ট্রিগার হতে পারে, যার ফলে ব্যাটারির তাপীয় পলাতক হতে পারে।তাপীয় স্থিতিশীলতার পরিপ্রেক্ষিতে, ক্যাথোড থেকে লিথিয়ামের বিবর্তন ব্যাটারির তাপীয় স্থিতিশীলতায় তীব্র পতন ঘটাবে।
এক কথায়, পুরোনো ব্যাটারির নিরাপত্তা কর্মক্ষমতা অনেকটাই কমে যাবে, যা ব্যাটারির নিরাপত্তাকে মারাত্মকভাবে বিপন্ন করবে।সবচেয়ে সাধারণ সমাধান হল ব্যাটারি এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেমকে ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (BMS) দিয়ে সজ্জিত করা।উদাহরণস্বরূপ, টেসলা মডেল এস-এ ব্যবহৃত 8000 18650 ব্যাটারিগুলি ব্যাটারির বিভিন্ন শারীরিক পরামিতিগুলির রিয়েল-টাইম মনিটরিং উপলব্ধি করতে পারে, ব্যাটারি ব্যবহারের অবস্থা মূল্যায়ন করতে পারে এবং এর ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের মাধ্যমে অনলাইন রোগ নির্ণয় এবং প্রাথমিক সতর্কতা পরিচালনা করতে পারে।একই সময়ে, এটি স্রাব এবং প্রাক চার্জ নিয়ন্ত্রণ, ব্যাটারি ব্যালেন্স ম্যানেজমেন্ট এবং তাপ ব্যবস্থাপনাও করতে পারে।
পোস্টের সময়: ডিসেম্বর-০২-২০২২