سيارو اچي رهيو آهي، ليتيم آئن بيٽرين جي گهٽ درجه حرارت جي تجزياتي رجحان کي ڏسو

ليتيم-آئن بيٽرين جي ڪارڪردگي تمام گهڻو متاثر ٿئي ٿو انهن جي متحرڪ خاصيتن جي ڪري. ڇاڪاڻ ته لي + کي پهريان ختم ڪرڻ جي ضرورت آهي جڏهن اهو گريفائٽ مواد ۾ شامل ڪيو وڃي ٿو، ان کي هڪ خاص مقدار ۾ توانائي استعمال ڪرڻ جي ضرورت آهي ۽ لي + جي گريفائٽ ۾ ڦهلائڻ کي روڪڻ جي ضرورت آهي. ان جي برعڪس، جڏهن لي + گريفائٽ مواد مان حل ۾ ڇڏيا ويندا آهن، حل جو عمل پهريون ڀيرو ٿيندو، ۽ حل ڪرڻ واري عمل کي توانائي جي استعمال جي ضرورت ناهي. Li+ جلدي گريفائٽ کي هٽائي سگھي ٿو، جيڪو گريفائٽ مواد جي انتهائي غريب چارج قبوليت جي ڪري ٿي. خارج ٿيڻ جي قبوليت ۾.

گھٽ درجه حرارت تي، منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جي متحرڪ خاصيتون بهتر ۽ خراب ٿي ويون آهن. تنهن ڪري، منفي اليڪٽرروڊ جي اليڪٽررو ڪيميڪل پولرائزيشن کي چارج ڪرڻ جي عمل دوران خاص طور تي تيز ڪيو ويندو آهي، جيڪو آساني سان منفي اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي دھاتي ليتيم جي ورهاڱي جي ڪري سگھي ٿو. جرمني جي ميونخ جي ٽيڪنيڪل يونيورسٽي جي ڪرسچن وون لوڊرز جي تحقيق ۾ ڏيکاريو ويو آهي ته -2 °C تي، چارج جي شرح C/2 کان وڌي ويندي آهي، ۽ ڌاتو ليٿيم جي ورن جو مقدار تمام گهڻو وڌي ويندو آهي. مثال طور، C/2 جي شرح تي، مخالف اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي ليتيم پلاٽنگ جي مقدار سڄي چارج بابت آهي. 5.5٪ ظرفيت جو پر 9٪ تائين پهچي ويندو 1C ميگنيفڪيشن هيٺ. تيز ڌاتو لٿيم وڌيڪ ترقي ڪري سگهي ٿو ۽ آخرڪار ليٿيم ڊينڊريٽ بڻجي سگهي ٿو، ڊافراگم ذريعي سوراخ ڪري ٿو ۽ مثبت ۽ منفي اليڪٽرروڊس جي مختصر گردش جو سبب بڻائيندو آهي. تنهن ڪري، اهو ضروري آهي ته ممڪن حد تائين گهٽ درجه حرارت تي ليٿيم آئن بيٽري کي چارج ڪرڻ کان بچڻ گهرجي. جڏهن اها بيٽري کي گهٽ درجه حرارت تي چارج ڪرڻ گهرجي، اهو ضروري آهي ته ليٿيم آئن بيٽري کي جيترو ممڪن ٿي سگهي چارج ڪرڻ لاءِ هڪ ننڍڙو ڪرنٽ چونڊيو وڃي ۽ چارج ٿيڻ کان پوءِ ليٿيم آئن بيٽري کي مڪمل طور تي محفوظ ڪيو وڃي ته جيئن اهو يقيني بڻائي سگهجي ته ڌاتو ليٿيم منفي اليڪٽرروڊ مان تيز ٿي ويو آهي. graphite سان رد عمل ۽ منفي graphite electrode ۾ ٻيهر شامل ڪري سگهو ٿا.

ويرونيڪا زينٿ ۽ ميونخ جي ٽيڪنيڪل يونيورسٽي جي ٻين نيوٽران جي تفاوت ۽ ٻين طريقن کي استعمال ڪيو ليٿيم آئن بيٽرين جي ليٿيم ارتقائي رويي جو مطالعو ڪرڻ لاءِ -20 °C جي گهٽ درجه حرارت تي. تازو سالن ۾ نيوٽران تفاوت هڪ نئين ڳولڻ جو طريقو آهي. XRD جي مقابلي ۾، نيوٽران جي تفاوت روشني عناصر (لي، او، اين، وغيره) لاء وڌيڪ حساس آهي، تنهنڪري اهو ليتيم آئن بيٽرين جي غير تباهي واري جاچ لاء تمام مناسب آهي.

تجربي ۾، VeronikaZinth استعمال ڪيو NMC111 / graphite 18650 بيٽري گھٽ درجه حرارت تي ليٿيم آئن بيٽرين جي ليتيم ارتقائي رويي جو مطالعو ڪرڻ لاءِ. ٽيسٽ دوران بيٽري چارج ۽ ڊسچارج ٿئي ٿي هيٺ ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل عمل مطابق.

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو منفي اليڪٽرروڊ جو مرحلو تبديلي مختلف SoCs جي تحت ٻئي چارجنگ چڪر دوران C/30 جي شرح جي چارج تي. اهو لڳي سگھي ٿو ته 30.9٪ SoC تي، منفي اليڪٽرروڊ جا مرحلا خاص طور تي LiC12، Li1-XC18، ۽ LiC6 ٺاھڻ جي ھڪڙي ننڍڙي مقدار ۾ آھن. SoC 46٪ کان مٿي ٿيڻ کان پوء، LiC12 جي تفاوت جي شدت گهٽجڻ جاري آهي، جڏهن ته LiC6 جي طاقت وڌندي رهي ٿي. جڏهن ته، حتمي چارج مڪمل ٿيڻ کان پوء، صرف 1503mAh کي گهٽ درجه حرارت تي چارج ڪيو ويندو آهي (ڪمري جي حرارت تي 1950mAh جي گنجائش آهي)، LiC12 منفي اليڪٽرروڊ ۾ موجود آهي. فرض ڪريو چارجنگ ڪرنٽ گھٽجي ويو C/100. انهي صورت ۾، بيٽري اڃا تائين گهٽ درجه حرارت تي 1950mAh جي گنجائش حاصل ڪري سگهي ٿي، جنهن مان اهو ظاهر ٿئي ٿو ته گهٽ درجه حرارت تي ليٿيم آئن بيٽرين جي طاقت ۾ گهٽتائي بنيادي طور تي ڪائنات جي حالتن جي خراب ٿيڻ سبب آهي.

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو منفي اليڪٽرروڊ ۾ گريفائيٽ جي مرحلي جي تبديلي C/5 جي شرح جي مطابق چارج ڪرڻ دوران -20 ° C جي گھٽ درجه حرارت تي. اهو ڏسي سگھجي ٿو ته گريفائٽ جي مرحلي ۾ تبديلي C/30 جي شرح جي چارج جي مقابلي ۾ خاص طور تي مختلف آهي. انگن اکرن مان اهو ڏسي سگهجي ٿو ته جڏهن SoC>40٪، بيٽري جي فيز طاقت LiC12 جي C/5 چارج جي شرح جي تحت تمام گهڻو سست ٿئي ٿي، ۽ LiC6 مرحلي جي طاقت جو اضافو پڻ C/30 جي ڀيٽ ۾ ڪافي ڪمزور آهي. چارج جي شرح. اهو ڏيکاري ٿو ته C/5 جي نسبتا اعلي شرح تي، گهٽ LiC12 جاري رهي ٿو intercalate lithium ۽ LiC6 ۾ تبديل ٿي.

هيٺ ڏنل انگ اکر منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جي مرحلن جي تبديلين جو مقابلو ڪري ٿو جڏهن چارج ڪري رهيو آهي C/30 ۽ C/5 جي شرحن تي. انگ اکر ڏيکاري ٿو ته ٻن مختلف چارجنگ جي شرحن لاء، ليتيم-غريب مرحلو Li1-XC18 تمام گهڻو ساڳيو آهي. فرق خاص طور تي LiC12 ۽ LiC6 جي ٻن مرحلن ۾ ظاهر ٿئي ٿو. انگن اکرن مان ڏسي سگھجي ٿو ته منفي اليڪٽرروڊ ۾ مرحلن جي تبديلي جو رجحان ٻن چارج جي شرحن جي تحت چارج ڪرڻ جي شروعاتي مرحلي ۾ نسبتا ويجهو آھي. LiC12 مرحلي لاءِ، جڏهن چارج ڪرڻ جي گنجائش 950mAh (49% SoC) تي پهچي ٿي، ته تبديليءَ جو رجحان مختلف ٿيڻ شروع ٿئي ٿو. جڏهن اهو اچي ٿو 1100mAh (56.4٪ SoC)، LiC12 مرحلو ٻن ميگنيفڪيشنز هيٺ هڪ اهم فرق ڏيکارڻ شروع ٿئي ٿو. جڏهن C/30 جي گھٽ شرح تي چارج ڪيو وڃي ٿو، LiC12 اسٽيج جو زوال تمام تيز آهي، پر C/12 جي شرح تي LiC5 مرحلي جو ڊراپ تمام گهڻو سست آهي؛ اهو چوڻ آهي ته، منفي اليڪٽرروڊ ۾ ليٿيم داخل ڪرڻ جي متحرڪ حالتون گهٽ درجه حرارت تي خراب ٿي وينديون آهن. ، ته جيئن LiC12 وڌيڪ intercalates lithium پيدا ڪرڻ لاء LiC6 مرحلي جي رفتار ۾ گهٽتائي. انهي سان گڏ، LiC6 مرحلو تمام جلدي وڌي ٿو C/30 جي گهٽ شرح تي پر تمام سست آهي C/5 جي شرح تي. اهو ڏيکاري ٿو ته C/5 جي شرح تي، وڌيڪ پيٽيٽ لي گريفائٽ جي ڪرسٽل ڍانچي ۾ شامل آهي، پر دلچسپ ڳالهه اها آهي ته بيٽري جي چارج جي گنجائش (1520.5mAh) C/5 چارج جي شرح تي سي کان وڌيڪ آهي. /30 چارج جي شرح. طاقت (1503.5mAh) وڌيڪ آهي. اضافي لي جيڪا منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ ۾ شامل نه آهي، اهو ممڪن آهي ته گريفائٽ جي مٿاڇري تي ڌاتو ليٿيم جي صورت ۾. چارجنگ ختم ٿيڻ کان پوءِ بيهڻ وارو عمل به اهو ثابت ڪري ٿو پاسي کان - ٿورو.

هيٺ ڏنل انگ اکر ڏيکاري ٿو منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جو مرحلو ڍانچو چارج ٿيڻ کان پوءِ ۽ 20 ڪلاڪن تائين ڇڏي وڃڻ کان پوءِ. چارج جي آخر ۾، منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جو مرحلو ٻن چارج جي شرحن جي تحت بلڪل مختلف آهي. C/5 تي، گرافائٽ انوڊ ۾ LiC12 جو تناسب وڌيڪ آهي، ۽ LiC6 جو سيڪڙو گهٽ آهي، پر 20 ڪلاڪ بيهڻ کان پوء، ٻنهي جي وچ ۾ فرق گهٽ ۾ گهٽ ٿي چڪو آهي.

هيٺ ڏنل انگ اکر 20h اسٽوريج جي عمل دوران منفي گرافائٽ اليڪٽرروڊ جي مرحلي جي تبديلي کي ڏيکاري ٿو. اهو انگ اکر مان ڏسي سگهجي ٿو ته جيتوڻيڪ ٻن مخالف اليڪٽروڊز جا مرحلا اڃا به شروعات ۾ بلڪل مختلف آهن، پر جيئن جيئن اسٽوريج جو وقت وڌندو وڃي ٿو، تيئن تيئن چارجنگ جا ٻه قسم گريفائٽ انوڊ جو اسٽيج ميگنيفڪيشن هيٺان بلڪل ويجهو اچي ويو آهي. LiC12 شيلفنگ جي عمل دوران LiC6 ۾ تبديل ٿيڻ جاري رکي سگھي ٿو، اشارو ڪري ٿو ته لي شيلفنگ جي عمل دوران گرافائٽ ۾ شامل ٿيڻ جاري رکندو. لي جو هي حصو ممڪن آهي ته دھاتي ليتيم گهٽ درجه حرارت تي منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري تي لهي وڃي. وڌيڪ تجزيي ڏيکاري ٿي ته C/30 جي شرح تي چارج ڪرڻ جي آخر ۾، منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جي ليتيم انٽرڪاليشن جو درجو 68٪ هو. اڃا تائين، ليتيم انٽرڪاليشن جو درجو 71٪ تائين وڌايو ويو پناهه کان پوء، 3٪ جو اضافو. C/5 جي شرح تي چارج ڪرڻ جي آخر ۾، منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ جي ليتيم داخل ٿيڻ جو درجو 58٪ هو، پر 20 ڪلاڪن تائين ڇڏي وڃڻ کان پوء، اهو وڌي ويو 70٪، مجموعي طور تي 12٪.

مٿين تحقيق مان اهو ظاهر ٿئي ٿو ته جڏهن گهٽ درجه حرارت تي چارج ڪيو وڃي ٿو، بيٽري جي گنجائش گھٽجي ويندي آهي ڇاڪاڻ ته ڪائنات جي حالتن جي خراب ٿيڻ سبب. اهو به منفي electrode جي مٿاڇري تي lithium ڌاتو precipitate سبب graphite lithium داخل ڪرڻ جي شرح جي گهٽتائي سبب. تنهن هوندي، اسٽوريج جي مدت کان پوء، دھاتي ليٿيم جو هي حصو ٻيهر گريفائٽ ۾ شامل ٿي سگهي ٿو. حقيقي استعمال ۾، شيلف جو وقت اڪثر ننڍو هوندو آهي، ۽ ان ڳالهه جي ڪا به ضمانت نه هوندي آهي ته سڀ دھاتي ليتيم ٻيهر گريفائٽ ۾ شامل ٿي سگھن ٿا، ان ڪري اهو ٿي سگهي ٿو ته ڪجهه دھاتي ليتيم کي منفي اليڪٽرروڊ ۾ موجود رهڻ جو سبب بڻائين. ليتيم آئن بيٽري جي مٿاڇري تي ليتيم آئن بيٽري جي صلاحيت متاثر ٿيندي ۽ ليتيم ڊينڊريٽ پيدا ڪري سگھي ٿي جيڪا ليتيم آئن بيٽري جي حفاظت کي خطرو ڪري ٿي. تنهن ڪري، گهٽ درجه حرارت تي ليٿيم آئن بيٽري کي چارج ڪرڻ کان بچڻ جي ڪوشش ڪريو. گھٽ موجوده، ۽ ترتيب ڏيڻ کان پوء، منفي گريفائٽ اليڪٽرروڊ ۾ ڌاتو ليتيم کي ختم ڪرڻ لاء ڪافي شيلف وقت کي يقيني بڻائي.

هي آرٽيڪل بنيادي طور تي هيٺين دستاويزن ڏانهن اشارو ڪري ٿو. رپورٽ صرف متعارف ڪرائڻ ۽ لاڳاپيل سائنسي ڪمن، ڪلاس روم جي تدريس، ۽ سائنسي تحقيق جي نظرثاني ڪرڻ لاء استعمال ڪئي وئي آهي. تجارتي استعمال لاء نه. جيڪڏهن توهان وٽ ڪاپي رائيٽ جا مسئلا آهن، مهرباني ڪري اسان سان رابطو ڪرڻ لاء آزاد محسوس ڪريو.

1. ليٿيم آئن ڪيپيسٽرز ۾ منفي اليڪٽروڊز جي طور تي گريفائيٽ مواد جي شرح جي صلاحيت، اليڪٽرروچيميڪا ايڪٽا 55 (2010) 3330 - 3335، SRSivakkumar، JY Nerkar، AG Pandolfo

2. ليتيم آئن بيٽرين ۾ ليتيم پليٽنگ جي تحقيق ڪئي وئي وولٽيج جي آرام ۽ سيٽو نيوٽران جي تفاوت ۾، جرنل آف پاور سورسز 342(2017)17-23، ڪرسچن وون لوڊرز، ويرونيڪا زينٿ، سائمن وي آرهارڊ، پيٽرڪ جي اوسوالڊ، مائيڪل هوفمن , Ralph Gilles , Andreas Jossen

3. ليٿيم آئن بيٽرين ۾ ليتيم پليٽنگ ذيلي محيطي گرمي پد تي تحقيق ڪئي وئي ان سيٽو نيوٽران ڊفرڪشن طرفان، جرنل آف پاور سورسز 271 (2014) 152-159، ويرونڪا زينٿ، ڪرسچن وون لڊرز، مائيڪل هوفمن، جوهانس هيٽينڊورف، برگرڊورف، برگروچبرگ، ايرارد، جوانا ريبيلو-کورنمير، اندرياس جوسن، رالف گلس