लिथियम आयन बैटरी क्या है?

1. लिथियम आयन बैटरी क्या है?

बैटरी विद्युत शक्ति का एक स्रोत है जिसमें एक या अधिक होते हैं विद्युत उपकरणों को शक्ति देने के लिए बाहरी कनेक्शन वाले इलेक्ट्रोकेमिकल सेल। लिथियम-आयन या ली-आयन बैटरी एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी है जो इसका उपयोग करती है ऊर्जा को संग्रहित करने के लिए लिथियम आयनों की प्रतिवर्ती कमी और उनकी उच्चता प्रसिद्ध है ऊर्जा घनत्व.

2. लिथियम आयन बैटरियों की संरचना

आम तौर पर अधिकांश वाणिज्यिक ली-आयन बैटरियां इंटरकलेशन यौगिकों का उपयोग करती हैं सक्रिय सामग्री. इनमें आम तौर पर सामग्रियों की कई परतें होती हैं विद्युत रासायनिक प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए एक विशिष्ट क्रम में व्यवस्थित किया गया बैटरी को ऊर्जा संग्रहित करने और मुक्त करने में सक्षम बनाता है--एनोड, कैथोड, इलेक्ट्रोलाइट, विभाजक और वर्तमान कलेक्टर।

एनोड क्या है?

बैटरी के एक घटक के रूप में, एनोड क्षमता में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, बैटरी का प्रदर्शन और स्थायित्व। चार्ज करते समय, ग्रेफाइट एनोड होता है लिथियम आयनों को स्वीकार करने और भंडारण के लिए जिम्मेदार। जब बैटरी है डिस्चार्ज होने पर, लिथियम आयन एनोड से कैथोड की ओर बढ़ते हैं ताकि एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है। आम तौर पर सबसे आम व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाने वाला एनोड ग्रेफाइट है, जो LiC6 की पूरी तरह से लिथिडेटेड अवस्था में अधिकतम से संबंधित है 1339 C/g (372 mAh/g) की क्षमता। लेकिन प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, नई ऊर्जा घनत्व में सुधार के लिए सिलिकॉन जैसी सामग्रियों पर शोध किया गया है लिथियम-आयन बैटरी के लिए.

कैथोड क्या है?

कैथोड सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए लिथियम आयनों को स्वीकार करने और छोड़ने का काम करता है वर्तमान चक्र. इसमें आमतौर पर एक स्तरित ऑक्साइड की एक स्तरित संरचना होती है (जैसे लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड), एक पोलियानियन (जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट) या एक स्पिनेल (जैसे लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड) चार्ज कलेक्टर पर लेपित होता है (आमतौर पर)। एल्यूमीनियम से बना)

इलेक्ट्रोलाइट क्या है?

कार्बनिक विलायक में लिथियम नमक के रूप में, इलेक्ट्रोलाइट एक माध्यम के रूप में कार्य करता है चार्जिंग के दौरान लिथियम आयनों को एनोड और कैथोड के बीच स्थानांतरित करने के लिए निर्वहन.

विभाजक क्या है?

विभाजक एक पतली झिल्ली या गैर-प्रवाहकीय सामग्री की परत के रूप में कार्य करता है एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) और कैथोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड) को रोकें शॉर्टिंग, क्योंकि यह परत लिथियम आयनों के लिए पारगम्य है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के लिए नहीं। यह चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड के बीच आयनों के स्थिर प्रवाह को भी सुनिश्चित किया जा सकता है और निर्वहन. इसलिए, बैटरी एक स्थिर वोल्टेज बनाए रख सकती है और कम कर सकती है ज़्यादा गरम होने, जलने या विस्फोट का ख़तरा।

वर्तमान कलेक्टर क्या है?

करंट कलेक्टर को उत्पादित करंट को एकत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है बैटरी के इलेक्ट्रोड और इसे बाहरी सर्किट तक पहुंचाता है, जो है बैटरी का इष्टतम प्रदर्शन और दीर्घायु सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है। और आमतौर पर यह एल्यूमीनियम या तांबे की पतली शीट से बनाया जाता है।

3. लिथियम आयन बैटरियों का विकास इतिहास

रिचार्जेबल ली-आयन बैटरियों पर शोध 1960 के दशक का है, जो इनमें से एक है सबसे पहला उदाहरण 1965 में NASA द्वारा विकसित CuF2/Li बैटरी है। और तेल संकट 1970 के दशक में दुनिया में धूम मचाने के बाद शोधकर्ताओं ने अपना ध्यान वैकल्पिक की ओर लगाया ऊर्जा के स्रोत, इसलिए वह सफलता जिसने इसका सबसे प्रारंभिक रूप तैयार किया आधुनिक ली-आयन बैटरी हल्के वजन और उच्च ऊर्जा के कारण बनाई गई थी लिथियम आयन बैटरियों का घनत्व। उसी समय, एक्सॉन के स्टेनली व्हिटिंगम पता चला कि लिथियम आयनों को TiS2 जैसी सामग्रियों में डाला जा सकता है एक रिचार्जेबल बैटरी बनाएं 

इसलिए उन्होंने इस बैटरी का व्यावसायीकरण करने की कोशिश की लेकिन उच्च लागत और कोशिकाओं में धात्विक लिथियम की उपस्थिति के कारण असफल रहा। 1980 में उच्च वोल्टेज प्रदान करने वाली नई सामग्री पाई गई और यह उससे कहीं अधिक थी हवा में स्थिर, जिसका उपयोग बाद में पहली व्यावसायिक ली-आयन बैटरी में किया जाएगा, हालाँकि इसने, अपने आप ही, लगातार जारी समस्या का समाधान नहीं किया ज्वलनशीलता। उसी वर्ष, रशीद याज़ामी ने लिथियम ग्रेफाइट का आविष्कार किया इलेक्ट्रोड (एनोड)। और फिर 1991 में दुनिया का पहला रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरियाँ बाज़ार में आने लगीं 

2000 के दशक में, लिथियम-आयन की मांग जैसे-जैसे पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण लोकप्रिय होते गए, बैटरियों की संख्या बढ़ती गई, जो चलती हैं लिथियम आयन बैटरियां अधिक सुरक्षित और टिकाऊ होंगी। इलेक्ट्रिक वाहन थे 2010 में पेश किया गया, जिसने लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक नया बाजार तैयार किया। सिलिकॉन एनोड जैसी नई विनिर्माण प्रक्रियाओं और सामग्रियों का विकास और सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रोलाइट्स के प्रदर्शन और सुरक्षा में सुधार जारी रहा लिथियम आयन बैटरी। आजकल, लिथियम-आयन बैटरी आवश्यक हो गई हैं हमारा दैनिक जीवन, इसलिए नई सामग्रियों का अनुसंधान और विकास और प्रदर्शन, दक्षता और सुरक्षा में सुधार के लिए प्रौद्योगिकियाँ जारी हैं ये बैटरियां.

4.लिथियम आयन बैटरियों के प्रकार

लिथियम-आयन बैटरियां विभिन्न आकारों और आकारों में आती हैं, सभी में नहीं उन्हें समान बनाया जाता है. आम तौर पर लिथियम-आयन बैटरियां पांच प्रकार की होती हैं।

एल लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड

लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरियां लिथियम कार्बोनेट और से निर्मित होती हैं कोबाल्ट और इन्हें लिथियम कोबाल्ट या लिथियम-आयन कोबाल्ट बैटरी के रूप में भी जाना जाता है। उनके पास एक कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड और एक ग्रेफाइट कार्बन एनोड और लिथियम आयन हैं डिस्चार्ज के दौरान प्रवाह उलटने के साथ एनोड से कैथोड की ओर पलायन होता है जब बैटरी चार्ज हो जाती है. जहाँ तक इसके अनुप्रयोग की बात है, इनका उपयोग पोर्टेबल में किया जाता है इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, इलेक्ट्रिक वाहन और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ उनकी उच्च विशिष्ट ऊर्जा, कम स्व-निर्वहन दर, उच्च परिचालन के कारण वोल्टेज और विस्तृत तापमान रेंज। लेकिन सुरक्षा चिंताओं पर ध्यान दें थर्मल भगोड़ा और उच्च स्तर पर अस्थिरता की संभावना से संबंधित तापमान.

एल लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड

लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn2O4) एक कैथोड सामग्री है जिसका आमतौर पर उपयोग किया जाता है लिथियम-आयन बैटरियों में। इस प्रकार की बैटरी की तकनीक प्रारंभ में थी 1980 के दशक में सामग्री अनुसंधान में पहले प्रकाशन के साथ इसकी खोज की गई 1983 में बुलेटिन. LiMn2O4 का एक फायदा यह है कि इसमें अच्छा थर्मल है स्थिरता, जिसका अर्थ है कि इसमें थर्मल रनवे का अनुभव होने की संभावना कम है, जो अन्य लिथियम-आयन बैटरी प्रकारों की तुलना में अधिक सुरक्षित भी हैं। इसके अतिरिक्त, मैंगनीज है प्रचुर मात्रा में और व्यापक रूप से उपलब्ध है, जो इसे तुलनात्मक रूप से अधिक टिकाऊ विकल्प बनाता है उन सामग्रियों को कैथोड करने के लिए जिनमें कोबाल्ट जैसे सीमित संसाधन होते हैं। नतीजतन, वे अक्सर चिकित्सा उपकरणों और उपकरणों, बिजली उपकरणों, बिजली में पाए जाते हैं मोटरसाइकिलें, और अन्य अनुप्रयोग। इसके फायदों के बावजूद, LiMn2O4 गरीब LiCoO2 की तुलना में साइकिलिंग स्थिरता, जिसका अर्थ है कि इसे अधिक की आवश्यकता हो सकती है बार-बार प्रतिस्थापन, इसलिए यह दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण के लिए उपयुक्त नहीं हो सकता है सिस्टम.

एल लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी)

फॉस्फेट का उपयोग अक्सर लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी में कैथोड के रूप में किया जाता है ली-फॉस्फेट बैटरी के रूप में जाना जाता है। उनके कम प्रतिरोध ने उनके थर्मल में सुधार किया है स्थिरता और सुरक्षा. वे स्थायित्व और लंबे जीवन चक्र के लिए भी प्रसिद्ध हैं, जो उन्हें अन्य प्रकार के लिथियम-आयन के मुकाबले सबसे अधिक लागत प्रभावी विकल्प बनाता है बैटरियां. नतीजतन, इन बैटरियों का उपयोग अक्सर इलेक्ट्रिक बाइक में किया जाता है और अन्य अनुप्रयोगों के लिए लंबे जीवन चक्र और उच्च स्तर की सुरक्षा की आवश्यकता होती है। लेकिन इसके नुकसान के कारण इसका तेजी से विकास करना मुश्किल हो जाता है। सबसे पहले, की तुलना में अन्य प्रकार की लिथियम-आयन बैटरियों की कीमत अधिक होती है क्योंकि वे दुर्लभ और का उपयोग करती हैं महंगा कच्चा माल. इसके अलावा, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों में एक है कम ऑपरेटिंग वोल्टेज, जिसका अर्थ है कि वे कुछ के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं ऐसे अनुप्रयोग जिन्हें उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है। इसका लंबा चार्जिंग समय इसे बनाता है उन अनुप्रयोगों में नुकसान जिन्हें त्वरित रिचार्ज की आवश्यकता होती है।

एल लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (एनएमसी)

लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड बैटरी, जिन्हें अक्सर एनएमसी के रूप में जाना जाता है बैटरियां, विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से निर्मित होती हैं जो सार्वभौमिक होती हैं लिथियम आयन बैटरी। निकल, मैंगनीज और के मिश्रण से निर्मित कैथोड कोबाल्ट शामिल है. इसकी उच्च ऊर्जा घनत्व, अच्छा साइकिल चालन प्रदर्शन, और ए लंबी उम्र ने इसे इलेक्ट्रिक वाहनों, ग्रिड स्टोरेज में पहली पसंद बना दिया है सिस्टम, और अन्य उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोग, जिसने आगे योगदान दिया है इलेक्ट्रिक वाहनों और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों की बढ़ती लोकप्रियता। को क्षमता बढ़ाने के लिए, इसे सक्षम करने के लिए नए इलेक्ट्रोलाइट्स और एडिटिव्स का उपयोग किया जाता है 4.4V/सेल और इससे अधिक पर चार्ज करें 

तब से एनएमसी-मिश्रित ली-आयन की ओर रुझान है यह प्रणाली लागत प्रभावी है और अच्छा प्रदर्शन प्रदान करती है। निकल, मैंगनीज, और कोबाल्ट तीन सक्रिय सामग्रियां हैं जिन्हें व्यापक रूप से उपयुक्त बनाने के लिए आसानी से जोड़ा जा सकता है ऑटोमोटिव और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (ईईएस) अनुप्रयोगों की आवश्यकता होती है बार-बार साइकिल चलाना. जिससे हम देख सकते हैं कि एनएमसी परिवार और अधिक होता जा रहा है हालाँकि, थर्मल रनवे, आग के खतरों और पर्यावरण पर इसके दुष्प्रभाव विविध हैं चिंताएँ इसके आगे के विकास में बाधा डाल सकती हैं।

एल लिथियम टाइटेनेट

लिथियम टाइटेनेट, जिसे अक्सर ली-टाइटेनेट के रूप में जाना जाता है, एक प्रकार की बैटरी है उपयोगों की बढ़ती संख्या। अपनी बेहतर नैनोटेक्नोलॉजी के कारण, यह ऐसा करने में सक्षम है एक स्थिर वोल्टेज बनाए रखते हुए तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज करें, जो इसे बनाता है इलेक्ट्रिक वाहनों, वाणिज्यिक जैसे उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है और औद्योगिक ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ, और ग्रिड-स्तरीय भंडारण 

इसके साथ ही सुरक्षा और विश्वसनीयता के कारण, इन बैटरियों का उपयोग सैन्य और एयरोस्पेस के लिए किया जा सकता है अनुप्रयोग, साथ ही पवन और सौर ऊर्जा का भंडारण और स्मार्ट निर्माण ग्रिड. इसके अलावा, बैटरी स्पेस के अनुसार, ये बैटरियां हो सकती हैं पावर सिस्टम सिस्टम-क्रिटिकल बैकअप में नियोजित। फिर भी, लिथियम टाइटेनेट बैटरियां पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में अधिक महंगी होती हैं उन्हें उत्पादित करने के लिए आवश्यक जटिल निर्माण प्रक्रिया के लिए।

5. लिथियम आयन बैटरियों के विकास के रुझान

नवीकरणीय ऊर्जा प्रतिष्ठानों की वैश्विक वृद्धि बढ़ी है रुक-रुक कर ऊर्जा उत्पादन, असंतुलित ग्रिड का निर्माण। इसके कारण ए बैटरियों की मांग। शून्य कार्बन उत्सर्जन पर ध्यान केंद्रित करते हुए आगे बढ़ने की जरूरत है बिजली उत्पादन के लिए जीवाश्म ईंधन, अर्थात् कोयले से दूर रहें सरकारें सौर और पवन ऊर्जा प्रतिष्ठानों को प्रोत्साहित करेंगी। इन इंस्टॉलेशन स्वयं को बैटरी भंडारण प्रणालियों के लिए उधार देते हैं जो अतिरिक्त बिजली संग्रहीत करते हैं आप जेनरेट हुई 

इसलिए, सरकार ली-आयन बैटरी को प्रोत्साहित करने के लिए प्रोत्साहन दे रही है इंस्टॉलेशन लिथियम आयन बैटरियों के विकास को भी संचालित करते हैं। उदाहरण के लिए, वैश्विक एनएमसी लिथियम-आयन बैटरी बाजार का आकार अमेरिकी डॉलर से बढ़ने का अनुमान है 2022 में मिलियन से 2029 में मिलियन अमेरिकी डॉलर; इसके % CAGR से बढ़ने की उम्मीद है 2023 से 2029 तक. और भारी मांग वाले अनुप्रयोगों की बढ़ती ज़रूरतें 3000-10000 की लिथियम आयन बैटरी को सबसे तेज़ बनाने का अनुमान है पूर्वानुमानित अवधि (2022-2030) के दौरान बढ़ता हुआ खंड।

6. लिथियम आयन बैटरियों का निवेश विश्लेषण

लिथियम आयन बैटरी बाजार उद्योग के 51.16 अमेरिकी डॉलर से बढ़ने का अनुमान है 2022 में बिलियन से 2030 तक 118.15 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक, जो एक चक्रवृद्धि वार्षिक प्रदर्शन है पूर्वानुमानित अवधि (2022-2030) के दौरान विकास दर 4.72% है, जो निर्भर करता है कई कारकों।

एल अंतिम-उपयोगकर्ता विश्लेषण

उपयोगिता क्षेत्र की स्थापनाएँ बैटरी ऊर्जा भंडारण के लिए प्रमुख चालक हैं सिस्टम (बीईएसएस)। 2021 में इस सेगमेंट के 2.25 बिलियन डॉलर से बढ़ने की उम्मीद है 2030 में 11.5% की सीएजीआर पर $5.99 बिलियन। ली-आयन बैटरियां 34.4% अधिक दिखाती हैं उनके कम विकास आधार के कारण सीएजीआर। आवासीय और वाणिज्यिक ऊर्जा भंडारण खंड 2030 में 5.51 अरब डॉलर की बड़ी बाजार क्षमता वाले अन्य क्षेत्र हैं, 2021 में $1.68 बिलियन से। औद्योगिक क्षेत्र की प्रगति जारी है शून्य कार्बन उत्सर्जन, अगले दो में शुद्ध-शून्य प्रतिज्ञा करने वाली कंपनियों के साथ दशक। टेलीकॉम और डेटा सेंटर कंपनियां कटौती करने में सबसे आगे हैं नवीकरणीय ऊर्जा ऊर्जा स्रोतों पर बढ़ते फोकस के साथ कार्बन उत्सर्जन। सभी जिससे लिथियम आयन बैटरियों के तेजी से विकास को बढ़ावा मिलेगा कंपनियां विश्वसनीय बैकअप और ग्रिड संतुलन सुनिश्चित करने के तरीके ढूंढती हैं।

एल उत्पाद प्रकार विश्लेषण

कोबाल्ट की ऊंची कीमत के कारण, कोबाल्ट-मुक्त बैटरी उनमें से एक है लिथियम-आयन बैटरियों के विकास के रुझान। उच्च वोल्टेज LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) उच्च सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व के साथ सबसे आशाजनक सह-मुक्त में से एक है आगे कैथोड सामग्री। इसके अलावा, प्रयोगात्मक परिणामों ने यह साबित कर दिया के उपयोग से एलएनएमओ बैटरी की साइकलिंग और सी-रेट प्रदर्शन में सुधार होता है अर्ध-ठोस इलेक्ट्रोलाइट. यह प्रस्तावित किया जा सकता है कि आयनिक COF सक्षम है कूलम्ब अंतःक्रिया के माध्यम से Mn3+/Mn2+ और Ni2+ को दृढ़ता से अवशोषित करना, एनोड में उनके विनाशकारी प्रवास को रोकना। इसलिए ये काम होगा एलएनएमओ कैथोड सामग्री के व्यावसायीकरण के लिए फायदेमंद हो।

एल क्षेत्रीय विश्लेषण

एशिया-प्रशांत सबसे बड़ा स्थिर लिथियम-आयन बैटरी बाजार होगा 2030, उपयोगिताओं और उद्योगों द्वारा संचालित। यह उत्तरी अमेरिका से आगे निकल जाएगा और 2030 में यूरोप का बाज़ार $1.24 बिलियन से बढ़कर $7.07 बिलियन हो जाएगा 2021 21.3% की सीएजीआर पर। उत्तरी अमेरिका और यूरोप अगले सबसे बड़े होंगे बाज़ार अपनी अर्थव्यवस्थाओं को डीकार्बोनाइज़ करने और अगले स्तर पर ग्रिड बनाने के अपने लक्ष्यों के कारण दो दशकों। LATAM 21.4% की CAGR पर उच्चतम विकास दर देखेगा क्योंकि इसके छोटे आकार और निम्न आधार के कारण।

7. उच्च गुणवत्ता वाली लिथियम आयन बैटरियों के लिए विचार करने योग्य बातें

ऑप्टिकल सोलर इन्वर्टर खरीदते समय न केवल कीमत और गुणवत्ता पर ध्यान देना चाहिए विचार करते समय अन्य कारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।

एल ऊर्जा घनत्व

ऊर्जा घनत्व प्रति इकाई आयतन में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा है। उच्च कम वजन और आकार के साथ ऊर्जा घनत्व चार्जिंग के बीच अधिक व्यापक होता है चक्र.

एल सुरक्षा

विस्फोटों के बाद से सुरक्षा लिथियम-आयन बैटरियों का एक और महत्वपूर्ण पहलू है और चार्जिंग या डिस्चार्जिंग के दौरान आग लग सकती है, इसलिए ऐसा करना आवश्यक है तापमान सेंसर जैसे बेहतर सुरक्षा तंत्र वाली बैटरियां चुनें और अवरोधक पदार्थ.

एल प्रकार

लिथियम-आयन बैटरी उद्योग में नवीनतम रुझानों में से एक है सॉलिड-स्टेट बैटरियों का विकास, जो कई प्रकार के लाभ प्रदान करता है जैसे उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबा जीवन चक्र। उदाहरण के लिए, का उपयोग इलेक्ट्रिक कारों में सॉलिड-स्टेट बैटरियों से उनकी रेंज में काफी वृद्धि होगी क्षमता और सुरक्षा.

एल चार्जिंग की दर

चार्जिंग की दर इस बात पर निर्भर करती है कि बैटरी कितनी तेजी से सुरक्षित रूप से चार्ज होती है। कभी-कभी बैटरी को उपयोग में लाने से पहले चार्ज होने में काफी समय लगता है।

एल जीवनकाल

कोई भी बैटरी पूरी जिंदगी नहीं चलती लेकिन उसकी समाप्ति तिथि होती है। समाप्ति की जाँच करें खरीदारी करने से पहले की तारीख. लिथियम आयन बैटरियों में अंतर्निहित लंबी अवधि होती है जीवन उसकी रसायन शास्त्र के कारण है लेकिन प्रत्येक बैटरी एक दूसरे से भिन्न होती है प्रकार, विशिष्टताएँ और उन्हें बनाने का तरीका। उच्च गुणवत्ता वाली बैटरियां होंगी वे लंबे समय तक चलते हैं क्योंकि वे अंदर से अच्छी सामग्री से बने होते हैं।