ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් බැටරිය අසාර්ථක වන්නේ ඇයි?
By hoppt
ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් බැටරි අසාර්ථක වීමට හේතුව හෝ යාන්ත්‍රණය අවබෝධ කර ගැනීම බැටරි ක්රියාකාරිත්වය සහ එහි මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනය සහ භාවිතය වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. අපද්‍රව්‍ය, සෑදීමේ ක්‍රම, ගබඩා තත්ත්වයන්, ප්රතිචක්රීකරණය, අධික ආරෝපණය සහ අධික ලෙස විසර්ජනය කිරීමෙන් බැටරි අක්රිය වීම නිසා ඇතිවන බලපෑම් මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කෙරේ.
1. නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේ අසාර්ථකත්වය
නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී, පුද්ගලයන්, උපකරණ, අමුද්‍රව්‍ය, ක්‍රම සහ පරිසරය නිෂ්පාදනයේ ගුණාත්මක භාවයට බලපාන ප්රධාන සාධක වේ. LiFePO4 බල බැටරි නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී, පිරිස් සහ උපකරණ කළමනාකරණයේ විෂය පථයට අයත් වේ, එබැවින් අපි ප්රධාන වශයෙන් අවසාන බලපෑම් තුන ගැන සාකච්ඡා කරමු.
ක්රියාකාරී ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්යයේ අපිරිසිදුකම බැටරියේ අසාර්ථකත්වයට හේතු වේ.
LiFePO4 සංශ්ලේෂණය අතරතුර, Fe2O3 සහ Fe වැනි අපිරිසිදු කුඩා ප්‍රමාණයක් ඇත. මෙම අපද්‍රව්‍ය සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට අඩු වන අතර ප්රාචීරය සිදුරු කර අභ්‍යන්තර කෙටි පරිපථයක් ඇති කළ හැකිය. LiFePO4 දිගු කාලයක් වාතයට නිරාවරණය වන විට, තෙතමනය බැටරිය පිරිහී යනු ඇත. වයසට යාමේ මුල් අවධියේදී, ද්රව්යයේ මතුපිට අස්ඵටික යකඩ පොස්පේට් සෑදී ඇත. එහි දේශීය සංයුතිය සහ ව්යුහය LiFePO4 (OH) ට සමාන වේ; OH ඇතුළු කිරීමත් සමඟ, LiFePO4 අඛණ්ඩව පරිභෝජනය කරයි, පරිමාවේ වැඩි වීමක් ලෙස ප්‍රකාශ වේ; පසුව LiFePO4(OH) සෑදීමට සෙමින් ප්‍රතිස්ඵටික කර ඇත. LiFePO3 හි Li4PO4 අපිරිසිදුකම විද්යුත් රසායනිකව නිෂ්ක්‍රීය වේ. ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ අපිරිසිදු අන්තර්ගතය වැඩි වන තරමට ආපසු හැරවිය නොහැකි ධාරිතාව අහිමි වීම වැඩි වේ.
සෑදීමේ ක්රමය නිසා ඇතිවන බැටරියේ අසාර්ථකත්වය
සක්‍රීය ලිතියම් අයනවල ආපසු හැරවිය නොහැකි පාඩුව ප්‍රථමයෙන් පිළිබිඹු වන්නේ ඝන ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් අතුරු මුහුණත පටලය සෑදීමේදී පරිභෝජනය කරන ලිතියම් අයනවලිනි. අධ්‍යයනවලින් සොයාගෙන ඇත්තේ ගොඩනැගීමේ උෂ්ණත්වය වැඩි කිරීම ලිතියම් අයන වඩාත් ආපසු හැරවිය නොහැකි පාඩුවක් ඇති කරන බවයි. සෑදීමේ උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, SEI චිත්රපටයේ අකාබනික සංරචකවල අනුපාතය වැඩි වේ. කාබනික කොටස වන ROCO2Li සිට Li2CO3 අකාබනික සංඝටකය දක්වා පරිවර්තනය කිරීමේදී නිකුත් වන වායුව SEI පටලයෙහි වැඩි දෝෂ ඇති කරයි. මෙම දෝෂයන් මගින් විසඳන ලද ලිතියම් අයන විශාල සංඛ්යාවක් සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩය තුළ තැන්පත් කරනු ලැබේ.
සෑදීමේදී, අඩු ධාරා ආරෝපණය මගින් සාදන ලද SEI පටලයේ සංයුතිය සහ ඝනකම ඒකාකාර නමුත් කාලය ගත වේ; අධි-ධාරා ආරෝපණය වැඩි අතුරු ප්‍රතික්‍රියා ඇති කිරීමට හේතු වනු ඇත, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ආපසු හැරවිය නොහැකි ලිතියම්-අයන අලාභය වැඩි වන අතර සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ අතුරු මුහුණත සම්බාධනය ද වැඩි වනු ඇත, නමුත් එය කාලය ඉතිරි කරයි. කාලය; වර්තමානයේ, කුඩා ධාරා නියත ධාරාව-විශාල ධාරා නියත ධාරාව සහ නියත වෝල්ටීයතාවයේ ගොඩනැගීමේ මාදිලිය නිතර නිතර භාවිතා වන අතර එමඟින් දෙකෙහිම වාසි සැලකිල්ලට ගත හැකිය.
නිෂ්පාදන පරිසරයේ තෙතමනය හේතුවෙන් බැටරි අසමත් වීම
සත්‍ය නිෂ්පාදනයේ දී, ධනාත්මක හා සෘණ ද්රව්ය බොහෝ දුරට මයික්‍රෝන හෝ නැනෝ ප්‍රමාණයේ අංශු වන අතර, විද්යුත් විච්ඡේදකයේ ඇති ද්‍රාව්‍ය අණු විශාල විද්යුත් ඍණ කාබොනයිල් කාණ්ඩ සහ පරිවෘත්තීය කාබන්-කාබන ද්විත්ව බන්ධන ඇති බැවින් බැටරිය අනිවාර්යයෙන්ම වාතය හා සම්බන්ධ වේ. සියල්ල පහසුවෙන් වාතයේ තෙතමනය අවශෝෂණය කරයි.
ජල අණු ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළ ඇති ලිතියම් ලවණ (විශේෂයෙන් LiPF6) සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි, එය වියෝජනය කර ඉලෙක්ට්‍රෝලය පරිභෝජනය කරයි (PF5 සෑදීමට දිරාපත් වේ) සහ HF ආම්ලික ද්රව්ය නිපදවයි. PF5 සහ HF යන දෙකම SEI චිත්‍රපටය විනාශ කරන අතර HF LiFePO4 සක්‍රීය ද්රව්ය විඛාදනයට ද ප්රවර්ධනය කරයි. ජල අණු මගින් ලිතියම්-අන්තර්ගත ග්රැෆයිට් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩය ද delithiate කරනු ඇත, SEI පටලයේ පතුලේ ලිතියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් සාදයි. මීට අමතරව, ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළ දියවී ඇති O2 ද වයස්ගත වීම වේගවත් කරයි LiFePO4 බැටරි.
නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේදී, බැටරි ක්‍රියාකාරීත්වයට බලපාන නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට අමතරව, LiFePO4 බල බැටරිය අසාර්ථක වීමට හේතු වන ප්රධාන සාධක අතර අමුද්‍රව්‍යවල (ජලය ඇතුළුව) ඇති අපද්‍රව්‍ය සහ සෑදීමේ ක්රියාවලිය ඇතුළත් වේ, එබැවින් සංශුද්ධතාවය ද්රව්ය, පාරිසරික ආර්ද්‍රතාවය පාලනය, සෑදීමේ ක්රමය යනාදී සාධක තීරණාත්මක වේ.
2. රාක්කවල අසමත් වීම
බලශක්ති බැටරියක සේවා කාලය තුළ, එහි බොහෝ කාලයක් රාක්ක තත්වයේ පවතී. සාමාන්‍යයෙන්, දිගු කල් තැබීමෙන් පසු, බැටරි ක්රියාකාරිත්වය අඩු වනු ඇත, සාමාන්‍යයෙන් අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධයේ වැඩි වීමක්, වෝල්ටීයතාවයේ අඩුවීමක් සහ විසර්ජන ධාරිතාවේ අඩුවීමක් පෙන්නුම් කරයි. බොහෝ සාධක බැටරියේ ක්රියාකාරිත්වය පිරිහීමට හේතු වන අතර, ඒවායින් උෂ්ණත්වය, ආරෝපණ තත්ත්වය සහ කාලය වඩාත් පැහැදිලිව බලපාන සාධක වේ.
Kassem et al. විවිධ ගබඩා තත්වයන් යටතේ LiFePO4 බල බැටරිවල වයස්ගත වීම විශ්ලේෂණය කරන ලදී. වයස්ගත වීමේ යාන්ත්‍රණය ප්රධාන වශයෙන් ධනාත්මක හා සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල අතුරු ප්‍රතික්‍රියාව බව ඔවුහු විශ්වාස කළහ. ඉලෙක්ට්‍රෝලය (ධන ඉලෙක්ට්රෝඩයේ පැති ප්‍රතික්‍රියාව හා සසඳන විට සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ පාර්ශ්වික ප්‍රතික්‍රියාව වඩා බරයි, ප්රධාන වශයෙන් ද්‍රාවකය නිසා ඇතිවේ. වියෝජනය, SEI පටලයේ වර්ධනය) ක්රියාකාරී ලිතියම් අයන පරිභෝජනය කරයි. ඒ සමගම, බැටරියේ සම්පූර්ණ සම්බාධනය වැඩි වේ, ක්රියාකාරී ලිතියම් අයන අහිමි වීම එය ඉතිරි වන විට බැටරිය වයසට යාමට හේතු වේ. ගබඩා උෂ්ණත්වය ඉහළ යාමත් සමඟ LiFePO4 බල බැටරිවල ධාරිතාව අහිමි වීම වැඩි වේ. ඊට ප්රතිවිරුද්ධව, ආරෝපණයේ ගබඩා තත්ත්වය වැඩි වන විට, ධාරිතා අලාභය වඩාත් සුළු වේ.
Grolleau et al. ද එම නිගමනයට එළැඹ ඇත: ගබඩා උෂ්ණත්වය LiFePO4 බල බැටරිවල වයස්ගත වීම කෙරෙහි වඩා සැලකිය යුතු බලපෑමක් ඇති කරයි, පසුව ආරෝපණය කිරීමේ ගබඩා තත්ත්වය සහ සරල ආකෘතියක් යෝජනා කෙරේ. ගබඩා කාලය (උෂ්ණත්වය සහ ආරෝපණ තත්ත්වය) සම්බන්ධ සාධක මත පදනම්ව LiFePO4 බල බැටරියේ ධාරිතාව අහිමි වීම පුරෝකථනය කළ හැකිය. නිශ්චිත SOC තත්වයකදී, රාක්ක කාලය වැඩි වන විට, ග්රැෆයිට් වල ඇති ලිතියම් දාරයට විසරණය වන අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝලය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන සමඟ සංකීර්ණ සංයෝගයක් සාදනු ඇත, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ආපසු හැරවිය නොහැකි ලිතියම් අයන අනුපාතය වැඩි වීම, SEI ඝණ වීම, සහ සන්නායකතාව. අඩු වීම නිසා ඇතිවන සම්බාධනය වැඩි වීම (අකාබනික සංරචක වැඩි වන අතර සමහර ඒවා නැවත විසුරුවා හැරීමට අවස්ථාවක් ඇත) සහ ඉලෙක්ට්රෝඩ මතුපිට ක්රියාකාරකම් අඩු කිරීම එක්ව බැටරිය වයසට යෑමට හේතු වේ.
ආරෝපණ තත්ත්වය හෝ විසර්ජන තත්ත්වය කුමක් වුවත්, කාමර උෂ්ණත්වයේ සිට 4°C දක්වා වූ උෂ්ණත්ව පරාසය තුළ LiFePO4 සහ විවිධ විද්යුත් විච්ඡේදක (විද්යුත් විච්ඡේදකය LiBF6, LiAsF6, හෝ LiPF85) අතර කිසිදු ප්රතික්රියාවක් අවකල ස්කෑනිං කැලරිමිතිය සොයා ගත්තේ නැත. කෙසේ වෙතත්, LiFePO4 දිගු වේලාවක් LiPF6 හි ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළ ගිල්වා ඇති විට, එය තවමත් නිශ්චිත ප්රතික්රියාවක් පෙන්නුම් කරයි. අතුරුමුහුණත සෑදීමේ ප්‍රතික්‍රියාව දිගු වන බැවින්, මාසයක් ගිල්වීමෙන් පසු ඉලෙක්ට්‍රෝලය සමඟ තවදුරටත් ප්‍රතික්‍රියා කිරීම වැළැක්වීම සඳහා LiFePO4 මතුපිට නිෂ්ක්‍රීය පටලයක් තවමත් නොමැත.
රාක්ක තත්වයේදී, දුර්වල ගබඩා තත්වයන් (ඉහළ උෂ්ණත්වය සහ ඉහළ ආරෝපණ තත්ත්වය) LiFePO4 බල බැටරියේ ස්වයං-විසර්ජන මට්ටම වැඩි කරයි, බැටරිය වයසට යාම වඩාත් පැහැදිලිව පෙනේ.
3. ප්රතිචක්රීකරණයේ අසමත් වීම
බැටරි සාමාන්‍යයෙන් භාවිතයේදී තාපය විමෝචනය කරයි, එබැවින් උෂ්ණත්වයේ බලපෑම සැලකිය යුතු ය. ඊට අමතරව, මාර්ග තත්ත්වය, භාවිතය සහ පරිසර උෂ්ණත්වය යන සියල්ල වෙනස් බලපෑම් ඇති කරයි.
සක්‍රීය ලිතියම් අයන නැතිවීම සාමාන්‍යයෙන් බයිසිකල් පැදීමේදී LiFePO4 බල බැටරිවල ධාරිතාව නැති වීමට හේතු වේ. ඩුබාරි සහ අල්. බයිසිකල් පැදීමේදී LiFePO4 බල බැටරි වයසට යාම ප්රධාන වශයෙන් ක්රියාකාරී ලිතියම්-අයන SEI පටල පරිභෝජනය කරන සංකීර්ණ වර්ධන ක්‍රියාවලියක් නිසා බව පෙන්නුම් කළේය. මෙම ක්‍රියාවලියේදී, ක්රියාකාරී ලිතියම් අයන නැතිවීම සෘජුවම බැටරි ධාරිතාවේ රඳවා ගැනීමේ අනුපාතය අඩු කරයි; SEI චිත්රපටයේ අඛණ්ඩ වර්ධනය, එක් අතකින්, බැටරියේ ධ්රැවීකරණ ප්රතිරෝධය වැඩි කිරීමට හේතු වේ. ඒ අතරම, SEI චිත්රපටයේ ඝනකම ඉතා ඝන වන අතර, ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ විද්යුත් රසායනික ක්රියාකාරිත්වය. එය ක්රියාකාරිත්වය අර්ධ වශයෙන් අක්රිය කරනු ඇත.
ඉහළ උෂ්ණත්ව බයිසිකල් පැදීමේදී, LiFePO2 හි Fe4+ යම් ප්‍රමාණයකට දිය වේ. ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ධාරිතාව කෙරෙහි Fe2+ ද්රාවණය කරන ලද ප්රමාණය සැලකිය යුතු බලපෑමක් නැතත්, Fe2+ විසුරුවා හැරීම සහ සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩය මත Fe වර්ෂාපතනය SEI චිත්රපටයේ වර්ධනයේ උත්ප්රේරක භූමිකාවක් ඉටු කරනු ඇත. . සක්‍රීය ලිතියම් අයන නැති වූයේ කොතැනද සහ කොතැනද යන්න ප්‍රමාණාත්මකව විශ්ලේෂණය කළ ටැන්, සක්‍රීය ලිතියම් අයනවල අලාභයෙන් වැඩි ප්‍රමාණයක් සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට සිදු වූ බව සොයා ගන්නා ලදී, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව චක්ර වලදී, එනම් ඉහළ උෂ්ණත්ව චක්ර ධාරිතාව අහිමි වීම වේගවත් වන අතර, SEI චිත්‍රපටය සාරාංශගත කරන්නේ හානි සහ අලුත්වැඩියා කිරීමේ විවිධ යාන්ත්‍රණ තුනක් ඇත:
- ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ලිතියම් අයන අඩු කිරීම සඳහා SEI පටලය හරහා ගමන් කරයි.
- SEI චිත්රපටයේ සමහර සංරචක විසුරුවා හැරීම සහ ප්රතිජනනය කිරීම.
- ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ පරිමාව වෙනස් වීම හේතුවෙන්, SEI පටලය කැඩී යාමෙන් සිදු විය.
සක්‍රීය ලිතියම් අයන නැතිවීමට අමතරව, ප්‍රතිචක්‍රීකරණයේදී ධනාත්මක හා සෘණ ද්රව්ය නරක අතට හැරේ. ප්රතිචක්රීකරණය කිරීමේදී LiFePO4 ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ඉරිතැලීම් ඇතිවීම ඉලෙක්ට්රෝඩ ධ්රැවීකරණය වැඩි වන අතර ක්රියාකාරී ද්රව්ය සහ සන්නායක නියෝජිතයා හෝ ධාරා එකතු කරන්නා අතර සන්නායකතාවය අඩු වේ. වයසට ගිය පසු LiFePO4 හි වෙනස්වීම් අර්ධ ප්‍රමාණාත්මකව අධ්‍යයනය කිරීමට Nagpur විසින් Scanning Extended Resistance Microscopy (SSRM) භාවිතා කරන ලද අතර LiFePO4 නැනෝ අංශු රළු කිරීම සහ විශේෂිත රසායනික ප්‍රතික්‍රියා මගින් නිපදවන මතුපිට තැන්පතු එක්ව LiFePO4 කැතෝඩවල සම්බාධනය වැඩි කිරීමට හේතු වූ බව සොයා ගන්නා ලදී. මීට අමතරව, සක්‍රීය මිනිරන් ද්රව්ය නැතිවීම නිසා සක්‍රීය මතුපිට අඩුවීම සහ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩ පිටවීම ද බැටරි වයසට යාමට හේතුව ලෙස සැලකේ. ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ අස්ථාවරත්වය SEI චිත්රපටයේ අස්ථායීතාවයට හේතු වන අතර ක්රියාකාරී ලිතියම් අයන පරිභෝජනය ප්රවර්ධනය කරයි.
බැටරියේ ඉහළ අනුපාත විසර්ජනය විදුලි වාහනය සඳහා සැලකිය යුතු බලයක් සැපයිය හැකිය; එනම්, බලශක්ති බැටරියේ අනුපාත කාර්ය සාධනය වඩා හොඳ වන අතර, විදුලි මෝටර් රථයේ ත්වරණ කාර්ය සාධනය වඩා හොඳය. Kim et al ගේ පර්යේෂණ ප්රතිඵල. LiFePO4 ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සහ ග්රැෆයිට් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ වයස්ගත යාන්ත්‍රණය වෙනස් බව පෙන්නුම් කළේය: විසර්ජන අනුපාතය වැඩිවීමත් සමඟ ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ධාරිතාව අලාභය සෘණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයට වඩා වැඩි වේ. අඩු අනුපාත බයිසිකල් පැදීමේදී බැටරි ධාරිතාව අහිමි වීම ප්රධාන වශයෙන් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ක්රියාකාරී ලිතියම් අයන පරිභෝජනය නිසාය. ඊට ප්රතිවිරුද්ධව, ඉහළ අනුපාත බයිසිකල් පැදීමේදී බැටරියේ බලය අහිමි වීම ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සම්බාධනය වැඩි වීම නිසාය.
භාවිතයේ පවතින බල බැටරියේ විසර්ජන ගැඹුර ධාරිතාව අලාභයට බලපාන්නේ නැතත්, එය එහි බලශක්ති අලාභයට බලපානු ඇත: විසර්ජන ගැඹුර වැඩි වීමත් සමඟ බලශක්ති අලාභයේ වේගය වැඩි වේ. මෙයට හේතුව SEI පටලයේ සම්බාධනය ඉහළ යාම සහ සම්පූර්ණ බැටරියේ සම්බාධනය වැඩි වීමයි. එය සෘජුවම සම්බන්ධයි. සක්‍රීය ලිතියම් අයන නැතිවීමට සාපේක්ෂව, ආරෝපණ වෝල්ටීයතාවයේ ඉහළ සීමාව බැටරිය ක්රියා විරහිත වීම කෙරෙහි පෙනෙන බලපෑමක් නැත, ආරෝපණ වෝල්ටීයතාවයේ ඉතා අඩු හෝ වැඩි ඉහළ සීමාවක් LiFePO4 ඉලෙක්ට්රෝඩයේ අතුරු මුහුණත සම්බාධනය වැඩි කරයි: අඩු ඉහළ සීමිත වෝල්ටීයතාවය හොඳින් ක්රියා නොකරනු ඇත. නිෂ්ක්‍රීය පටලය පොළව මත පිහිටුවා ඇති අතර, ඉතා ඉහළ ඉහළ වෝල්ටීයතා සීමාවක් ඉලෙක්ට්‍රෝලය ඔක්සිකාරක වියෝජනයට හේතු වේ. එය LiFePO4 ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට අඩු සන්නායකතාවක් සහිත නිෂ්පාදනයක් නිර්මාණය කරනු ඇත.
ප්රධාන වශයෙන් අයන සන්නායකතාවය අඩුවීම සහ අතුරු මුහුණත සම්බාධනය වැඩි වීම හේතුවෙන් උෂ්ණත්වය අඩු වන විට LiFePO4 බල බැටරියේ විසර්ජන ධාරිතාව වේගයෙන් පහත වැටේ. Li, LiFePO4 කැතෝඩ සහ ග්රැෆයිට් ඇනෝඩය වෙන වෙනම අධ්‍යයනය කළ අතර ඇනෝඩයේ සහ ඇනෝඩයේ අඩු උෂ්ණත්ව ක්රියාකාරිත්වය සීමා කරන ප්රධාන පාලන සාධක වෙනස් බව සොයා ගන්නා ලදී. LiFePO4 කැතෝඩයේ අයනික සන්නායකතාවය අඩුවීම ප්‍රමුඛ වන අතර ග්රැෆයිට් ඇනෝඩයේ අතුරු මුහුණත සම්බාධනය වැඩි වීම ප්රධාන හේතුවයි.
භාවිතය අතරතුර, LiFePO4 ඉලෙක්ට්රෝඩය සහ ග්රැෆයිට් ඇනෝඩය පිරිහීම සහ SEI පටලයේ අඛණ්ඩ වර්ධනය නිසා බැටරියේ අක්‍රියතාව විවිධ මට්ටම්වලට හේතු වේ. මීට අමතරව, මාර්ග තත්වයන් සහ පරිසර උෂ්ණත්වය වැනි පාලනය කළ නොහැකි සාධක වලට අමතරව, බැටරිය නිතිපතා භාවිතා කිරීම ද අත්‍යවශ්‍ය වේ, සුදුසු ආරෝපණ වෝල්ටීයතාවය, සුදුසු විසර්ජන ගැඹුර යනාදිය ඇතුළත් වේ.
4. ආරෝපණය කිරීමේදී සහ විසර්ජනය කිරීමේදී අසමත් වීම
භාවිතයේදී බැටරිය බොහෝ විට අනිවාර්යයෙන්ම අධික ලෙස ආරෝපණය වේ. අධික ලෙස විසර්ජනය වීම අඩුයි. අධික ලෙස ආරෝපණය කිරීමේදී හෝ අධික ලෙස විසර්ජනය කිරීමේදී මුදා හරින තාපය බැටරිය තුළ එකතු වී බැටරියේ උෂ්ණත්වය තවදුරටත් වැඩි කරයි. එය බැටරියේ සේවා කාලයට බලපාන අතර කුණාටුව ගිනි හෝ පිපිරීමේ හැකියාව මතු කරයි. නිතිපතා ආරෝපණය සහ විසර්ජන තත්ත්වයන් යටතේ වුවද, චක්ර සංඛ්යාව වැඩි වන විට, බැටරි පද්ධතියේ තනි සෛලවල ධාරිතාව නොගැලපීම වැඩි වනු ඇත. අඩුම ධාරිතාවක් ඇති බැටරිය ආරෝපණය කිරීමේ සහ අධික ලෙස විසර්ජනය කිරීමේ ක්‍රියාවලියට භාජනය වේ.
විවිධ ආරෝපණ තත්ත්වයන් යටතේ අනෙකුත් ධන ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය හා සසඳන විට LiFePO4 හොඳම තාප ස්ථායීතාවය ඇති නමුත්, අධික ලෙස ආරෝපණය කිරීම LiFePO4 බල බැටරි භාවිතා කිරීමේදී අනාරක්ෂිත අවදානම් ඇති කළ හැකිය. අධික ලෙස ආරෝපණය වූ අවස්ථාවක කාබනික ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළ ඇති ද්රාවණය ඔක්සිකාරක වියෝජනයට වැඩි ප්‍රවණතාවක් ඇත. බහුලව භාවිතා වන කාබනික ද්‍රාවක අතර, එතිලීන් කාබනේට් (EC) ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට ඔක්සිකාරක වියෝජනයට ලක් වේ. සෘණ මිනිරන් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ලිතියම් ඇතුළු කිරීමේ විභවය (ලිතියම් විභවයට එදිරිව) නොගැඹුරු බැවින්, සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ලිතියම් වර්ෂාපතනය බොහෝ දුරට ඉඩ ඇත.
අධික ආරෝපණ තත්ත්වයන් යටතේ බැටරිය ක්රියා විරහිත වීමට ප්රධාන හේතුවක් වන්නේ ලිතියම් ස්ඵටික අතු ප්රාචීරය සිදුරු කිරීම නිසා ඇති වන අභ්‍යන්තර කෙටි පරිපථයයි. Lu et al. අධි ආරෝපණය නිසා ඇතිවන මිනිරන් ප්‍රතිවිරුද්ධ ඉලෙක්ට්රෝඩ මතුපිට ලිතියම් ආලේපනයේ අසාර්ථක යාන්ත්‍රණය විශ්ලේෂණය කරන ලදී. ප්රතිඵල පෙන්නුම් කරන්නේ සෘණ ග්රැෆයිට් ඉලෙක්ට්රෝඩයේ සමස්ත ව්යුහය වෙනස් වී නොමැති නමුත් ලිතියම් ස්ඵටික ශාඛා සහ මතුපිට චිත්රපටයක් ඇති බවයි. ලිතියම් සහ ඉලෙක්ට්‍රෝටේට් ප්‍රතික්‍රියාව නිසා මතුපිට පටලය අඛණ්ඩව වැඩි වන අතර එමඟින් වඩාත් ක්රියාකාරී ලිතියම් පරිභෝජනය කරන අතර ලිතියම් ග්රැෆයිට් බවට විසරණය වීමට හේතු වේ. සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩය වඩාත් සංකීර්ණ වන අතර එමඟින් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට ලිතියම් තැන්පත් වීම තවදුරටත් ප්රවර්ධනය කරනු ඇත, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ධාරිතාව සහ කූලෝම්බික් කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් අඩු වේ.
මීට අමතරව, ලෝහමය අපද්‍රව්‍ය (විශේෂයෙන් Fe) සාමාන්‍යයෙන් බැටරි අධි ආරෝපණය අසාර්ථක වීමට ප්රධාන හේතුවක් ලෙස සැලකේ. Xu et al. අධි ආරෝපණ තත්ව යටතේ LiFePO4 බල බැටරි වල අසාර්ථක යාන්ත්‍රණය ක්‍රමානුකූලව අධ්‍යයනය කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ අධික ආරෝපණ/විසර්ජන චක්‍රය තුළ Fe හි රෙඩොක්ස් න්‍යායාත්මකව කළ හැකි අතර ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණය ලබා දී ඇති බවයි. අධික ආරෝපණයක් සිදු වූ විට, Fe පළමුව Fe2+ වෙත ඔක්සිකරණය වේ, Fe2+ තවදුරටත් Fe3+ දක්වා පිරිහී, පසුව Fe2+ සහ Fe3+ ධන ඉලෙක්ට්‍රෝඩයෙන් ඉවත් කරනු ලැබේ. එක් පැත්තක් සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ පැත්තට විසරණය වේ, Fe3+ අවසානයේ Fe2+ දක්වා අඩු වේ, Fe2+ තවදුරටත් Fe ආකාරයෙන් අඩු වේ; අධිආරෝපණය/විසර්ජන චක්ර සිදු වන විට, Fe ස්ඵටික ශාඛා ධනාත්මක සහ සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩ වලින් එකවර ආරම්භ වන අතර, Fe පාලම් සෑදීමට බෙදුම්කරු සිදුරු කරයි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ක්ෂුද්ර බැටරි කෙටි පරිපථයක් ඇති වේ, බැටරියේ ක්ෂුද්ර කෙටි පරිපථය සමඟ පෙනෙන සංසිද්ධිය අඛණ්ඩව සිදු වේ. අධික ලෙස ආරෝපණය කිරීමෙන් පසු උෂ්ණත්වය ඉහළ යාම.
අධික ලෙස ආරෝපණය කිරීමේදී, සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ විභවය වේගයෙන් ඉහළ යනු ඇත. විභව වැඩි වීම සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ මතුපිට ඇති SEI පටලය විනාශ කරනු ඇත (SEI පටලයේ අකාබනික සංයෝග වලින් පොහොසත් කොටස ඔක්සිකරණය වීමට වැඩි ඉඩක් ඇත), එමඟින් ඉලෙක්ට්‍රෝලය අතිරේක වියෝජනය වන අතර එමඟින් ධාරිතාව නැති වේ. වඩාත් වැදගත් ලෙස, සෘණ ධාරා එකතු කරන්නා Cu තීරු ඔක්සිකරණය වේ. සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයේ SEI චිත්රපටයේ, Yang et al. බැටරියේ අභ්‍යන්තර ප්රතිරෝධය වැඩි කර කුණාටුවෙහි ධාරිතා නැති වීමට හේතු වන Cu තීරු වල ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදනය වන Cu2O අනාවරණය විය.
ඔහු සහ අල්. LiFePO4 බල බැටරිවල අධික විසර්ජන ක්රියාවලිය විස්තරාත්මකව අධ්‍යයනය කළේය. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ අධික විසර්ජනයේදී සෘණ ධාරා එකතු කරන්නා Cu තීරු Cu+ වෙත ඔක්සිකරණය කළ හැකි බවත්, Cu+ තවදුරටත් Cu2+ වෙත ඔක්සිකරණය වන බවත් ඉන් පසුව ධන ඉලෙක්ට්රෝඩය වෙත විසරණය වන බවත්ය. ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩයේ අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියාවක් සිදුවිය හැක. මේ ආකාරයට, එය ධනාත්මක ඉලෙක්ට්රෝඩ පැත්තේ ස්ඵටික ශාඛා පිහිටුවා, බෙදුම්කරු සිදුරු කර බැටරිය තුළ ක්ෂුද්ර කෙටි පරිපථයක් ඇති කරයි. එසේම, අධික ලෙස විසර්ජනය වීම නිසා, බැටරි උෂ්ණත්වය දිගටම ඉහළ යනු ඇත.
LiFePO4 බල බැටරිය අධික ලෙස ආරෝපණය කිරීම ඔක්සිකාරක ඉලෙක්ට්‍රෝලය වියෝජනය, ලිතියම් පරිණාමය සහ Fe ස්ඵටික ශාඛා සෑදීමට හේතු විය හැක; අධික ලෙස විසර්ජනය වීම SEI හානියට හේතු විය හැක, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ධාරිතා පිරිහීම, Cu තීරු ඔක්සිකරණය සහ Cu ස්ඵටික ශාඛා පෙනුම පවා ඇති විය හැක.
5. වෙනත් අසාර්ථකත්වයන්
LiFePO4 හි ආවේණික අඩු සන්නායකතාවය හේතුවෙන්, ද්‍රව්‍යයේම රූප විද්‍යාව සහ ප්රමාණය සහ සන්නායක කාරක සහ බන්ධකවල බලපෑම පහසුවෙන් ප්‍රකාශ වේ. Gaberscek et al. ප්රමාණය සහ කාබන් ආලේපනය යන පරස්පර සාධක දෙක පිළිබඳව සාකච්ඡා කළ අතර LiFePO4 හි ඉලෙක්ට්රෝඩ සම්බාධනය සාමාන්‍ය අංශු ප්‍රමාණයට පමණක් සම්බන්ධ වන බව සොයා ගන්නා ලදී. LiFePO4 (Fe occupies Li sites) හි ඇති ප්‍රති-අඩවි දෝෂ බැටරියේ ක්‍රියාකාරීත්වය කෙරෙහි විශේෂ බලපෑමක් ඇති කරනු ඇත: LiFePO4 ඇතුළත ලිතියම් අයන සම්ප්‍රේෂණය කිරීම ඒක මාන බැවින්, මෙම දෝෂය ලිතියම් අයන සන්නිවේදනයට බාධාවක් වනු ඇත; ඉහළ සංයුජතා අවස්ථා හඳුන්වාදීම හේතුවෙන් අතිරේක විද්යුත් ස්ථිතික විකර්ෂණය හේතුවෙන්, මෙම දෝෂය LiFePO4 ව්‍යුහයේ අස්ථාවරත්වයට ද හේතු විය හැක.
LiFePO4 හි විශාල අංශු ආරෝපණය අවසානයේ සම්පූර්ණයෙන්ම සතුටු විය නොහැක; නැනෝ ව්‍යුහගත LiFePO4 මඟින් ප්‍රතිලෝම දෝෂ අඩු කළ හැකි නමුත් එහි ඉහළ පෘෂ්ඨීය ශක්තිය ස්වයං-විසර්ජනයට හේතු වේ. PVDF යනු වර්තමානයේ බහුලව භාවිතා වන බන්ධනය වන අතර, එය අධික උෂ්ණත්වයේ දී ප්‍රතික්‍රියාව, ජලීය නොවන විද්යුත් විච්ඡේදකයේ දියවීම සහ ප්‍රමාණවත් නොවන නම්‍යශීලී බව වැනි අවාසි ඇත. එය LiFePO4 හි ධාරිතාව නැතිවීම සහ චක්‍රීය ආයු කාලය කෙරෙහි විශේෂ බලපෑමක් ඇති කරයි. මීට අමතරව, වත්මන් එකතු කරන්නා, ප්රාචීරය, විද්යුත් විච්ඡේදක සංයුතිය, නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය, මානව සාධක, බාහිර කම්පනය, කම්පනය, ආදිය බැටරියේ ක්රියාකාරිත්වයට විවිධ මට්ටම් වලට බලපානු ඇත.
යොමුව: Miao Meng et al. "ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් බල බැටරි අසමත් වීම පිළිබඳ පර්යේෂණ ප්‍රගතිය."
