लिथियम आयन बैटरियां क्या हैं?

लिथियम-आयन बैटरियाँ बैटरी रसायन विज्ञान का एक लोकप्रिय प्रकार हैं। इन बैटरियों का एक बड़ा फायदा यह है कि ये रिचार्जेबल होती हैं। इसी विशेषता के कारण, ये आजकल बैटरी से चलने वाले अधिकांश उपभोक्ता उपकरणों में पाई जाती हैं। ये फ़ोन, इलेक्ट्रिक वाहनों और बैटरी से चलने वाली गोल्फ कार्ट में पाई जा सकती हैं।

लिथियम-आयन बैटरियां कैसे काम करती हैं?

लिथियम-आयन बैटरियाँ एक या एक से अधिक लिथियम-आयन सेलों से बनी होती हैं। इनमें ओवरचार्जिंग को रोकने के लिए एक सुरक्षात्मक सर्किट बोर्ड भी होता है। सुरक्षात्मक सर्किट बोर्ड वाले आवरण में स्थापित होने के बाद, इन सेलों को बैटरी कहा जाता है।

क्या लिथियम-आयन बैटरियां लिथियम बैटरियों के समान हैं?

नहीं। लिथियम बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी में बहुत अंतर होता है। मुख्य अंतर यह है कि लिथियम-आयन बैटरी रिचार्जेबल होती हैं। एक और बड़ा अंतर उनकी शेल्फ लाइफ का है। लिथियम बैटरी बिना इस्तेमाल किए 12 साल तक चल सकती है, जबकि लिथियम-आयन बैटरी की शेल्फ लाइफ 3 साल तक होती है।

लिथियम आयन बैटरियों के प्रमुख घटक क्या हैं?

लिथियम-आयन कोशिकाओं के चार मुख्य घटक होते हैं:

एनोड

एनोड बिजली को बैटरी से बाहरी सर्किट तक पहुँचाता है। बैटरी चार्ज करते समय यह लिथियम आयनों को भी संग्रहीत करता है।

कैथोड

कैथोड ही सेल की क्षमता और वोल्टेज निर्धारित करता है। बैटरी डिस्चार्ज होने पर यह लिथियम आयन उत्पन्न करता है।

इलेक्ट्रोलाइट

इलेक्ट्रोलाइट एक ऐसा पदार्थ है जो लिथियम आयनों को कैथोड और एनोड के बीच गति करने के लिए एक माध्यम के रूप में कार्य करता है। यह लवणों, योजकों और विभिन्न विलायकों से बना होता है।

विभाजक

लिथियम-आयन सेल का अंतिम भाग विभाजक होता है। यह कैथोड और एनोड को अलग रखने के लिए एक भौतिक अवरोध का काम करता है।

लिथियम-आयन बैटरियाँ इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से लिथियम आयनों को कैथोड से एनोड और एनोड से एनोड तक ले जाकर काम करती हैं। जैसे-जैसे आयन गति करते हैं, वे एनोड में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को सक्रिय करते हैं, जिससे धनात्मक धारा संग्राहक पर आवेश उत्पन्न होता है। ये इलेक्ट्रॉन किसी उपकरण, जैसे फ़ोन या गोल्फ़ कार्ट, से होकर ऋणात्मक संग्राहक तक और फिर कैथोड में वापस प्रवाहित होते हैं। बैटरी के अंदर इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह को विभाजक द्वारा रोका जाता है, जिससे वे संपर्कों की ओर आकर्षित होते हैं।

जब आप लिथियम-आयन बैटरी चार्ज करते हैं, तो कैथोड लिथियम आयन छोड़ता है और वे एनोड की ओर बढ़ते हैं। डिस्चार्ज होने पर, लिथियम आयन एनोड से कैथोड की ओर बढ़ते हैं, जिससे विद्युत धारा का प्रवाह उत्पन्न होता है।

लिथियम-आयन बैटरियों का आविष्कार कब हुआ?

लिथियम-आयन बैटरियों की कल्पना सबसे पहले 70 के दशक में अंग्रेज़ रसायनज्ञ स्टेनली व्हिटिंगम ने की थी। अपने प्रयोगों के दौरान, वैज्ञानिकों ने एक ऐसी बैटरी के लिए विभिन्न रसायनों का परीक्षण किया जो स्वयं को रिचार्ज कर सके। उनके पहले परीक्षण में टाइटेनियम डाइसल्फ़ाइड और लिथियम को इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया गया था। हालाँकि, बैटरियाँ शॉर्ट-सर्किट होकर फट जाती थीं।

80 के दशक में, एक अन्य वैज्ञानिक, जॉन बी. गुडइनफ ने इस चुनौती को स्वीकार किया। इसके तुरंत बाद, एक जापानी रसायनज्ञ, अकीरा योशिनो ने इस तकनीक पर शोध शुरू किया। योशिनो और गुडइनफ ने साबित किया कि लिथियम धातु विस्फोटों का मुख्य कारण है।

90 के दशक में, लिथियम-आयन तकनीक ने तेज़ी से लोकप्रियता हासिल की और दशक के अंत तक यह एक लोकप्रिय ऊर्जा स्रोत बन गई। यह पहली बार था जब सोनी ने इस तकनीक का व्यावसायीकरण किया। लिथियम बैटरियों के खराब सुरक्षा रिकॉर्ड ने लिथियम-आयन बैटरियों के विकास को प्रेरित किया।

लिथियम बैटरियाँ ज़्यादा ऊर्जा घनत्व धारण कर सकती हैं, लेकिन चार्जिंग और डिस्चार्ज के दौरान वे असुरक्षित होती हैं। दूसरी ओर, लिथियम-आयन बैटरियाँ चार्ज और डिस्चार्ज के लिए पूरी तरह सुरक्षित होती हैं, बशर्ते उपयोगकर्ता बुनियादी सुरक्षा दिशानिर्देशों का पालन करें।

सर्वोत्तम लिथियम आयन रसायन क्या है?

लिथियम-आयन बैटरी के रसायन कई प्रकार के होते हैं। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ये रसायन हैं:

लिथियम टाइटेनेट
लिथियम निकल कोबाल्ट एल्युमिनियम ऑक्साइड
लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड
लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LMO)
लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड
लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4)

लिथियम-आयन बैटरियों के लिए कई प्रकार के रसायन उपलब्ध हैं। हर एक के अपने फायदे और नुकसान हैं। हालाँकि, कुछ केवल विशिष्ट उपयोग के मामलों के लिए ही उपयुक्त होते हैं। इसलिए, आप जो प्रकार चुनते हैं वह आपकी बिजली की ज़रूरतों, बजट, सुरक्षा सहनशीलता और विशिष्ट उपयोग के मामले पर निर्भर करेगा।

हालाँकि, LiFePO4 बैटरियाँ व्यावसायिक रूप से सबसे अधिक उपलब्ध विकल्प हैं। इन बैटरियों में एक ग्रेफाइट कार्बन इलेक्ट्रोड होता है, जो एनोड का काम करता है, और फॉस्फेट कैथोड का काम करता है। इनका चक्र जीवन 10,000 चक्र तक होता है।

इसके अतिरिक्त, ये बेहतरीन तापीय स्थिरता प्रदान करती हैं और मांग में छोटे उतार-चढ़ाव को सुरक्षित रूप से संभाल सकती हैं। LiFePO4 बैटरियों को 510 डिग्री फ़ारेनहाइट तक की तापीय रनवे सीमा के लिए रेट किया गया है, जो किसी भी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लिथियम-आयन बैटरी प्रकार में सबसे अधिक है।

LiFePO4 बैटरियों के लाभ

लेड-एसिड और अन्य लिथियम-आधारित बैटरियों की तुलना में, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियों के कई फायदे हैं। ये कुशलतापूर्वक चार्ज और डिस्चार्ज होती हैं, लंबे समय तक चलती हैं, और गहरी साइकलिंग कर सकती हैं।क्लेबिना क्षमता खोए। इन फायदों का मतलब है कि ये बैटरियाँ अपने जीवनकाल में अन्य प्रकार की बैटरियों की तुलना में भारी लागत बचत प्रदान करती हैं। नीचे कम गति वाले पावर वाहनों और औद्योगिक उपकरणों में इन बैटरियों के विशिष्ट फायदों पर एक नज़र डाली गई है।

कम गति वाले वाहनों में LiFePO4 बैटरी

कम गति वाले इलेक्ट्रिक वाहन (LEV) चार पहिया वाहन होते हैं जिनका वज़न 3000 पाउंड से कम होता है। ये इलेक्ट्रिक बैटरियों से चलते हैं, जो इन्हें गोल्फ कार्ट और अन्य मनोरंजक उपयोगों के लिए एक लोकप्रिय विकल्प बनाता है।

अपने LEV के लिए बैटरी का विकल्प चुनते समय, सबसे महत्वपूर्ण बातों में से एक है लंबी उम्र। उदाहरण के लिए, बैटरी से चलने वाली गोल्फ कार्ट में इतनी शक्ति होनी चाहिए कि वह बिना रिचार्ज किए 18-होल वाले गोल्फ कोर्स में घूम सके।

एक और महत्वपूर्ण बात रखरखाव का समय है। एक अच्छी बैटरी को किसी रखरखाव की ज़रूरत नहीं होनी चाहिए ताकि आप अपनी आरामदायक गतिविधियों का पूरा आनंद ले सकें।

बैटरी को विभिन्न मौसम स्थितियों में भी काम करने में सक्षम होना चाहिए। उदाहरण के लिए, यह आपको गर्मी के मौसम में और पतझड़ में, जब तापमान गिरता है, गोल्फ खेलने में सक्षम बनाए।

एक अच्छी बैटरी में एक नियंत्रण प्रणाली भी होनी चाहिए जो यह सुनिश्चित करे कि वह अधिक गर्म या ठंडी न हो जाए, जिससे उसकी क्षमता कम हो जाए।

इन सभी बुनियादी लेकिन महत्वपूर्ण शर्तों को पूरा करने वाले सर्वश्रेष्ठ ब्रांडों में से एक है ROYPOW। उनकी LiFePO4 लिथियम बैटरियाँ 4°F से 131°F तक के तापमान के लिए डिज़ाइन की गई हैं। ये बैटरियाँ एक अंतर्निहित बैटरी प्रबंधन प्रणाली के साथ आती हैं और इन्हें स्थापित करना बेहद आसान है।

लिथियम आयन बैटरियों के औद्योगिक अनुप्रयोग

औद्योगिक अनुप्रयोगों में लिथियम-आयन बैटरियाँ एक लोकप्रिय विकल्प हैं। इनमें सबसे आम रसायन LiFePO4 बैटरियाँ हैं। इन बैटरियों का उपयोग करने वाले कुछ सबसे आम उपकरण इस प्रकार हैं:

संकीर्ण गलियारे वाले फोर्कलिफ्ट
प्रतिसंतुलित फोर्कलिफ्ट
3 पहिया फोर्कलिफ्ट
वॉकी स्टैकर्स
अंतिम और मध्य सवार

औद्योगिक क्षेत्रों में लिथियम आयन बैटरियों की लोकप्रियता बढ़ने के कई कारण हैं। मुख्य कारण ये हैं:

उच्च क्षमता और दीर्घायु

लिथियम-आयन बैटरियों का ऊर्जा घनत्व और जीवनकाल लेड-एसिड बैटरियों की तुलना में ज़्यादा होता है। इनका वज़न लेड-एसिड बैटरियों के वज़न का एक तिहाई हो सकता है और ये समान आउटपुट देती हैं।

उनका जीवन चक्र एक और बड़ा फायदा है। औद्योगिक संचालन के लिए, इसका लक्ष्य अल्पकालिक आवर्ती लागतों को न्यूनतम रखना है। लिथियम-आयन बैटरियों के साथ, फोर्कलिफ्ट बैटरियाँ तीन गुना ज़्यादा समय तक चल सकती हैं, जिससे लंबे समय में लागत में भारी बचत होती है।

वे अपनी क्षमता पर कोई असर डाले बिना 80% तक की डिस्चार्ज गहराई पर भी काम कर सकते हैं। इसका एक और फ़ायदा समय की बचत है। बैटरी बदलने के लिए काम बीच में रोकने की ज़रूरत नहीं पड़ती, जिससे काफ़ी लंबी अवधि में हज़ारों मानव-घंटे बच सकते हैं।

उच्च गति चार्जिंग

औद्योगिक लेड-एसिड बैटरियों के लिए, सामान्य चार्जिंग समय लगभग आठ घंटे का होता है। यानी पूरे आठ घंटे की शिफ्ट में बैटरी इस्तेमाल के लिए उपलब्ध नहीं होती। इसलिए, प्रबंधक को इस डाउनटाइम का ध्यान रखना चाहिए और अतिरिक्त बैटरियाँ खरीदनी चाहिए।

LiFePO4 बैटरियों के साथ, यह कोई चुनौती नहीं है। इसका एक अच्छा उदाहरण हैROYPOW औद्योगिक LifePO4 लिथियम बैटरीलेड एसिड बैटरियों की तुलना में चार गुना तेज़ी से चार्ज होती हैं। इनका एक और फ़ायदा यह है कि डिस्चार्ज के दौरान भी ये कुशल बनी रहती हैं। डिस्चार्ज होने पर लेड एसिड बैटरियों का प्रदर्शन अक्सर धीमा हो जाता है।

ROYPOW औद्योगिक बैटरियों की श्रृंखला में भी मेमोरी संबंधी कोई समस्या नहीं है, इसका श्रेय कुशल बैटरी प्रबंधन प्रणाली को जाता है। लेड-एसिड बैटरियों में अक्सर यह समस्या होती है, जिसके कारण वे पूरी क्षमता तक नहीं पहुँच पातीं।

समय के साथ, यह सल्फेशन का कारण बनता है, जिससे उनका पहले से ही छोटा जीवनकाल आधा हो सकता है। यह समस्या अक्सर तब होती है जब लेड एसिड बैटरियों को बिना पूरी तरह चार्ज किए रखा जाता है। लिथियम बैटरियों को कम अंतराल पर चार्ज किया जा सकता है और बिना किसी समस्या के शून्य से ऊपर की किसी भी क्षमता पर संग्रहीत किया जा सकता है।

सुरक्षा और हैंडलिंग

औद्योगिक परिस्थितियों में LiFePO4 बैटरियों के कई फायदे हैं। सबसे पहले, इनमें बेहतरीन तापीय स्थिरता होती है। ये बैटरियाँ 131°F तक के तापमान पर बिना किसी नुकसान के काम कर सकती हैं। इसी तापमान पर लेड-एसिड बैटरियाँ अपने जीवन चक्र का 80% तक खो देती हैं।

एक और समस्या बैटरियों के वज़न की है। समान क्षमता वाली बैटरियों के लिए, लेड-एसिड बैटरियों का वज़न काफ़ी ज़्यादा होता है। इसलिए, उन्हें अक्सर विशिष्ट उपकरणों और लंबे इंस्टॉलेशन समय की आवश्यकता होती है, जिससे काम पर कम मानव-घंटे खर्च होते हैं।

एक और मुद्दा मज़दूरों की सुरक्षा का है। सामान्य तौर पर, LiFePO4 बैटरियाँ लेड-एसिड बैटरियों से ज़्यादा सुरक्षित होती हैं। OSHA दिशानिर्देशों के अनुसार, लेड-एसिड बैटरियों को खतरनाक धुएँ को बाहर निकालने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों के साथ एक विशेष कमरे में संग्रहित किया जाना चाहिए। इससे औद्योगिक कार्यों में अतिरिक्त लागत और जटिलता आ जाती है।

निष्कर्ष

औद्योगिक क्षेत्रों और कम गति वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए लिथियम-आयन बैटरियों का स्पष्ट लाभ है। ये लंबे समय तक चलती हैं, जिससे उपयोगकर्ताओं के पैसे की बचत होती है। इन बैटरियों का रखरखाव भी शून्य होता है, जो औद्योगिक क्षेत्रों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहाँ लागत-बचत सर्वोपरि है।