લિથિયમ આયન બેટરી ટેક્નોલોજી - પોલિનોવેલના ફંડામેન્ટલ્સ

લિથિયમ આયન બેટરીઓ જે રીતે મોટાભાગના લોકો તેના વિશે વિચારે છે તે રીતે ખરેખર શક્તિ "જનરેટ" કરતી નથી. તેઓ શું કરે છે તે ઉલટાવી શકાય તેવું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા વિદ્યુત ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે, પછી જ્યારે બાહ્ય સર્કિટ વર્તમાનની માંગ કરે ત્યારે તેને છોડે છે. આ અંગેની મૂંઝવણ ડિઝાઈન મીટીંગમાં ઘણી વધારે આવે છે, ખાસ કરીને જ્યારે કોઈ વ્યક્તિ પ્રથમ વખત બેટરી પેકને માપવાનો પ્રયાસ કરે છે.

સ્રાવ દરમિયાન બે વસ્તુઓ થાય છે. પ્રથમ, લિથિયમ આયનો નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) માંથી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને વિભાજક દ્વારા હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) માં સ્થાનાંતરિત થાય છે. બીજું, ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટમાંથી એનોડથી કેથોડ તરફ વહે છે, ઉપયોગી કાર્ય કરે છે. ચાર્જિંગ દરમિયાન, તમે બાહ્ય વોલ્ટેજ લાગુ કરીને પ્રક્રિયાને વિપરીત કરો છો જે આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનને વિરુદ્ધ દિશામાં ખસેડવા દબાણ કરે છે.

કોષ જે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે તે સંપૂર્ણપણે તમે પસંદ કરેલ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી અને તેમની સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંભવિતતા પર આધાર રાખે છે. છાજલી પર બેઠેલા તાજા કોષ તેના ખુલ્લા-સર્કિટ વોલ્ટેજ-સામાન્ય રીતે મોટા ભાગના લિથિયમ આયન રસાયણશાસ્ત્ર માટે લગભગ 3.6 થી 3.7V બતાવશે, જોકે આ સંખ્યા ચાર્જ અને તાપમાનની સ્થિતિને આધારે ફરે છે. એકવાર તમે લોડને જોડો અને પ્રવાહ દોરવાનું શરૂ કરો, આંતરિક પ્રતિકારને કારણે વોલ્ટેજ ઘટી જાય છે. તે કેટલું ડ્રોપ કરે છે તે તમને સેલના સ્વાસ્થ્ય વિશે ઘણું કહે છે.

Lithium Ion Battery Technology

તમામ લિથિયમ આયન કોષો સમાન મૂળભૂત ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત ધરાવે છે, પરંતુ રસાયણશાસ્ત્ર વ્યાપકપણે બદલાય છે. કેથોડ સામગ્રી મોટાભાગે કોષની કાર્યક્ષમતા લાક્ષણિકતાઓ-ઊર્જા ઘનતા, પાવર ક્ષમતા, ચક્ર જીવન, થર્મલ સ્થિરતા અને કિંમત નક્કી કરે છે.

સ્તરવાળી ઓક્સાઇડ કેથોડ્સ એ પ્રથમ વ્યાવસાયિક રસાયણશાસ્ત્ર હતું. સોનીએ તેમને 1991 માં LiCoO₂ (લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઈડ) સાથે પાછું રજૂ કર્યું, જેનો ઉપયોગ હજી પણ કન્ઝ્યુમર ઈલેક્ટ્રોનિક્સમાં થાય છે જ્યાં ઊર્જાની ઘનતા કિંમત અથવા સલામતીના માર્જિન કરતાં વધુ મહત્વની છે. આ કોષો સેલ સ્તરે આશરે 150-200 Wh/kg પેક કરે છે. જોકે કોબાલ્ટ મોંઘું છે, અને રસાયણશાસ્ત્ર 150 ડિગ્રીથી ઉપર અસ્થિર બને છે. અમે દુરુપયોગ કરાયેલા કોષોમાં 130 ડિગ્રી જેટલા નીચા તાપમાને થર્મલ રનઅવેની શરૂઆત જોઈ છે.

બહેતર સલામતી અને ઓછી કિંમત માટેના અભિયાનને કારણે 1990ના દાયકાના મધ્યમાં LiMn₂O₄ (લિથિયમ મેંગેનીઝ ઓક્સાઇડ) તરફ દોરી ગયું. મેંગેનીઝ ગંદકી સસ્તી છે અને સ્પાઇનલ માળખું સ્વાભાવિક રીતે વધુ સ્થિર છે. જ્યાં સુધી તમે સામાન્ય રીતે 250 ડિગ્રી પાર ન કરો ત્યાં સુધી આ કોષો ભાગશે નહીં. આ વેપાર? ઉર્જા ઘનતા ઘટીને 100-120 Wh/kg થાય છે અને મેંગેનીઝ સમય જતાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઓગળી જાય છે, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને. સાયકલ લાઇફ પીડાય છે - ક્ષમતા 80% થી નીચે જાય તે પહેલાં તમે કદાચ 300-700 ચક્રો જોઈ રહ્યા છો.

LiFePO₄ (લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ) 2001 ની આસપાસ દેખાયો અને સલામતી વાર્તાલાપ બદલ્યો. ઓલિવિન માળખું ખડક-ઉષ્મીય રીતે ઘન છે; થર્મલ રનઅવે 270 ડિગ્રીથી ઉપર સુધી થતું નથી, અને તે પછી પણ તે ઓછું હિંસક છે. સાયકલ લાઇફ ઉત્કૃષ્ટ છે-2,000+ ચક્રથી 80% ક્ષમતા પ્રમાણભૂત છે, અને કેટલાક કોષોનું પરીક્ષણ 5,000 ચક્રથી કરવામાં આવ્યું છે. નુકસાન એ વોલ્ટેજ છે: માત્ર 3.2V નોમિનલ, અને ઊર્જા ઘનતા 90-120 Wh/kg સુધી મર્યાદિત છે. ઉપરાંત, ફોસ્ફેટ પેટન્ટની સ્થિતિ વર્ષોથી અવ્યવસ્થિત હતી.

NMC (લિથિયમ નિકલ મેંગેનીઝ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ) અને NCA (લિથિયમ નિકલ કોબાલ્ટ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ) "સંતુલિત" રસાયણશાસ્ત્ર તરીકે ઉભરી આવ્યા છે. વિવિધ ગુણોત્તરમાં નિકલ, મેંગેનીઝ અને કોબાલ્ટનું મિશ્રણ કરીને-સામાન્ય NMC 111, 532, 622 અને 811 છે જ્યાં સંખ્યાઓ સંબંધિત ધાતુની સામગ્રી દર્શાવે છે-તમે પ્રદર્શનને ટ્યુન કરી શકો છો. ઉચ્ચ નિકલ સામગ્રી ઉર્જા ઘનતાને 200-250 Wh/kg તરફ ધકેલે છે પરંતુ થર્મલ સ્થિરતા અને ચક્ર જીવનની કિંમતે. NMC 811 કોષો 250 Wh/kg હિટ કરી શકે છે પરંતુ વધુ સાવચેત થર્મલ મેનેજમેન્ટની જરૂર છે.

એનોડ બાજુ પર, ગ્રેફાઇટ પ્રથમ દિવસથી પ્રમાણભૂત છે. સૈદ્ધાંતિક ક્ષમતા 372 mAh/g છે, અને વ્યાવસાયિક કોષો સામાન્ય રીતે 340-360 mAh/g હાંસલ કરે છે. ચાર્જિંગ દરમિયાન ગ્રાફીન સ્તરો વચ્ચે લિથિયમ ઇન્ટરકેલેટ થાય છે, ગ્રેફાઇટના જથ્થાને આશરે 10% વિસ્તરે છે. આ યાંત્રિક તાણ સાયકલ ચલાવવાની ક્ષમતામાં ઘટાડો થવામાં ફાળો આપે છે.

સિલિકોન એનોડ લગભગ પંદર વર્ષથી "આગળની મોટી વસ્તુ" છે. સિલિકોનની સૈદ્ધાંતિક ક્ષમતા 4,200 mAh/g-દસ ગણા ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ છે. સમસ્યા એ છે કે, જ્યારે તે લિથિયમને શોષી લે છે ત્યારે સિલિકોન 300% વિસ્તરે છે. આ થોડા ચક્ર પછી એનોડને તોડી નાખે છે. વર્તમાન અભિગમો વિસ્તરણને વ્યવસ્થિત રાખવા માટે સિલિકોન સામગ્રી સાથે સિલિકોન-ગ્રેફાઇટ મિશ્રણોનો ઉપયોગ કરે છે જે સામાન્ય રીતે 10%થી નીચે હોય છે. તેમ છતાં, પ્રથમ-ચક્રમાં બદલી ન શકાય તેવી ક્ષમતાનું નુકસાન 15-25% સિલિકોન ધરાવતા એનોડ્સમાં ચાલે છે વિરુદ્ધ શુદ્ધ ગ્રેફાઇટ માટે 5-10%.

મોટા ભાગના લોકો જ્યારે "બેટરી" વિચારે છે ત્યારે નળાકાર કોષો કદાચ તે જ હોય છે. 18650 ફોર્મેટ (18mm વ્યાસ, 65mm લંબાઈ) 2000 ના દાયકાની શરૂઆતમાં લેપટોપ ઉત્પાદકોએ તેના પર પ્રમાણિત કર્યા પછી સર્વવ્યાપક બન્યું. ટેસ્લાએ તેમાંથી હજારો મૂળ રોડસ્ટરમાં વિખ્યાત રીતે ઉપયોગમાં લીધા હતા. સામાન્ય 18650 ક્ષમતા 2,000-3,500 mAh ચાલે છે તે રસાયણશાસ્ત્ર અને તમે ઉર્જા કે શક્તિ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરો છો તેના આધારે ચાલે છે.

ટેસ્લા અને પેનાસોનિકે સંયુક્ત રીતે વિકસાવેલ નવું 21700 ફોર્મેટ (21mm × 70mm) હવે સેલ-4,000-5,000 mAh દીઠ લગભગ 50% વધુ ઊર્જા પ્રદાન કરે છે. મોટા વ્યાસ સક્રિય સામગ્રીના નિષ્ક્રિય ઘટકો (વર્તમાન કલેક્ટર્સ, કેન, સલામતી ઉપકરણો) ના ગુણોત્તરમાં વધારો કરે છે, પેક સ્તરે ઊર્જા ઘનતામાં સુધારો કરે છે. મેન્યુફેક્ચરિંગ લાઇનને ફરીથી ટૂલ કરવી પડી હતી, જે દત્તક લેવામાં થોડો સમય લાગ્યો તેનો એક ભાગ છે.

પ્રિઝમેટિક કોષો ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગની જગ્યાના વધુ સારા ઉપયોગની ઈચ્છામાંથી આવ્યા છે. સિલિન્ડરો સાથે બોક્સ ભરવાને બદલે અને તે બધી ખાલી જગ્યા છોડવાને બદલે, તમે લંબચોરસ કોષો બનાવો જે અસરકારક રીતે સ્ટેક કરે છે. ઓટોમોટિવ-ગ્રેડ પ્રિઝમેટિક કોષો 20Ah થી 100Ah ક્ષમતા સુધીની રેન્જ ધરાવે છે. પેકેજિંગના દૃષ્ટિકોણથી તેઓનું સંચાલન થર્મલ-કરવામાં સરળ છે કારણ કે તમે ઠંડકની પ્લેટને સીધી સપાટ બાજુઓ સામે મૂકી શકો છો. નુકસાન એ છે કે તમારી પાસે તમારા બધા ઇંડા ઓછા બાસ્કેટમાં છે-જો એક મોટો પ્રિઝમેટિક કોષ નિષ્ફળ જાય, તો તમે એક નાનો નળાકાર કોષ નિષ્ફળ જાય તેના કરતાં વધુ ક્ષમતા ગુમાવો છો.

પાઉચ કોષો મેટલ કેનને સંપૂર્ણપણે દૂર કરીને અવકાશ કાર્યક્ષમતા વિચારને આગળ લઈ જાય છે. સેલને લવચીક એલ્યુમિનિયમ-લેમિનેટ પાઉચમાં સીલ કરવામાં આવે છે. આ કદાચ 10-15% વજનની વિરુદ્ધ પ્રિઝમેટિક કેન બચાવે છે, અને ફોર્મેટ અત્યંત લવચીક છે-તમે તેને એપ્લિકેશન માટે જરૂરી કોઈપણ કદ અથવા આકાર બનાવી શકો છો. EV ઉત્પાદકો તેમને પસંદ કરે છે કારણ કે તમે તેમને સીધા ઠંડક પ્લેટમાં સ્ટેક કરી શકો છો. નબળાઈ યાંત્રિક છે: સાયકલિંગ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ ડિલેમિનેશનને રોકવા માટે તેમને બાહ્ય કમ્પ્રેશનની જરૂર પડે છે, અને તેઓ પંચર નુકસાન માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે.

Lithium Ion Battery Technology

વિભાજકને વધુ ધ્યાન આપવામાં આવતું નથી, પરંતુ તે દલીલપૂર્વક સલામતીનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે. તે પાતળી (16-25 μm સામાન્ય રીતે) છિદ્રાળુ પટલ છે જે લિથિયમ આયનોને પસાર થવા દેતી વખતે એનોડ અને કેથોડને સ્પર્શતા અટકાવે છે. પ્રારંભિક વિભાજક સિંગલ-લેયર પોલિઇથિલિન (PE) અથવા પોલીપ્રોપીલિન (PP) હતા.

આધુનિક ઉચ્ચ-પ્રદર્શન વિભાજક ટ્રાયલેયર સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ કરે છે, ખાસ કરીને PP/PE/PP. PE સ્તર PP (165 ડિગ્રી) કરતા નીચું ગલનબિંદુ (135 ડિગ્રી) ધરાવે છે. જો કોષ વધુ ગરમ થવા લાગે છે, તો PE ઓગળે છે અને છિદ્રોમાં ભરાય છે, તાપમાન ખતરનાક સ્તરે પહોંચે તે પહેલાં આયનીય પરિવહન બંધ કરે છે. આને થર્મલ શટડાઉન કહેવામાં આવે છે, અને થર્મલ રનઅવે પહેલાં તે તમારી સંરક્ષણની છેલ્લી લાઇન છે.

સિરામિક-કોટેડ વિભાજકો અન્ય સલામતી માર્જિન ઉમેરે છે. વિભાજકની એક અથવા બંને બાજુએ એલ્યુમિના અથવા અન્ય સિરામિક કણોનું પાતળું (2-4 μm) આવરણ પોલિમર ઓગળે તો પણ માળખાકીય અખંડિતતા જાળવી રાખે છે. કોટિંગ એટલું છિદ્રાળુ છે કે આયનીય પરિવહન ચાલુ રહે છે, પરંતુ તે 150 ડિગ્રીથી ઉપરના તાપમાને પણ ઇલેક્ટ્રોડને ટૂંકા-સર્ક્યુટીંગથી અટકાવે છે. નુકસાન કિંમત છે

છિદ્રાળુતા સામાન્ય રીતે 40-50% ચાલે છે. ખૂબ ઓછું અને આયનીય પ્રતિકાર વધે છે, પાવર ક્ષમતાને મર્યાદિત કરે છે. ખૂબ ઊંચી અને યાંત્રિક શક્તિ પીડાય છે. છિદ્ર કદ વિતરણ બાબતો પણ; ગુર્લી નંબર (એર અભેદ્યતા પરીક્ષણ) એ પ્રમાણભૂત સ્પેક છે. મોટાભાગના EV-ગ્રેડ સેપરેટર્સ 200-400 સેકન્ડ/100ccનું લક્ષ્ય રાખે છે.

લિથિયમ આયન કોષમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તમે વિચારી શકો તે કરતાં વધુ જટિલ છે. બેઝ ફોર્મ્યુલેશન સામાન્ય રીતે લિથિયમ સોલ્ટ હોય છે-LiPF₆ (લિથિયમ હેક્સાફ્લોરોફોસ્ફેટ) 95%+ કોષોમાં-ઓર્ગેનિક કાર્બોનેટના મિશ્રણમાં ઓગળવામાં આવે છે. સામાન્ય દ્રાવકોમાં ઇથિલિન કાર્બોનેટ (EC), ડાઇમેથાઇલ કાર્બોનેટ (DMC), ડાયાથિલ કાર્બોનેટ (DEC), અને ઇથિલ મિથાઇલ કાર્બોનેટ (EMC) નો સમાવેશ થાય છે.

LiPF₆ એકાગ્રતા સામાન્ય રીતે 1.0 થી 1.2 M (મોલર) ની આસપાસ હોય છે. ઉચ્ચ સાંદ્રતા એક બિંદુ સુધી આયનીય વાહકતાને સુધારે છે, પરંતુ 1.3 M અથવા તેથી વધુ તમે નીચા તાપમાને મીઠાનો વરસાદ મેળવવાનું શરૂ કરો છો. LiPF₆ માં સમસ્યાઓ છે-તે ભેજ છે-સંવેદનશીલ છે અને 60 ડિગ્રીથી ઉપર વિઘટન શરૂ કરે છે -પરંતુ LiBOB અથવા LiFSI જેવા વિકલ્પોએ કિંમત અથવા અન્ય ટ્રેડઓફને લીધે હજુ સુધી તેને વિસ્થાપિત કર્યું નથી.

કાર્બોનેટ દ્રાવક મિશ્રણ એપ્લિકેશન માટે ટ્યુન થાય છે. EC ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિર અને સારી SEI-રચના ગુણધર્મો ધરાવે છે, પરંતુ તે 36 ડિગ્રી પર થીજી જાય છે. તમારે તેને નીચા-ઉષ્ણતામાન પ્રદર્શનને જાળવી રાખવા માટે DMC અથવા EMC જેવા નીચા સ્નિગ્ધતા કાર્બોનેટ સાથે મિશ્રિત કરવાની જરૂર છે. સામાન્ય ફોર્મ્યુલેશન વોલ્યુમ દ્વારા EC:DMC 1:1 અથવા EC:EMC 3:7 હોઈ શકે છે. ચોક્કસ ગુણોત્તર માલિકીના છે અને નજીકથી રક્ષિત છે.

ઉમેરણો એ છે જ્યાં વાસ્તવિક રસાયણશાસ્ત્રનો જાદુ થાય છે. આધુનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં વિવિધ ઉમેરણોના વજન દ્વારા 2-5% હોય છે જે SEI રચનાને સંશોધિત કરે છે, વધુ પડતા ચાર્જને અટકાવે છે, ગેસનું ઉત્પાદન અટકાવે છે અથવા ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિરતામાં સુધારો કરે છે. ગ્રેફાઇટ એનોડ પર SEI ગુણવત્તા સુધારવા માટે 1-2% પર વિનીલીન કાર્બોનેટ (VC) લગભગ સાર્વત્રિક છે. ફ્લુરોઇથિલિન કાર્બોનેટ (FEC) સિલિકોન ધરાવતા એનોડ માટે વધુ સારી રીતે કામ કરે છે. આ સંયોજનો પ્રારંભિક ચાર્જિંગ ચક્ર દરમિયાન પ્રાધાન્યરૂપે ઘટાડે છે, એનોડ પર એક રક્ષણાત્મક સ્તર બનાવે છે જે આયનીય રીતે વાહક છે પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનિક રીતે ઇન્સ્યુલેટીંગ છે.

બાયફિનાઇલ અથવા સાયક્લોહેક્સિલબેન્ઝીન જેવા ઓવરચાર્જ પ્રોટેક્શન એડિટિવ્સ 4.5V ની આસપાસ પોલિમરાઇઝ કરવાનું શરૂ કરે છે, આંતરિક શંટ બનાવે છે જે વોલ્ટેજને વધુ ચઢતા અટકાવે છે. જો BMS નિષ્ફળ જાય તો આ તમને થોડી સુરક્ષા આપે છે, જો કે તેના પર આધાર રાખવો દેખીતી રીતે ડિઝાઇનની શ્રેષ્ઠ પ્રથા નથી.

SEI એ લિથિયમ આયન બેટરી ઓપરેશનનું કદાચ સૌથી ઓછું સમજાયું પરંતુ સૌથી મહત્વપૂર્ણ પાસું છે. પ્રથમ થોડા ચાર્જિંગ ચક્ર દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઘટકો એનોડ સપાટી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, એક પેસિવેશન સ્તર બનાવે છે. આ સ્તર મહત્વપૂર્ણ છે: તે આયનીય રીતે વાહક હોવું જોઈએ (લિથિયમ આયનોને મંજૂરી આપવા માટે) પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનિકલી ઇન્સ્યુલેટિંગ (વધુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન અટકાવવા માટે). SEI રચના એ 10-100 nm જાડા સ્તરમાં એકસાથે મિશ્રિત-ડઝનેક લિથિયમ ક્ષાર, કાર્બનિક સંયોજનો અને પોલિમર છે.

સારી SEI રચના એ સેલ જે 500 વખત સાયકલ કરે છે અને 3,000 વખત સાયકલ કરે છે તે વચ્ચેનો તફાવત છે. સમસ્યા એ છે કે SEI સ્થિર નથી. એનોડમાં વોલ્યુમ ફેરફાર દરમિયાન તે તિરાડ પડે છે, તાજી સપાટીને ખુલ્લી પાડે છે જે નુકસાનને સુધારવા માટે વધુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને લિથિયમ વાપરે છે. આ જ કારણ છે કે જ્યારે તમે સેલ સાથે નમ્રતાથી વર્તતા હોવ ત્યારે પણ સાયકલિંગ કરતાં ક્ષમતા ઓછી થઈ જાય છે.

નિર્માણ સાયકલિંગ એ એક નિર્ણાયક ઉત્પાદન પગલું છે. પ્રારંભિક SEI સ્થાપિત કરવા માટે કોષો એક અથવા વધુ ધીમા ચાર્જ-નિયંત્રિત તાપમાને ડિસ્ચાર્જ ચક્રમાંથી પસાર થાય છે. ફોર્મેશન પ્રોટોકોલ માલિકીના છે, પરંતુ સામાન્ય પ્રથમ-ચક્રના ચાર્જિંગ દરો C/20 થી C/10 છે, અને પ્રક્રિયામાં 24-48 કલાક લાગી શકે છે. ઉત્પાદકો રચનાની વોલ્ટેજ મર્યાદા, તાપમાન, આરામનો સમયગાળો અને સાયકલિંગ પેટર્નને સૌથી વધુ સ્થિર SEI શક્ય બનાવવા માટે શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. આ ખોટું મેળવવાથી તમને સાયકલ લાઇફ ખર્ચ થાય છે.

કૅલેન્ડરનું વૃદ્ધત્વ-કોષ ત્યાં જ બેઠો હોય ત્યારે પણ ક્ષમતામાં ઘટાડો-મોટે ભાગે SEI ઘટના પણ છે. SEI સાયકલેબલ લિથિયમનો વપરાશ કરીને ઓપન સર્કિટ પર ધીમે ધીમે વૃદ્ધિ કરવાનું ચાલુ રાખે છે. ઉચ્ચ ચાર્જ અને ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિમાં સંગ્રહ આને વેગ આપે છે. 100% SOC અને 60 ડિગ્રી પર સંગ્રહિત સેલ વર્ષમાં 20% ક્ષમતા ગુમાવી શકે છે, જ્યારે સમાન સેલ 50% SOC અને 25 ડિગ્રી પર 3% ગુમાવી શકે છે.

લિથિયમ આયન કોષો અતિશય ચાર્જ, વધુ-સ્રાવ અને અયોગ્ય તાપમાને ચાર્જ કરવા માટે સંવેદનશીલ હોય છે. આથી દરેક મલ્ટિ-સેલ બેટરી પેકને BMS (બેટરી મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ)ની જરૂર હોય છે.

માનક ચાર્જિંગ પદ્ધતિ એ સતત વર્તમાન/સતત વોલ્ટેજ (CC-CV) છે. CC તબક્કા દરમિયાન, તમે ચોક્કસ દરે કોષમાં વર્તમાનને દબાણ કરો છો સેલ ચાર્જ થતાં વોલ્ટેજ વધે છે. જ્યારે વોલ્ટેજ ઉપલી મર્યાદા સુધી પહોંચે છે (મોટાભાગના રસાયણશાસ્ત્ર માટે 4.2V, LFP માટે 3.65V, 4.3V અથવા કેટલાક ઉચ્ચ-એનર્જી NMC વેરિઅન્ટ્સ માટે 4.35V), તમે CV મોડ પર સ્વિચ કરો છો. જ્યારે કોષ સંપૂર્ણ ચાર્જની નજીક પહોંચે છે તેમ વર્તમાન ટેપર્સ બંધ થાય છે, સામાન્ય રીતે જ્યારે વર્તમાન C/20 અથવા C/50 ની નીચે જાય છે ત્યારે તે બંધ થાય છે.

ઝડપી ચાર્જિંગ વધુ જટિલ છે. ઉચ્ચ ચાર્જ દરો એનોડ પર લિથિયમ પ્લેટિંગને વેગ આપે છે, જે ખતરનાક છે-મેટાલિક લિથિયમ અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ છે અને આંતરિક શોર્ટ્સ અથવા ડેન્ડ્રાઇટ રચના તરફ દોરી શકે છે જે વિભાજકમાં પ્રવેશ કરે છે. ઝડપી-સુરક્ષિત રીતે ચાર્જ કરવા માટે, તમારે એ સમજવાની જરૂર છે કે કેવી રીતે વોલ્ટેજ, વર્તમાન અને તાપમાન લિથિયમ પ્લેટિંગની શરૂઆતની પરિસ્થિતિઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.

મુદ્દો એ છે કે તમે સીલબંધ કોષમાં સીધા લિથિયમ પ્લેટિંગને માપી શકતા નથી. તમારે અન્ય સંકેતો પરથી તેનું અનુમાન લગાવવું પડશે. એક અભિગમ એનોડ સંભવિત વિરુદ્ધ લિથિયમ મેટલ સંદર્ભને ટ્રૅક કરવાનો છે. જો એનોડ સંભવિત 0V વિરુદ્ધ Li/Li⁺ ની નીચે જાય, તો પ્લેટિંગ થાય છે. સમસ્યા એ છે કે, મોટાભાગના વ્યાપારી કોષોમાં સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ નથી.

ઝડપી ચાર્જિંગ દરમિયાન તાપમાનમાં વધારો પણ મહત્વપૂર્ણ છે. 2C પર ચાર્જ થતો કોષ સક્રિય ઠંડક સાથે પણ તેના આંતરિક તાપમાનમાં 15-20 ડિગ્રીનો વધારો જોઈ શકે છે. ઠંડા તાપમાને, આ વાસ્તવમાં મદદરૂપ થાય છે-કોલ્ડ સેલ (કહો -10 ડિગ્રી) ખૂબ જ નબળી પાવર ક્ષમતા ધરાવે છે, પરંતુ જો તમે તેને મધ્યમ દરે (0.5C) ચાર્જ કરીને ગરમ કરી શકો છો, તો પ્રદર્શન સુધરે છે. કેટલાક ઇવી વાસ્તવમાં આ હેતુસર કરે છે: ઠંડા હવામાનમાં, ડ્રાઇવર પ્રવેગક માટે ઉચ્ચ શક્તિની માંગ કરે તે પહેલાં તેઓ બેટરીને ગરમ કરવા માટે ટૂંકા ઉચ્ચ-વર્તમાન ચાર્જ પલ્સ ચલાવશે.

કોષ સંતુલન જરૂરી છે કારણ કે શ્રેણીમાંના કોષો ક્યારેય સંપૂર્ણ રીતે મેળ ખાતા નથી. ઉત્પાદન સહિષ્ણુતા, સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દરમાં નાના તફાવતો અને સમગ્ર પેકમાં થર્મલ ગ્રેડિયન્ટ વોલ્ટેજ ડ્રિફ્ટનું કારણ બને છે. જો તમે સંતુલિત કર્યા વિના શ્રેણીની સ્ટ્રિંગ ચાર્જ કરો છો, તો કેટલાક કોષો અન્ય કરતા પહેલા ઉપલા વોલ્ટેજની મર્યાદાને હિટ કરે છે. મજબૂત કોષો ઓછા ચાર્જ થાય છે, નબળા કોષો વધારે ચાર્જ થાય છે, અને કાર્યક્ષમતા પીડાય છે.

નિષ્ક્રિય સંતુલન ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ કોષોમાંથી ઉર્જાને બ્લીડ કરવા માટે રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરે છે. તે સરળ અને સસ્તું છે પરંતુ ગરમી તરીકે ઊર્જાનો વ્યય કરે છે. સક્રિય સંતુલન ઉચ્ચ કોષોમાંથી નિમ્ન કોષોમાં ઉર્જાને સ્થાનાંતરિત કરવા માટે DC-DC કન્વર્ટર અથવા કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરે છે. વધુ કાર્યક્ષમ, વધુ જટિલ, વધુ ખર્ચાળ. 400V EV પેક માટે, નિષ્ક્રિય સંતુલન 50-100W સતત બગાડ કરી શકે છે, જે ડ્રાઇવિંગ પાવરની સરખામણીમાં નગણ્ય છે પરંતુ સમય જતાં તેમાં વધારો થાય છે.

Lithium Ion Battery Technology

લિથિયમ આયન કોષમાં ગરમીનું ઉત્પાદન ત્રણ સ્ત્રોતોમાંથી આવે છે: બદલી ન શકાય તેવી ગરમી (આંતરિક પ્રતિકારથી જ્યુલ હીટિંગ), ઉલટાવી શકાય તેવી ગરમી (ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાના એન્ટ્રોપી ફેરફાર), અને બાજુની પ્રતિક્રિયાઓમાંથી ગરમી. નીચાથી મધ્યમ C-દરોમાં, ઉલટાવી શકાય તેવી ગરમીનું પ્રભુત્વ છે. ઊંચા C-દરોએ, ઉલટાવી ન શકાય તેવી ગરમી કબજે કરે છે.

ઉલટાવી શકાય તેવી ગરમીનો શબ્દ રસપ્રદ છે કારણ કે તે SOC ના આધારે ચિહ્નને બદલે છે. મોટાભાગના લિથિયમ આયન રસાયણશાસ્ત્ર માટે, ચાર્જિંગ ઓછી SOC પર ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે પરંતુ ઉચ્ચ SOC પર ગરમીને શોષી લે છે. ડિસ્ચાર્જિંગ વિપરીત કરે છે. ક્રોસઓવર પોઇન્ટ સામાન્ય રીતે 50-60% SOC ની આસપાસ હોય છે. આ જ કારણે જો વર્તમાન પૂરતો ઓછો હોય તો તમે ચાર્જિંગના અંતિમ તબક્કા દરમિયાન સેલનું તાપમાન ખરેખર ઘટતું જોઈ શકો છો.

આંતરિક પ્રતિકાર તાપમાન, SOC અને વૃદ્ધત્વ સાથે બદલાય છે. 25 ડિગ્રી પર, તાજા 18650 સેલમાં 40-60 મિલિઓહમ ડીસી પ્રતિકાર હોઈ શકે છે. -20 ડિગ્રી પર, તે 200-300 મિલીહોમ સુધી કૂદી શકે છે. આ કારણે ઠંડા-હવામાનની EV શ્રેણી નાટકીય રીતે ઘટી જાય છે. નીચા તાપમાને માત્ર રસાયણશાસ્ત્ર ધીમું થતું નથી, પરંતુ આંતરિક પ્રતિકારમાં વધારો એટલે બેટરીની વધુ ઊર્જા સેલની અંદર ગરમી તરીકે વેડફાય છે.

થર્મલ રનઅવે થ્રેશોલ્ડ રસાયણશાસ્ત્ર પર આધારિત છે. NMC કોષો માટે, એક્ઝોથર્મિક વિઘટન પ્રતિક્રિયાઓ લગભગ 180-220 ડિગ્રીથી શરૂ થાય છે. એકવાર શરૂ થયા પછી, તાપમાન 10-50 ડિગ્રી પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે વધી શકે છે, જે 800 ડિગ્રી અથવા તેથી વધુ સુધી પહોંચી શકે છે. LFP વધુ સુરક્ષિત છે; થર્મલ રનઅવે શરૂઆત 270 ડિગ્રી + છે અને પહોંચેલ મહત્તમ તાપમાન ઓછું છે.

પેકમાં કોષો વચ્ચે પ્રચાર એ વાસ્તવિક ખતરો છે. જો એક કોષ થર્મલ રનઅવેમાં જાય છે, તો તે તેના પડોશીઓને ગરમ કરે છે. પડોશી કોષો પણ ભાગી જાય છે કે કેમ તે ઠંડક ક્ષમતા, કોષ અંતર અને ઇન્સ્યુલેશન પર આધાર રાખે છે. UL 9540A પ્રચાર પરીક્ષણ એક કોષને થર્મલ રનઅવેમાં દબાણ કરીને અને નજીકના કોષો અનુસરે છે કે કેમ તેનું નિરીક્ષણ કરીને તેનું અનુકરણ કરે છે. સારી પેક ડિઝાઇનમાં એક કોષ અથવા વધુમાં વધુ નાના મોડ્યુલની નિષ્ફળતા હોય છે.

ઠંડકની વ્યૂહરચના અલગ અલગ હોય છે. એર કૂલીંગ એ સૌથી સરળ છે PHEVs અથવા એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ જેવી ઓછી પાવર ડેન્સિટી એપ્લિકેશન માટે બરાબર કામ કરે છે. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇવી માટે લિક્વિડ કૂલિંગ જરૂરી છે. મોટાભાગની ડિઝાઇન કોલ્ડ પ્લેટ્સ અથવા કૂલિંગ ચેનલો દ્વારા 10-25 લિટર પ્રતિ મિનિટના દરે 50:50 વોટર-ગ્લાયકોલ મિક્સનો ઉપયોગ કરે છે. ઇનલેટ તાપમાન સામાન્ય રીતે 20-35 ડિગ્રી સુધી નિયંત્રિત થાય છે. સૌથી ગરમ કોષોના ઝડપી વૃદ્ધત્વને ટાળવા માટે બેટરી પેક ટેમ્પરેચર ગ્રેડિયન્ટ્સ મહત્તમ 5 ડિગ્રીથી મિનિટની નીચે રહેવું જોઈએ.

કેટલીક પ્રાયોગિક ડિઝાઇનમાં રેફ્રિજન્ટ ઠંડક, ડાઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહીમાં નિમજ્જન કૂલિંગ અથવા તબક્કા-પરિવર્તન સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. રેફ્રિજન્ટ ઠંડક વધુ ગરમી ખેંચી શકે છે પરંતુ વધુ જટિલ AC સિસ્ટમની જરૂર છે. નિમજ્જન કૂલિંગમાં ઉત્તમ હીટ ટ્રાન્સફર ગુણાંક છે (500-2,000 W/m²K વિરુદ્ધ 50-150 W/m²K પરોક્ષ પ્રવાહી ઠંડક માટે) પરંતુ સીલિંગ અને પ્રવાહી સુસંગતતા પડકારો છે. પીસીએમ નિષ્ક્રિય રીતે કામ કરે છે પરંતુ આખરે સંગ્રહિત ગરમીને નકારવાની જરૂર છે, તેથી તેઓ મુખ્યત્વે ઝડપી ચાર્જિંગ અથવા સખત પ્રવેગ દરમિયાન ક્ષણિક ઠંડકમાં મદદ કરે છે.

ક્ષમતા ફેડ અને અવબાધ વૃદ્ધિ એ બે મુખ્ય અધોગતિ પદ્ધતિઓ છે. તે એકસાથે થતી વિવિધ ભૌતિક અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓને કારણે થાય છે.

એનોડ બાજુ પર, SEI વૃદ્ધિ સાયકલેબલ લિથિયમ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરે છે, પ્રતિકાર વધે છે. ગ્રેફાઇટ એક્સ્ફોલિયેશન થઈ શકે છે જો કોષને ઇન્ટરકેલેટીંગને બદલે ગ્રેફાઇટ સપાટી પર નીચા તાપમાને-લિથિયમ પ્લેટ પર ચાર્જ કરવામાં આવે, અને જ્યારે તે અંતમાં ઇન્ટરકેલેટિંગ કરે છે, ત્યારે તે ગ્રેફાઇટ માળખું તોડી નાખે છે. આ ઘણીવાર ઉલટાવી શકાય તેવું છે. એલિવેટેડ તાપમાને બાઈન્ડરનું વિઘટન કણો વચ્ચેના વિદ્યુત સંપર્કને ગુમાવવાનું કારણ બને છે.

કેથોડ ડિગ્રેડેશનમાં સંક્રમણ ધાતુના વિસર્જન (ખાસ કરીને LMO અથવા મેંગેનીઝમાં મેંગેનીઝ-NMC સમાવિષ્ટ), પુનરાવર્તિત લિથિયમ દાખલ/નિષ્કર્ષણથી માળખાકીય ફેરફારો અને ઉચ્ચ-નિકલ કેથોડ્સમાં સપાટી પુનઃનિર્માણનો સમાવેશ થાય છે. ઓગળેલી સંક્રમણ ધાતુઓ એનોડમાં સ્થળાંતર કરે છે જ્યાં તેઓ SEI વૃદ્ધિને ઉત્પ્રેરિત કરે છે, તેથી કેથોડ ડિગ્રેડેશન પરોક્ષ રીતે એનોડ ડિગ્રેડેશનને વેગ આપે છે.

ઊંચા વોલ્ટેજ અને ઊંચા તાપમાને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું વિઘટન અને ગેસનું ઉત્પાદન એ મોટી સમસ્યા છે. સામાન્ય વાયુઓમાં CO₂, CO અને કાર્બોનેટના વિઘટનથી થતા વિવિધ હાઇડ્રોકાર્બનનો સમાવેશ થાય છે. પાઉચ કોષોમાં, તમે જોશો કે પાઉચ દેખીતી રીતે ફૂલે છે. સખત કેસવાળા નળાકાર અથવા પ્રિઝમેટિક કોષોમાં, સલામતી વેન્ટ ખુલે ત્યાં સુધી દબાણ વધે છે (સામાન્ય રીતે 10-15 બાર પર).

લિથિયમ ઇન્વેન્ટરીનું નુકસાન એ મુખ્ય ફેડ મિકેનિઝમ છે. દર વખતે જ્યારે SEI વધે છે અથવા એનોડ પર લિથિયમ પ્લેટ્સ ઉલટાવી શકાય તેમ નથી, ત્યારે કેટલાક લિથિયમને સાયકલેબલ લિથિયમના પૂલમાંથી બહાર કાઢવામાં આવે છે. આખરે તમે રન આઉટ અને ક્ષમતા ઘટી જાય છે.

આંતરિક શોર્ટ્સમાંથી અચાનક નિષ્ફળતા આવી શકે છે. મોટા ભાગના શોર્ટ્સ નાનાથી શરૂ થાય છે-એક નાનો ધાતુનો કણ વિભાજકને પંચર કરે છે, અથવા લિથિયમ ડેંડ્રાઇટ તેના દ્વારા વધે છે. શોર્ટ એક હોટ સ્પોટ બનાવે છે, જે સ્થાનિક રીતે અધોગતિને વેગ આપે છે, જે શોર્ટને વધુ ખરાબ બનાવે છે અને તમને હકારાત્મક પ્રતિસાદ લૂપ મળે છે. જો ટૂંકી ઓગળી જાય તો ક્યારેક કોષ સ્વયં-સ્વસ્થ થઈ જાય છે. અન્ય સમયે તે થર્મલ રનઅવે તરફ આગળ વધે છે.

નેઇલ પેનિટ્રેશન ટેસ્ટ (ચાર્જ્ડ સેલ દ્વારા સ્ટીલની ખીલીને દબાણ કરવું) એ પ્રમાણભૂત દુરુપયોગ પરીક્ષણ છે. LFP કોષો સામાન્ય રીતે નેઇલ પેનિટ્રેશનથી થર્મલ રનઅવેમાં જતા નથી. NMC કોષો ઘણીવાર કરે છે, જોકે વધુ સારા વિભાજક અને ઓછી ચોક્કસ ઊર્જા સાથેની ડિઝાઇન ક્યારેક પસાર થઈ શકે છે.

આકૃતિ 5 પ્લોટ ક્ષમતા રીટેન્શન વિરુદ્ધ સાયકલ નંબર મધ્યમ સાયકલિંગ પરિસ્થિતિઓ (1C ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ, 25 ડિગ્રી , 100% DOD) હેઠળ કેટલાક રસાયણશાસ્ત્રીઓ માટે.

તમે સીધી રીતે માપી શકતા નથી કે લિથિયમ આયન કોષમાં કેટલી ઊર્જા છે. તમારે અન્ય માપો પરથી તેનો અંદાજ કાઢવો પડશે: વોલ્ટેજ, વર્તમાન અને તાપમાન.

સૌથી સરળ SOC અંદાજ પદ્ધતિ વોલ્ટેજ-આધારિત છે. દરેક રસાયણશાસ્ત્રમાં વિશિષ્ટ ઓપન-સર્કિટ વોલ્ટેજ વિરુદ્ધ SOC વળાંક હોય છે. સેલ થોડા સમય માટે આરામ કરે તે પછી વોલ્ટેજને માપો (આંતરિક પ્રતિકારના ક્ષયમાંથી ક્ષણિક વોલ્ટેજમાં ઘટાડો થવા દેવા), તેને OCV વળાંક પર જુઓ અને તમે SOC જાણો છો. સમસ્યા એ છે કે, તમારી પાસે ભાગ્યે જ સેલ માટે વાસ્તવિક એપ્લિકેશનમાં આરામ કરવાનો સમય હોય છે.

કુલોમ્બ ગણતરી એ પ્રમાણભૂત અભિગમ છે. તમે ચાર્જ ઇન અને આઉટ ટ્રૅક કરવા માટે સમય સાથે વર્તમાનને એકીકૃત કરો છો. જો તમે જાણીતા SOC થી પ્રારંભ કરો છો, તો તમે કોઈપણ સમયે નવા SOC ની ગણતરી કરી શકો છો. ચોકસાઈ તમારા વર્તમાન સેન્સર (±0.5% લાક્ષણિક છે) અને સાચી ક્ષમતા જાણવા પર આધારિત છે. સમય જતાં ભૂલો એકઠી થાય છે, તેથી તમારે સમયાંતરે સંપૂર્ણ ચાર્જ અથવા ડિસ્ચાર્જ ચક્ર કરીને પુનઃપ્રાપ્તિ કરવાની જરૂર છે.

મોડલ-આધારિત પદ્ધતિઓ કોષના સમકક્ષ સર્કિટ મોડલ અથવા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ મોડલનો ઉપયોગ કરે છે. તમે ટર્મિનલ વોલ્ટેજ અને વર્તમાનને માપો છો, તેને તમારા મોડેલ દ્વારા ચલાવો છો અને SOC સહિત આંતરિક સ્થિતિઓ કાઢો છો. વિસ્તૃત કાલમેન ફિલ્ટર્સ અથવા સમાન રાજ્ય નિરીક્ષકો સામાન્ય છે. આ અભિગમો ખૂબ જ સચોટ હોઈ શકે છે (±2% SOC ભૂલ) પરંતુ સારા મોડલ અને નોંધપાત્ર કોમ્પ્યુટેશનલ સંસાધનોની જરૂર છે.

SOH અંદાજ મુશ્કેલ છે કારણ કે તમે અધોગતિને માપવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યાં છો, જે ધીમી અને ક્રમિક છે. ક્ષમતા ફેડ અને અવબાધ વૃદ્ધિ એકબીજા સાથે અથવા ચક્રની ગણતરી સાથે રેખીય રીતે સંબંધ ધરાવે છે તે જરૂરી નથી. એક કોષ કે જે ઝડપથી-ચાર્જ કરવામાં આવ્યો હોય તેમાં ઉચ્ચ અવરોધ હોઈ શકે છે પરંતુ માત્ર મધ્યમ ક્ષમતા ફેડ થઈ શકે છે. ઉચ્ચ SOC/તાપમાન પર સંગ્રહિત કોષમાં નોંધપાત્ર ક્ષમતા ફેડ હોઈ શકે છે પરંતુ પ્રમાણમાં ઓછી અવબાધ વૃદ્ધિ હોઈ શકે છે.

ઔદ્યોગિક પ્રથા ક્ષમતાના આધારે SOH ને વ્યાખ્યાયિત કરવાનો છે: તેની મૂળ ક્ષમતાના 80% પરનો કોષ 80% SOH પર હોય છે, અને આને ઘણીવાર EV એપ્લિકેશન્સ માટે જીવનનો-અંત- ગણવામાં આવે છે. સેલ હજુ પણ કામ કરે છે, પરંતુ રેન્જમાં 20% ઘટાડો થયો છે. ઊર્જા સંગ્રહ કાર્યક્રમો માટે, કોષોનો ઉપયોગ 60-70% SOH સુધી થઈ શકે છે.

કેટલાક BMS સમયાંતરે ક્ષમતાની તપાસ કરે છે-નીચા દરે બેટરી સંપૂર્ણપણે ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને કેટલી ઉર્જા બહાર આવે છે તે માપે છે. આ સચોટ છે પરંતુ કર્કશ છે (ટેસ્ટ દરમિયાન બેટરી અનુપલબ્ધ છે) અને કલાકો લે છે. અન્ય અભિગમો વોલ્ટેજ વળાંકો, અવબાધ માપન અથવા કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતા પરથી પરોક્ષ રીતે ક્ષમતાનો અંદાજ કાઢવાનો પ્રયાસ કરે છે.

આંતરિક પ્રતિકાર વર્તમાન પલ્સ લાગુ કરીને અને વોલ્ટેજ પ્રતિભાવને માપીને અથવા વિવિધ ફ્રીક્વન્સીઝ (ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇમ્પિડન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી) પર નાના AC સિગ્નલને ઇન્જેક્શન દ્વારા માપી શકાય છે. EIS ઘણી વધુ માહિતી આપે છે પરંતુ વિશિષ્ટ હાર્ડવેરની જરૂર છે જે વ્યાપારી BMS માં ભાગ્યે જ હાજર હોય છે.

Lithium Ion Battery Technology

જ્યારે EV બેટરી જીવનની--આવરદા (સામાન્ય રીતે 70-મૂળ ક્ષમતાના 80%) સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તે ઓછી માંગવાળી એપ્લિકેશન્સ માટે હજુ પણ સંપૂર્ણ રીતે કાર્ય કરે છે. સ્થિર ઊર્જા સંગ્રહ માટે સેકન્ડ-લાઇફ બેટરીનો ઉપયોગ ટ્રેક્શન મેળવી રહ્યો છે.

અર્થશાસ્ત્ર મુશ્કેલ છે. તમારે નિવૃત્ત પેકનું પરીક્ષણ કરવું પડશે, સંભવિતપણે તેનું પુનઃનિર્માણ કરવું પડશે (BMS, કૂલિંગ સિસ્ટમ અથવા ક્ષતિગ્રસ્ત મોડ્યુલોને બદલો), તેને નવી એપ્લિકેશન માટે પ્રમાણિત કરો અને વોરંટી પ્રદાન કરો. આ બધા પૈસા ખર્ચે છે. બીજા-જીવનને અર્થપૂર્ણ બનાવવા માટે, નવીનીકૃત પેકની કિંમત સ્થિર એપ્લિકેશન માટે રચાયેલ નવા પેક કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી હોવી જરૂરી છે. તમે કોના વિશ્લેષણ પર વિશ્વાસ કરો છો તેના આધારે નવીનીકરણ નવા પેકની કિંમતના 40-50% કરતા ઓછું ચાલે તો પણ ખર્ચ તૂટી જાય છે.

નિવૃત્ત કોષોનું પરીક્ષણ કરવું એ નજીવી બાબત છે-. મોડ્યુલમાં સમાંતર શ્રેણી-માં સેંકડો કોષો હોઈ શકે છે. તમે સરળતાથી તેમને વ્યક્તિગત રીતે ચકાસી શકતા નથી. તમે મોડ્યુલને એક યુનિટ તરીકે ચકાસી શકો છો, પરંતુ એક ખરાબ કોષ પોતાને માસ્ક કરી શકે છે. કેટલાક ડિગ્રેડેશન મોડ્સ વિનાશક પરીક્ષણ વિના શોધવા મુશ્કેલ છે. જવાબદારીનો પ્રશ્ન પણ છે: જો એક સેકન્ડ-લાઈફ બેટરીમાં આગ લાગી જાય, તો કોણ જવાબદાર છે?

રિસાયક્લિંગ એ જીવન પથ-નો અંતિમ અંત છે. વર્તમાન મોટા-પાયે રિસાયક્લિંગમાં પાયરોમેટલર્જી (સ્મેલ્ટિંગ) અથવા હાઇડ્રોમેટલર્જી (રાસાયણિક લીચિંગ)નો ઉપયોગ થાય છે. પાયરોમેટલર્જી સરળ છે પરંતુ ઓછા પસંદગીયુક્ત-તમને મિશ્ર ધાતુના એલોય મળે છે જેને વધુ શુદ્ધિકરણની જરૂર હોય છે. હાઇડ્રોમેટલર્જી ઉચ્ચ શુદ્ધતા પર વ્યક્તિગત ધાતુઓને પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકે છે પરંતુ વધુ પગલાંની જરૂર છે અને રાસાયણિક કચરો ઉત્પન્ન કરે છે.

રિસાયક્લિંગનું અર્થશાસ્ત્ર ધાતુના ભાવો પર ઘણો આધાર રાખે છે. કોબાલ્ટ મૂલ્યવાન છે (અંદાજે $30-40/કિલો ઐતિહાસિક રીતે, જોકે કિંમતો ખૂબ જ વધતી જાય છે), તેથી કોબાલ્ટ-સમૃદ્ધ રસાયણશાસ્ત્રને રિસાયક્લિંગ કરવું આર્થિક રીતે સધ્ધર છે. નિકલ સ્કેલ પર રિસાયક્લિંગ વર્થ છે. મેંગેનીઝ, આયર્ન અને એલ્યુમિનિયમની કિંમત ઓછી-ધાતુઓ છે, તેથી રિસાયક્લિંગનો અર્થ મુખ્યત્વે તેમને લેન્ડફિલથી દૂર રાખવા માટે છે. લિથિયમ રસપ્રદ છે - તે કિલોગ્રામ દીઠ ખાસ કરીને મૂલ્યવાન નથી, પરંતુ પુરવઠાની મર્યાદાઓ પુનઃપ્રાપ્તિને આકર્ષક બનાવે છે.

ડાયરેક્ટ રિસાયક્લિંગ-બેટરીને ડિસએસેમ્બલ કરવું અને કેથોડ અથવા એનોડ સામગ્રીને ધાતુના ક્ષારમાં તોડ્યા વિના તેનો ફરીથી ઉપયોગ કરવો-એક ગરમ સંશોધન ક્ષેત્ર છે. જો તમે ઉપયોગ કરી શકાય તેવા સ્વરૂપમાં કેથોડ પાવડર પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકો, તો તમે કેથોડ સંશ્લેષણની ઊર્જા અને ખર્ચ બચાવી શકશો. પડકારોમાં સક્રિય સામગ્રીને વર્તમાન કલેક્ટર્સ અને બાઇન્ડર્સથી અલગ કરવી અને એ હકીકત સાથે વ્યવહાર કરવાનો સમાવેશ થાય છે કે રિસાયકલ કરેલ સામગ્રી વિવિધ ઉત્પાદકો, વય અને રસાયણશાસ્ત્રના કોષોનું મિશ્રણ છે.