आयोनिक लिथियम बैटरी

आयोनिक लिथियम बैटरी लैपटॉप और सेल फोन से लेकर हाइब्रिड और इलेक्ट्रिक कारों तक, विभिन्न प्रकार के उपकरणों और वाहनों में एक अनिवार्य घटक बन गई है। इनके फायदे उच्च ऊर्जा घनत्व, पुनःचार्ज करने की क्षमता और हल्के वजन (सीसा-एसिड बैटरियों की तुलना में 70% तक हल्का) से लेकर सीसा-एसिड बैटरियों की तरह विषाक्त उप-उत्पाद उत्पन्न किए बिना बढ़ी हुई सुरक्षा तक फैले हुए हैं; इसके अलावा ये सीसा-एसिड बैटरियों की तरह विषाक्त उप-उत्पाद नहीं बनाते; इसलिए उनके निर्माता इन फायदों को बनाए रखने के लिए बेहतर कैथोड/एनोड सामग्री और ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स विकसित करने में अथक प्रयास करते हैं – ताकि बैटरियों में उच्च क्षमता वाले सुरक्षित उपयोग को सुनिश्चित किया जा सके!

हाल की नवाचारों में एक आयनिक लिथियम बैटरी शामिल है जो अपने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में पॉली(आयनिक तरल) का उपयोग करती है, बजाय इसके कि वर्तमान लिथियम-आयन बैटरियों में इलेक्ट्रोलाइट सामग्री के रूप में कोबाल्ट जैसे वाष्पशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग किया जाए। यह क्रांतिकारी विकास कम लागत पर उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करने का वादा करता है, साथ ही आज की लिथियम-आयन बैटरियों में पाए जाने वाले कोबाल्ट जैसी महंगी और समस्याग्रस्त धातुओं पर निर्भरता को कम करता है।.

आयनिक लिथियम बैटरियों में एक एनोड, कैथोड, सेपरेटर और इलेक्ट्रोलाइट होते हैं; जिसमें एनोड लिथियम आयनों को संग्रहीत करता है जबकि कैथोड इलेक्ट्रॉन भंडारण स्थान के रूप में कार्य करता है; जबकि एक सेपरेटर बैटरी के भीतर इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोकता है। अंत में, एक इलेक्ट्रोलाइट विसर्जन के दौरान एनोड और कैथोड के बीच सकारात्मक आवेशित लिथियम आयनों का परिवहन करता है और चार्जिंग के दौरान इंटरकलेशन/डी-इंटरकलेशन प्रक्रियाओं के माध्यम से उन्हें वापस एनोड तक पहुंचाता है – इस प्रक्रिया को तकनीकी रूप से इंटरकलेशन/डी-इंटरकलेशन के रूप में जाना जाता है।.

एक एनोड, जो आमतौर पर ग्रेफाइट सामग्री से बना होता है, को गैर-ज्वलनशील धातु सल्फाइड या नाइट्राइड से बने कैथोड के साथ संयोजित किया जाता है ताकि लिथियम आयनों को इंटरकैलेशन के माध्यम से संग्रहीत किया जा सके, जहाँ उन्हें भंडारण उद्देश्यों के लिए बल्क ग्रेफाइट बनाने वाली कार्बन की 2D परतों के बीच भौतिक रूप से एम्बेड किया जाता है। सेल के निर्वहन में एक एनोड शामिल होता है जो एक ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया से गुजरता है, जिससे धनात्मक लिथियम आयन मुक्त होते हैं, जबकि एक साथ बाहरी परिपथ के माध्यम से ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं; निर्वहन के दौरान एनोड एक ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया से गुजरता है जो धनात्मक लिथियम आयन उत्पन्न करती है, जबकि ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से कैथोड तक ले जाए जाते हैं जहाँ अपचयन अर्ध-प्रतिक्रिया होती है और विद्युत धारा बाहरी परिपथ से होकर प्रवाहित होती है।.

कई प्रकार हैं, जैसे 72V लिथियम-आयन बैटरी, 12 वोल्ट 20Ah लिथियम बैटरी, 20Ah लिथियम बैटरी।  ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रियाएँ इष्टतम तापमान और परिस्थितियों में होनी चाहिए; अन्यथा, महत्वपूर्ण संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी क्षमता को काफी कम कर सकते हैं और इसकी चक्रक्षमता (इस बात का माप कि बैटरी अपनी क्षमता में कमी शुरू होने से पहले कितनी बार चार्ज और डिस्चार्ज कर सकती है) को घटा सकते हैं, जिससे सेल के आंतरिक दबाव में वृद्धि हो सकती है और टैबलेट तथा स्मार्टफोन जैसे मोबाइल उपकरणों के लिए सुरक्षा खतरे उत्पन्न हो सकते हैं।.