مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں داخلی مزاحمت کی وجوہات کا تجزیہ

I. تعارف

ایک اہم انرجی اسٹوریج ڈیوائس کے طور پر لتیم بیٹریاں ، جدید معاشرے میں وسیع پیمانے پر لاگو کی گئیں ، جیسے برقی گاڑیوں اور پورٹیبل الیکٹرانک آلات میں۔ تاہم ، لتیم بیٹریاں استعمال کے دوران مختصر سرکٹس کا تجربہ کرسکتی ہیں ، جو نہ صرف بیٹری کی کارکردگی کو متاثر کرتی ہیں بلکہ حفاظت کے سنگین مسائل ، جیسے آگ اور دھماکوں کو بھی متحرک کرسکتی ہیں۔ اندرونی مزاحمت لتیم بیٹری کی کارکردگی کی پیمائش کے لئے کلیدی اشارے میں سے ایک ہے۔ داخلی مزاحمت میں اضافے سے بیٹری خارج ہونے والے مادہ کی گنجائش میں کمی ، صلاحیت میں کمی اور خدمت کی ایک مختصر زندگی کا باعث بنتا ہے۔ لہذا ، مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں داخلی مزاحمت میں اضافے کی وجوہات کا مطالعہ کرنا اہم نظریاتی اور عملی اہمیت ہے۔

ii. لتیم بیٹری کی داخلی مزاحمت کی تشکیل

لتیم بیٹری کی داخلی مزاحمت بنیادی طور پر اوہمک مزاحمت اور پولرائزیشن مزاحمت پر مشتمل ہوتی ہے۔ اوہمک مزاحمت میں خود الیکٹروڈ کی مزاحمت ، الیکٹرویلیٹ حل کی مزاحمت ، جداکار کے مائکروپورس سے گزرنے والے آئنوں کی مزاحمت کا سامنا کرنا پڑتا ہے ، اور مثبت\/منفی الیکٹروڈ اور جداکار کے مابین رابطے کی مزاحمت شامل ہے۔ پولرائزیشن مزاحمت بیٹری چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران الیکٹروڈ پولرائزیشن کی وجہ سے تشکیل شدہ کوندکٹو مزاحمت ہے ، جس میں الیکٹرو کیمیکل پولرائزیشن اور حراستی پولرائزیشن بھی شامل ہے۔ الیکٹرو کیمیکل پولرائزیشن الیکٹروڈ کے رد عمل کی سست روی کی وجہ سے ہوتی ہے ، جبکہ الیکٹروڈ کی سطح کے قریب آئن حراستی میں تبدیلیوں کی وجہ سے حراستی پولرائزیشن ہوتی ہے۔

iii. مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں داخلی مزاحمت کی وجوہات کا تجزیہ

(i) مادی سطح کی جڑ کے اسباب

1. مثبت اور منفی فعال مواد کی کمی

Positive electrode materials (such as NCM, LFP) may experience a decrease in electronic conductivity due to the dissolution of transition metals or structural collapse. For example, during the long-term cycling of a battery, transition metal ions in the positive electrode material may dissolve into the electrolyte, leading to structural changes in the positive electrode material and a reduction in its electronic conductivity. Negative electrode graphite may increase lithium ion migration resistance due to the growth of lithium dendrites or an excessively thick SEI film (>100 ینیم)۔ لتیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما جداکار کو پنکچر کرسکتی ہے ، جس کی وجہ سے بیٹری شارٹ سرکٹ بن سکتا ہے ، جبکہ ضرورت سے زیادہ موٹی SEI فلم لتیم آئن ہجرت میں رکاوٹ بن سکتی ہے اور بیٹری کی داخلی مزاحمت کو بڑھا سکتی ہے۔

2. الیکٹرولائٹ عمر بڑھنے اور انٹرفیس کے مسائل

الیکٹرویلیٹ سڑن کی مصنوعات (جیسے LIF ، li₂co₃) الیکٹروڈ کی سطح پر جمع ہوتی ہیں ، جس سے ایک اعلی امپیڈنس انٹرفیس پرت تشکیل ہوتی ہے۔ اعلی درجہ حرارت یا زیادہ چارج کے حالات میں ، الیکٹرولائٹ واسکاسیٹی میں اضافہ ہوتا ہے ، اور لتیم آئن ٹرانسپورٹ کی کارکردگی کم ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر ، جب بیٹری اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں ہوتی ہے تو ، الیکٹرولائٹ کی واسکاسیٹی بڑھ جاتی ہے ، اور لتیم آئنوں کی منتقلی کی شرح سست ہوجاتی ہے ، جس سے بیٹری کی داخلی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

3. کرینٹ کلیکٹر اور ٹیب انحطاط

ایلومینیم\/تانبے کے ورق کی آکسیکرن یا سنکنرن سے رابطے کی مزاحمت (اعلی خطرہ والے ماحول میں عام) میں اضافہ ہوتا ہے۔ ٹیب ویلڈنگ پوائنٹس یا مادی تھکاوٹ (جیسے کمپن کے حالات کے تحت) کی ورچوئل ویلڈنگ مقامی مزاحمت کو ضرب دینے کا سبب بنتی ہے۔ بیٹری کے استعمال کے دوران ، موجودہ کلکٹر اور ٹیبز ماحولیاتی عوامل کی وجہ سے آکسیکرن یا سنکنرن سے گزر سکتے ہیں ، جس کی وجہ سے رابطے کی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔ ایک ہی وقت میں ، ٹیب ویلڈنگ پوائنٹس یا مادی تھکاوٹ کی ورچوئل ویلڈنگ بھی مقامی مزاحمت میں اضافہ کرسکتی ہے۔

(ii) عمل کے نقائص کا سپر پوزیشن اثر

1. الیکٹروڈ شیٹوں کی کوٹنگ

ایریل کثافت (± 5 ٪ یا اس سے زیادہ) میں اتار چڑھاو موجودہ موجودہ تقسیم اور مقامی پولرائزیشن مزاحمت میں نمایاں اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ اگر الیکٹروڈ شیٹوں کی کوٹنگ ناہموار ہے تو ، اس کے نتیجے میں بیٹری کے اندر ناہموار موجودہ تقسیم ہوگی ، جس میں کچھ علاقوں میں موجودہ کثافت کی ضرورت سے زیادہ ہے ، اس طرح مقامی پولرائزیشن مزاحمت میں اضافہ ہوگا۔

2.اسٹیکنگ\/سمیٹنے کے عمل میں غلطیاں

الیکٹروڈ شیٹوں کی غلط تشریح سے برر رابطے کا باعث بنتا ہے ، جس سے مائیکرو شارٹ سرکٹس اور اضافی رکاوٹ کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔ بیٹری مینوفیکچرنگ کے دوران ، اگر اسٹیکنگ یا سمیٹنے کے عمل میں غلطیاں ہوتی ہیں تو ، اس سے الیکٹروڈ شیٹوں کی غلط تشریح ہوسکتی ہے ، جس کی وجہ سے برر رابطے کا سامنا ہوتا ہے ، جس سے مائیکرو شارٹ سرکٹس اور اضافی رکاوٹ کا خطرہ بڑھ جاتا ہے۔

3.ناکافی الیکٹرویلیٹ انجیکشن اور گیلا کرنا

الیکٹرویلیٹ آئن چینلز کو مسدود کرتے ہوئے ، جداکار کے چھیدوں (گیلے ڈگری <90 ٪) کو مکمل طور پر گھس نہیں دیتا ہے۔ اگر الیکٹرویلیٹ جداکار کے چھیدوں کو مکمل طور پر گھسیٹ نہیں کرتا ہے تو ، یہ آئن چینلز کو مسدود کردے گا ، لتیم آئنوں کی منتقلی کی شرح کو کم کرے گا ، اور بیٹری کی داخلی مزاحمت میں اضافہ کرے گا۔

(iii) استعمال کے ماحول اور آپریٹنگ حالات کا اثر

1.کم درجہ حرارت کا ماحول

الیکٹرولائٹ کی آئنک چالکتا 50 than سے زیادہ کی کمی ہوتی ہے ، اور اوہمک مزاحمت اور پولرائزیشن مزاحمت دونوں میں اضافہ ہوتا ہے۔ کم درجہ حرارت والے ماحول میں ، الیکٹرولائٹ کی آئنک چالکتا میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے ، جس کی وجہ سے بیٹری اوہمک مزاحمت اور پولرائزیشن مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

2.اعلی درجے کا چارجنگ اور ڈسچارجنگ

حراستی پولرائزیشن شدت اختیار کرتی ہے ، وولٹیج پلیٹ فارم گر جاتا ہے ، اور موثر داخلی مزاحمت میں 20 ٪ - 40 ٪ اضافہ ہوتا ہے۔ جب ایک بیٹری اعلی درجے کے چارجنگ اور ڈسچارج سے گزرتی ہے تو ، الیکٹروڈ کی سطح کے قریب آئن کی حراستی تیزی سے تبدیل ہوتی ہے ، جس کی وجہ سے شدید حراستی پولرائزیشن اور بیٹری سے موثر داخلی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

3.طویل مدتی سائیکلنگ عمر بڑھنے

مجموعی اثرات جیسے فعال لتیم نقصان اور الیکٹروڈ پوروسٹی میں کمی سالانہ داخلی مزاحمت کی نمو کی شرح 5 ٪ سے زیادہ ہوتی ہے۔ بیٹری کے طویل مدتی سائیکلنگ کے استعمال کے دوران ، فعال لتیم آہستہ آہستہ ختم ہوجاتا ہے ، اور الیکٹروڈ پوروسٹی بھی کم ہوتی ہے۔ یہ مجموعی اثرات سالانہ داخلی مزاحمت کی نمو کی شرح 5 ٪ سے زیادہ ہیں۔

(iv) مختصر سرکٹس کی وجہ سے مقامی حد سے زیادہ گرمی اور ساختی نقصان

1. لوکل اوور ہیٹنگ

شارٹ سرکٹ کے دوران پیدا ہونے والا بڑا موجودہ بیٹری کے اندر مقامی درجہ حرارت میں تیزی سے اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت بیٹری کے اندرونی مواد ، جیسے الیکٹرویلیٹ سڑن اور الیکٹروڈ مادی ڈھانچے میں تبدیلیوں کی کمی کو تیز کرتا ہے ، جس میں داخلی مزاحمت میں مزید اضافہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر ، جب ایک بیٹری شارٹ سرکٹ کا تجربہ کرتی ہے تو ، شارٹ سرکٹ کا مقام گرمی کی ایک بڑی مقدار پیدا کرتا ہے ، جس کی وجہ سے مقامی درجہ حرارت بڑھتا ہے اور الیکٹرویلیٹ سڑن کا سبب بنتا ہے ، جس سے ایک اعلی امپیڈینس انٹرفیس پرت تشکیل دی جاتی ہے اور بیٹری کی اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

2. ساختی نقصان

شارٹ سرکٹ کے دوران پیدا ہونے والی بہت بڑی موجودہ اور گرمی بیٹری کے اندر ساختی نقصان کا باعث بن سکتی ہے ، جیسے جداکار پگھلنے اور الیکٹروڈ مادی اخترتی۔ یہ ساختی نقصانات بیٹری کے آئن اور الیکٹران ٹرانسپورٹ چینلز کو براہ راست متاثر کرتے ہیں ، جس کی وجہ سے اندرونی مزاحمت میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر ، شارٹ سرکٹ کے دوران پیدا ہونے والا اعلی درجہ حرارت جداکار کو پگھلا سکتا ہے ، جس سے مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے مابین براہ راست رابطہ ہوسکتا ہے ، جس سے ایک بڑا شارٹ سرکٹ موجودہ تشکیل ہوتا ہے ، اور الیکٹروڈ مواد کی ساخت کو بھی نقصان پہنچتا ہے ، جس سے بیٹری کی داخلی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

iv. نتیجہ

مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں داخلی مزاحمت میں اضافے کی وجوہات کثیر الجہتی ہیں ، جن میں مادی سطح کی جڑ کی وجوہات ، عمل کے نقائص کا سپرپوزیشن اثر ، استعمال کے ماحول اور آپریٹنگ حالات کا اثر ، اور مختصر سرکٹس کی وجہ سے مقامی حد سے زیادہ گرمی اور ساختی نقصان شامل ہیں۔ یہ عوامل ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں ، جس سے اجتماعی طور پر مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں اندرونی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔ ان وجوہات کو سمجھنا لتیم بیٹریوں کے ڈیزائن ، مینوفیکچرنگ ، استعمال اور بحالی کے لئے بہت اہمیت کا حامل ہے۔ بیٹری ڈیزائن کے مرحلے میں ، مناسب مواد کو منتخب کیا جانا چاہئے اور بیٹری کی داخلی مزاحمت کو کم کرنے کے لئے پیرامیٹرز کو بہتر بنایا جانا چاہئے۔ بیٹری کے استعمال کے دوران ، بیٹری کو استعمال کے سخت ماحول سے دور رکھنا چاہئے ، جیسے اعلی درجہ حرارت ، کم درجہ حرارت ، اور اعلی نمی ، اور بیٹری کی چارجنگ اور خارج ہونے والی شرح کو بیٹری سروس کی زندگی کو بڑھانے اور بیٹری کی حفاظت کو یقینی بنانے کے لئے معقول حد تک کنٹرول کیا جانا چاہئے۔ ایک ہی وقت میں ، بیٹریوں کے لئے جو پہلے ہی شارٹ سرکٹ کا تجربہ کرچکے ہیں ، حفاظت سے زیادہ سنگین مسائل کو متحرک کرنے سے بچنے کے لئے بروقت علاج کیا جانا چاہئے۔ مستقبل کی تحقیق کو مختصر سرکٹس کے دوران لتیم بیٹریوں میں داخلی مزاحمت میں اضافے کے طریقہ کار کو مزید تلاش کرنا چاہئے اور لتیم بیٹری کی کارکردگی اور حفاظت کو بہتر بنانے کے لئے زیادہ موثر بیٹری مینجمنٹ اور پروٹیکشن ٹیکنالوجیز تیار کرنا چاہئے۔