ऑटोमोटिव बैटरियों के क्षेत्र में लीड-एसिड की जगह लीथियम बैटरियों का संभावित विश्लेषण

वर्तमान में मोटर वाहनों में एसएलआई के लिए लीड-एसिड बैटरी मुख्य शक्ति स्रोत हैं, और उन्हें कई अन्य अनुप्रयोग भी दिए गए हैं। लीड-एसिड बैटरी के बजाय एसएलआई बैटरी के रूप में लिथियम बैटरी के फायदे मुख्य रूप से उनके लंबे जीवन और उच्च ऊर्जा घनत्व में निहित हैं। सुरक्षा के संदर्भ में, वाहनों में प्रतिबंधात्मक सामग्रियों के उपयोग पर नए यूरोपीय बैटरी नियमों के साथ-साथ लागत, डिजाइन और परीक्षण विनिर्देशों पर विचार किया जाता है। दो बैटरियों के जीवन चक्र और पुनर्चक्रण को भी ध्यान में रखा जाता है।

1. बैटरी प्रतिस्थापन

पिछले कुछ वर्षों में, लीड-एसिड बैटरी के रसायन विज्ञान और विनिर्माण मानकों को पूरी तरह से नई बैटरी प्रणाली को फिर से डिज़ाइन करने की कोशिश करने के बजाय, एडिटिव्स को समायोजित करके और मौजूदा निर्माण प्रक्रियाओं में सुधार करके अपेक्षाकृत तेज़ी से नई बिजली आवश्यकताओं और चुनौतियों के अनुकूल बनाया गया है। 1960 के दशक में, लीड-एसिड SLI बैटरी का सेवा जीवन लगभग 3 वर्ष था, और 2015 तक, जैसे-जैसे बिजली और अनुप्रयोग की आवश्यकताएं बढ़ती हैं, बैटरी पांच साल या उससे अधिक समय तक चल सकती है।

लीड-एसिड बैटरी ने बाजार हिस्सेदारी बनाए रखी है, मुख्यतः क्योंकि वे ठंडे आईसीई स्टार्टअप, उच्च तापमान चक्र स्थायित्व, अपेक्षाकृत उच्च सुरक्षा और अपेक्षाकृत कम लागत के लिए आवश्यक उच्च धारा को पूरा कर सकते हैं। यदि आप इस बाजार में भाग लेने की योजना बना रहे हैं, तो ये चुनौतियाँ हैं जिनका सामना किसी भी नई बैटरी तकनीक को करना चाहिए। हाल के वर्षों में, रसायन विज्ञान और विनिर्माण के मामले में लिथियम बैटरी की स्थिरता में काफी सुधार हुआ है, लागत में लगातार कमी आई है, और प्रदर्शन में लगातार सुधार हुआ है। व्यापक अर्थों में, लीड-एसिड बैटरी की तुलना में, लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी के वर्तमान मुख्य लाभ उनके उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबे जीवन हैं।

लिथियम-आयन SLI बैटरियों का प्रदर्शन मौजूदा लीड-एसिड SLI बैटरी के समान है, और लिथियम-आयन SLI बैटरी की स्थिरता का मूल्यांकन करने के लिए अतिरिक्त परीक्षण शुरू किए गए हैं। सख्त सुरक्षा उपायों सहित, जैसे ओवरचार्ज संरक्षण, क्रश या पंचर प्रकार विनाश परीक्षण, निरंतर कम तापमान निर्वहन और चार्जिंग, और लिथियम जमाव के प्रभाव का मूल्यांकन।

2. लिथियम-आयन बैटरी की सुरक्षा डिजाइन

लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी के विकास में मुख्य चुनौती यह है कि बैटरी दुरुपयोग या उम्र बढ़ने की स्थिति में कितनी सुरक्षित है, और क्या थर्मल पलायन होगा। इस स्थिति को रोकने के लिए कई परीक्षण किए गए हैं, लेकिन सभी स्थितियों का अनुमान नहीं लगाया जा सकता है। चूंकि दुर्घटना से वाहन के अंदरूनी हिस्से को अत्यधिक नुकसान हुआ है, जिससे बाहरी या आंतरिक आग के कारण बैटरी जल सकती है, इसलिए बरती जाने वाली सावधानियों से यह सुनिश्चित होगा कि क्षतिग्रस्त बैटरी से चिंगारी नहीं निकलेगी, जिससे आग लगने के बाद आग का प्रसार कम दुर्घटना। इसके अलावा, बैटरी का एक अनूठा कारक आंतरिक शॉर्ट सर्किट (आईएससी) है जो इसकी उम्र बढ़ने के कारण हो सकता है। कुछ सामान्य स्थितियां, जैसे कि लिथियम डेंड्राइट्स का निर्माण, शॉर्ट सर्किट का कारण बनने के लिए डायाफ्राम में प्रवेश करता है, जिससे डायाफ्राम गर्मी के कारण सिकुड़ जाता है और एक बड़े क्षेत्र में शॉर्ट सर्किट का कारण बनता है। मानकीकृत बैटरी परीक्षण के लिए एक और चुनौती यह है कि लिथियम-आयन बैटरी की बाहरी संरचना बेलनाकार, पाउच (सॉफ्ट पैक) या चौकोर हो सकती है। इसलिए, प्रत्येक बैटरी प्रकार के लिए एक अलग यांत्रिक परीक्षण प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। इन तकनीकों का उपयोग सुरक्षा परीक्षण और लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी के बीच सहसंबंध की समझ को निर्देशित करने के लिए किया जा सकता है।

3. एसएलआई बैटरी डिजाइन

एसएलआई बैटरी के डिजाइन में, चुनने के लिए विभिन्न प्रकार की इलेक्ट्रोड सामग्री और बैटरी संयोजन हैं। हालाँकि, जब समग्र बैटरी वोल्टेज एक विशिष्ट 12V तक सीमित होता है, तो इस मामले में मौजूदा लीड-एसिड बैटरी को बदलना संभव है। वर्तमान में, श्रृंखला में जुड़ी कुछ बैटरी ही सही बैटरी वोल्टेज तक पहुंच सकती हैं।

12V के करीब बैटरी वोल्टेज प्राप्त करने की आवश्यकता के अलावा, उपभोक्ता बाजार में आसान उपलब्धता जैसे अन्य कारकों पर भी विचार करने की आवश्यकता है। मानक लीड-एसिड बैटरी की तुलना में, ये सामग्रियां लागत-प्रतिस्पर्धी एसएलआई बैटरी बना सकती हैं। लिथियम-आयन बैटरी की कैथोड सामग्री को स्तरित, स्पिनल और ओलिवाइन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। एनोड सामग्री मुख्य रूप से कार्बन है। सही बैटरी वोल्टेज और बिजली क्षमता प्रदान करने के लिए कैथोड और एनोड सामग्री की संगतता पर विचार करने के अलावा, लिथियम-आयन बैटरी में से पहला तीन महत्वपूर्ण घटक इसके इलेक्ट्रोलाइट हैं। अधिकांश वाणिज्यिक बैटरियों के लिए, घुलनशील लिथियम लवण के साथ कार्बनिक तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग किया जाता है, जो आवश्यक लिथियम आयन चालकता प्रदान कर सकता है। वर्तमान में उपयोग किया जाने वाला सबसे आम नमक LiPF6 है।

बीईवी में, 12 वी लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी का उपयोग वाहन [जीजी] #39; के ऑन-बोर्ड इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम को बनाए रखने के लिए किया जा सकता है जब वाहन नहीं चला रहा हो। इस एप्लिकेशन में लेड-एसिड SLI बैटरी का उपयोग आदर्श नहीं है क्योंकि यह आमतौर पर उच्च शक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह आवश्यक रूप से गहरे कम करंट डिस्चार्ज के अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त नहीं है। इस संबंध में, लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी केवल लीड-एसिड एसएलआई बैटरी की कमियों के लिए तैयार होती है।

4. बैटरी संतुलन और बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) का डिजाइन

लेड-एसिड एसएलआई बैटरियों के विपरीत, लिथियम-आयन बैटरी तकनीक के लिए चुनौती यह है कि उनकी 95% के करीब उच्च रिचार्जिंग दक्षता है और बैटरी वोल्टेज विंडो के भीतर सख्ती से काम करना चाहिए। जब लिथियम-आयन बैटरी को श्रृंखला में इकट्ठा किया जाता है और चार्ज किया जाता है, तो वे आसानी से बैटरी वोल्टेज विंडो से बाहर निकल सकते हैं, सक्रिय सामग्री अपरिवर्तनीय चरण परिवर्तनों का अनुभव करना शुरू कर सकती है, और इलेक्ट्रोलाइट विघटित होना शुरू हो सकता है। यह बदले में बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे बैटरी का असंतुलित प्रभाव बढ़ता है। इसलिए, बैटरी प्रबंधन और व्यक्तिगत बैटरी पैक की निगरानी लिथियम-आयन मॉड्यूल के लिए मानक अभ्यास बन गए हैं, और वे आमतौर पर बैटरी बॉक्स हाउसिंग में निर्मित होते हैं। बाजार में बड़ी संख्या में बीएमएस सिस्टम हैं, जिनमें से कई विशिष्ट लिथियम-आयन बैटरी रसायनों के लिए तैयार किए गए हैं। श्रृंखला बैटरी पैक की चार्जिंग को सीमित करने के लिए सबसे सरल और सबसे अधिक लागत प्रभावी चार्जिंग विधि है। एक बेहतर तरीका यह है कि बैटरी की ऊपरी वोल्टेज सीमा तक पहुंचने के बाद बैटरी के बीच ऊर्जा के पुनर्वितरण की अनुमति दी जाए, जिससे एकल बैटरी को ओवरचार्जिंग से रोका जा सके और सुरक्षा संबंधी समस्याएं पैदा हो सकें।

5. बैटरी की कीमत

मौजूदा प्रौद्योगिकियों की तुलना में, लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी की मुख्य चुनौतियों में से एक उपभोक्ताओं को प्रतिस्पर्धी मूल्य प्रदान करना है। लिथियम आयन बैटरी के निर्माण में मूल्य श्रृंखला के मुद्दों का अध्ययन करने के लिए शोधकर्ता कड़ी मेहनत कर रहे हैं। वर्तमान में, लगभग 60% बैटरी लागत को वर्तमान कलेक्टरों, विभाजकों और बैटरी केसिंग जैसे निष्क्रिय सामग्रियों से बना माना जाता है। अतिरिक्त लागत ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) से आती है। ) गठन प्रक्रिया में खर्च किया गया समय और ऊर्जा।

6. नीतियां और कानून

प्रौद्योगिकी के मुख्य चालक आमतौर पर स्वास्थ्य और सुरक्षा से संबंधित कुछ राष्ट्रीय और अंतर्राष्ट्रीय नीतियों के साथ होते हैं, जिसके बाद कानून बनाया जाता है। इनमें आमतौर पर कुछ रसायनों या रासायनिक सामानों का उपयोग शामिल होता है जिन्हें मनुष्यों और पर्यावरण के लिए हानिकारक माना जाता है। विशेष रूप से जब इन हानिकारक पदार्थों का वाहनों में उपयोग किया जाता है, तो उनकी डिजाइन अवधारणा [जीजी] quot;ग्रीन रीसाइक्लिंग [जीजी] उद्धरण प्राप्त करने में सक्षम होनी चाहिए, अर्थात, उन्हें अलग किया जा सकता है ताकि विभिन्न सामग्रियों का पुन: उपयोग, पुनर्नवीनीकरण या सुरक्षित रूप से निपटारा किया जा सके। पर्यावरण को कोई प्रदूषण पैदा किए बिना।

7. मानक और विनिर्देश:

दशकों से, विनिर्देश और मानक उभरे हैं और धीरे-धीरे वाहनों के लिए एसएलआई बैटरी सहित लगभग सभी बैटरी अनुप्रयोगों के प्रदर्शन और सुरक्षा के अनुकूल होने के लिए विकसित हुए हैं। दूसरी ओर, कुछ देशों या क्षेत्रों के कानून मानकों का उल्लेख कर सकते हैं जब कुछ आवश्यकताओं से निपटते हैं जो आमतौर पर समुदाय और पर्यावरण की सुरक्षा और स्वास्थ्य पर सीधा प्रभाव डालते हैं। यूनाइटेड स्टेट्स एडवांस्ड बैटरी अलायंस (USABC) ने अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DoE) के लिए एक बैटरी परीक्षण मैनुअल (संशोधन 2) संकलित किया है।

8. बैटरी रीसाइक्लिंग

वर्तमान में लिथियम-आयन बैटरी के पुनर्चक्रण में निश्चित ताकत वाली कंपनी।

उपरोक्त संक्षेप में बताता है कि कुछ बड़ी कंपनियां लिथियम-आयन बैटरी की स्थापित औद्योगिक पैमाने की रीसाइक्लिंग प्रक्रिया में सक्रिय रूप से भाग ले रही हैं। उभरते हुए रीसाइक्लिंग उद्योग की रीसाइक्लिंग क्षमता अगले 7 से 10 वर्षों में कम से कम पांच गुना बढ़ जाएगी।

9. निष्कर्ष और संभावनाएं

यह लेख लीड-एसिड एसएलआई बैटरी को लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी के साथ बदलने के कुछ कारकों का सारांश देता है, जो अगले कुछ वर्षों में एक क्रमिक प्रक्रिया होगी। अक्षय ऊर्जा प्रणाली भंडारण के बड़े पैमाने पर उपयोग के साथ, लीड-एसिड बैटरी का उपयोग बढ़ता रहेगा, और लिथियम-आयन एसएलआई बैटरी का फोकस यूरोप में स्थित मध्य-से-उच्च-अंत आईसीई वाहनों में उपयोग किया जाएगा, जिनमें से कुछ जो एशिया और संयुक्त राज्य अमेरिका में हैं। कई छोटे और सस्ते ICE वाहनों के लिए, लेड-एसिड SLI बैटरी का उपयोग जारी रहेगा, क्योंकि बैटरी को बदलने की लागत हमेशा निर्णायक कारक होगी। इसके अलावा, वैश्विक उपभोक्ता बाजार [जीजी] quot;परिपत्र अर्थव्यवस्था [जीजी] उद्धरण के उपयोग में वृद्धि करेगा; उत्पाद, जो कच्चे माल के पुनर्चक्रण को बढ़ाते हुए पर्यावरणीय कचरे को कम करने पर ध्यान केंद्रित करेंगे। यद्यपि लिथियम-आयन बैटरी का पुनर्चक्रण अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, चीन, जापान और अन्य देशों ने पहले ही बड़ी पहल की है। संयुक्त राज्य अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया और यूरोपीय देशों ने लिथियम-आयन बैटरी में रीसाइक्लिंग सामग्री के नए कार्यों का प्रदर्शन किया है। ये रीसाइक्लिंग प्रक्रियाएं अगले पांच से पांच वर्षों में होंगी। दस साल में बिल्कुल सही।