'ठंडा तापमान' भयानक रूप से अस्पष्ट है। सबसे पहले, मुझे वास्तव में कुछ वास्तविक, कठिन संख्याएँ निर्दिष्ट करने दें।
32 ° F / 0 ° C से नीचे लिथियम आयन बैटरी चार्ज न करें। दूसरे शब्दों में, कभी भी लिथियम आयन बैटरी को चार्ज न करें जो ठंड से कम हो।
एक बार भी ऐसा करने से कई दर्जन प्रतिशत या उससे अधिक के आदेश पर अचानक, गंभीर और स्थायी क्षमता का नुकसान होगा, साथ ही आंतरिक प्रतिरोध में भी समान और स्थायी वृद्धि होगी। यह क्षति केवल एक पृथक 'कोल्ड चार्जिंग' घटना के बाद होती है, और उस गति के लिए आनुपातिक होती है जिस पर सेल चार्ज किया जाता है।
लेकिन, इससे भी महत्वपूर्ण बात, एक लिथियम आयन सेल जो ठंडा चार्ज किया गया है वह सुरक्षित नहीं है और इसे सुरक्षित रूप से पुनर्नवीनीकरण किया जाना चाहिए या अन्यथा छोड़ दिया जाना चाहिए। सुरक्षित नहीं होने से मेरा मतलब है कि यह ठीक काम करेगा जब तक कि यह यांत्रिक कंपन, यांत्रिक झटके या बस एक उच्च पर्याप्त अवस्था में पहुंचने के कारण अनियमित रूप से विस्फोट न हो जाए।
अब, वास्तव में अपने प्रश्न का उत्तर दें: यह क्यों है?
यह लिथियम आयन बैटरी कैसे काम करती है, इसका त्वरित सारांश आवश्यक है। उनके पास किसी भी अन्य बैटरी की तरह एक एनोड और कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट है, लेकिन एक ट्विस्ट है: लिथियम आयन वास्तव में कैथोड से चार्जिंग के दौरान एनोड की ओर बढ़ते हैं और उसमें इंटरकलेट करते हैं। अंतर्संबंध का संकेत यह है कि अणु या आयन (इस मामले में लिथियम आयन) कुछ सामग्री के जाली के आणविक अंतराल के बीच में crammed हैं।
डिस्चार्जिंग के दौरान, लिथियम आयन एनोड छोड़ देते हैं और कैथोड पर लौट आते हैं, और इसी तरह कैथोड में परस्पर जुड़ जाते हैं। तो कैथोड और एनोड दोनों लिथियम आयनों के लिए 'स्पंज' की तरह काम करते हैं।
जब अधिकांश लिथियम आयन कैथोड में अंतरित हो जाते हैं (मतलब बैटरी काफी हद तक डिस्चार्ज हो चुकी होती है), तो वॉल्यूमेट्रिक स्ट्रेन (इसकी जाली के बीच में सभी अतिरिक्त परमाणुओं के कारण) के कारण कैथोड की सामग्री का थोड़ा विस्तार होगा, लेकिन आम तौर पर सबसे अधिक इसमें से अंतर बल को आंतरिक तनाव (टेम्पर्ड ग्लास के अनुरूप) में बदल दिया जाता है, इसलिए वॉल्यूमेट्रिक स्ट्रेन मामूली होता है।
चार्जिंग के दौरान, लिथियम आयन कैथोड को छोड़ देते हैं और ग्रेफाइट एनोड में परस्पर जुड़ जाते हैं। ग्रेफाइट में मूल रूप से एक कार्बन बिस्किट होता है, जो एक समग्र बिस्किट संरचना बनाने के लिए ग्राफीन परतों के एक गुच्छा से बना होता है। अमेरिकी बिस्किट संरचना।
यह ग्रेफाइट एनोड की क्षमता को बल को आंतरिक तनाव में परिवर्तित करने के लिए कम करता है, इसलिए एनोड बहुत अधिक मात्रा में तनाव से गुजरता है - इतना कि यह वास्तव में 10-20% की मात्रा में बढ़ेगा। लिथियम आयन सेल को डिजाइन करते समय यह (और - एक निश्चित सैमसंग फोन की बैटरी के मामले में वैसे भी) होना चाहिए - अन्यथा एनोड धीरे-धीरे कमजोर हो सकता है या अंततः आंतरिक झिल्ली को पंचर कर सकता है जो एनोड को कैथोड से अलग करता है, जिससे कोशिका के अंदर एक मृत। लेकिन केवल एक बार जूल का एक गुच्छा सेल में भेज दिया गया है (इस प्रकार एनोड का विस्तार)।
ठीक है, लेकिन ठंडे तापमान के साथ इसका क्या करना है?
जब आप नीचे के तापमान में एक लिथियम आयन सेल को चार्ज करते हैं, तो अधिकांश लिथियम आयन ग्रेफाइट एनोड में हस्तक्षेप करने में विफल होते हैं। इसके बजाय, वे धातु लिथियम के साथ एनोड को प्लेट करते हैं, ठीक उसी तरह जैसे कैथोड कीमती धातु के साथ एनोड के सिक्के को इलेक्ट्रोप्लेट करते हैं। इसलिए चार्जिंग एनोड को लिथियम के बजाय एनोड को अच्छी तरह से रिचार्ज करके इलेक्ट्रोप्लेट करेगा। आयनों में से कुछ एनोड में आपस में जुड़ जाते हैं, और धातु चढ़ाना में कुछ परमाणु बाद में 20+ घंटे से अधिक अंतराल पर रुकेंगे यदि कोशिका को आराम करने की अनुमति है, लेकिन अधिकांश नहीं करेंगे। यह क्षमता में कमी का स्रोत है, आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि, और खतरे भी।
यदि आपने प्रश्न से संबंधित स्टैक एक्सचेंज पर मेरा संबंधित उत्तर पढ़ा है 'लिथियम आयन बैटरी के आसपास इतना डर क्यों है?', तो आप शायद देख सकते हैं कि यह कहां जा रहा है।
एनोड की यह लिथियम चढ़ाना अच्छा और चिकना नहीं है और यहां तक कि - यह डेंड्राइट्स में बनाता है, एनोड पर लिथियम धातु की छोटी तेज निविदाएं बढ़ती हैं।
अन्य विफलता तंत्रों की तरह जो एनोड के धातु लिथियम चढ़ाना के कारण होते हैं (हालांकि अलग-अलग कारणों से), ये डेंड्राइट अलग झिल्ली पर अनपेक्षित दबाव डाल सकते हैं क्योंकि एनोड फैलता है और उन्हें इसमें बल देता है, और यदि आप अशुभ हैं , इससे झिल्ली एक दिन अप्रत्याशित रूप से विफल हो जाएगी (या तुरंत भी, कभी-कभी एक डेंड्राइट सिर्फ इसमें छेद करता है और कैथोड को छूता है)। यह निश्चित रूप से सेल वेंट बनाता है, इसके ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट को प्रज्वलित करता है, और आपके सप्ताहांत (सर्वोत्तम में) को बर्बाद कर देता है।
लेकिन, आप सोच रहे होंगे कि, " नीचे-बर्फ़ीली तापमान के कारण एनोड की लिथियम धातु चढ़ाना क्यों होती है?"
और दुर्भाग्यपूर्ण और असंतोषजनक उत्तर यह है कि हम वास्तव में नहीं जानते हैं। हमें लिथियम आयन कोशिकाओं के कामकाज को देखने के लिए न्यूट्रॉन इमेजिंग का उपयोग करना चाहिए, और दुनिया भर में सक्रिय अनुसंधान रिएक्टर (न्यूक्लियर रिएक्टर जो न्यूट्रॉन स्रोत के रूप में कार्य करते हैं) के आसपास केवल 30 (31 मुझे लगता है?) पर विचार कर रहे हैं जो वास्तव में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए उपलब्ध हैं। चिकित्सा आइसोटोप उत्पादन के लिए विश्वविद्यालय के बजाय, और उन सभी ने प्रयोगों के लिए 24/7 बुक किया, मुझे लगता है कि यह सिर्फ धैर्य की बात है। केवल उपकरण समय की कमी के कारण लिथियम आयन बैटरी के केवल न्यूट्रॉन इमेजिंग के कुछ उदाहरण हैं।
पिछली बार यह विशेष रूप से इस ठंडे तापमान की समस्या के लिए इस्तेमाल किया गया था 2014 मुझे विश्वास था, और यहां लेख है ।
शीर्षक के बावजूद, वे अभी भी वास्तव में हल नहीं किया है कि यह क्या है कि सेल के जमने से नीचे होने पर इंटरकलेशन के बजाय चढ़ाना होता है।
दिलचस्प है, यह वास्तव में फ्रीजिंग के नीचे एक लिथियम आयन सेल को चार्ज करना संभव है, लेकिन केवल बेहद कम धाराओं पर, 0.02C से नीचे (इसलिए 50 घंटे से अधिक चार्ज समय)। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कुछ विदेशी कोशिकाएं भी हैं जो विशेष रूप से ठंडे तापमान में आकर्षक होने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, आमतौर पर महत्वपूर्ण लागत (अन्य क्षेत्रों में कोशिकाओं के प्रदर्शन के संदर्भ में)।
नोट: मुझे यह जोड़ना चाहिए कि फ्रीज़िंग तापमान के नीचे लिथियम आयन बैटरी का निर्वहन पूरी तरह से सुरक्षित है। अधिकांश कोशिकाओं में -20 डिग्री सेल्सियस या यहां तक कि ठंडे तापमान का निर्वहन तापमान होता है। केवल 'फ्रोजन' सेल चार्ज करने से बचना चाहिए।