লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষমতা কমে যায় কেন?

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ক্ষমতা ক্ষয় বলতে বোঝায় যে সময়ের সাথে এবং ব্যাটারি জীবনের সাথে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি ধীরে ধীরে তাদের উপলব্ধ ক্ষমতা হারায়। ক্ষমতা ক্ষয়ের মেকানিজমটি কী?

1. আয়তন পরিবর্তন

ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়ার সময়, লিথিয়াম আয়নগুলি সন্নিবেশ এবং বের হয়ে আসে, যার ফলে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির ল্যাটিসগুলি বিভিন্ন মাত্রায় প্রসারিত/সংকুচিত হয়।

ক. ক্যাথোড উপকরণের ক্ষুদ্র কাঠামোর পরিবর্তন হয়, যার ফলে লিথিয়ামের পরিমাণ হ্রাস পায়। ওভারচার্জ অবস্থায়, লিথিয়াম আয়নগুলি দ্রুত অ্যানোডের দিকে যায়, যা ক্যাথোড ল্যাটিসের ভাঙন ঘটায়।

খ. সন্নিবেশ এবং নিষ্কাশনের সময় ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড গ্রাফাইটের আয়তন পরিবর্তন লিথিয়াম আয়ন 10% পর্যন্ত হতে পারে, যার ফলে কণা স্তর বিভাজন হয়।

2. SEI ফিল্মের গঠন

ব্যাটারি গঠনের পর্যায়ে, প্রথম চার্জ এবং ডিসচার্জ প্রক্রিয়ার সময় লিথিয়াম আয়নগুলি ইলেক্ট্রোলাইটের নির্দিষ্ট উপাদানগুলির সাথে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে, নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যকার ইন্টারফেসে অপরিবর্তনীয় কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেস তৈরি করে। চার্জ এবং ডিসচার্জ প্রক্রিয়ার সময়, SEI ক্রমাগত ভেঙে যায় এবং পুনরুদ্ধার হয়, ফলে সক্রিয় লিথিয়াম আয়নের পরিমাণ হ্রাস পায়, SEI ফিল্মের পুরুতা বৃদ্ধি পায় এবং অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের মাত্রা বৃদ্ধি পায়।

3. লিথিয়াম ডেনড্রাইট বৃদ্ধি

নিম্ন তাপমাত্রায়, দ্রুত চার্জ এবং ওভারচার্জ অবস্থায়, লিথিয়াম আয়নগুলি নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের দিকে চলতে থাকে। লিথিয়াম আয়ন নিষ্কাশনের হার লিথিয়াম আয়ন সংযোজনের হারের চেয়ে বেশি হওয়ায় নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের কাছাকাছি লিথিয়াম আয়ন জমা হয় এবং সক্রিয় লিথিয়ামের পরিমাণ হ্রাস পায়।

4. ইলেক্ট্রোলাইট বিয়োজন

ইলেকট্রোলাইট বিভাজন মূলত দুটি পথের মাধ্যমে ঘটে: ইলেকট্রোকেমিক্যাল বিভাজন এবং রাসায়নিক বিভাজন। ইলেকট্রোকেমিক্যাল বিভাজনকে পজিটিভ ইলেকট্রোড পার্শ্বে অক্সিডেটিভ বিভাজন এবং নেগেটিভ ইলেকট্রোড পার্শ্বে রিডাকটিভ বিভাজনে ভাগ করা হয়েছে। পজিটিভ ইলেকট্রোড পার্শ্বে অক্সিডেটিভ বিভাজন ঘটে যখন পজিটিভ ইলেকট্রোড সম্ভাব্য >4.5V হয়, যা ব্যাটারি ফুলে যাওয়া এবং ইন্টারফেসিয়াল ইম্পিড্যান্স বৃদ্ধি করে। নেগেটিভ ইলেকট্রোড পার্শ্বে রিডাকটিভ বিভাজন ঘটে যখন গ্রাফাইট নেগেটিভ ইলেকট্রোড সম্ভাব্য <0.8V হয়, যা ব্যাটারির SEI স্তর পুরু করে এবং সক্রিয় লিথিয়াম হ্রাস করে। রাসায়নিক বিভাজনকে ট্রেস জল-প্রভাবিত বিক্রিয়া এবং উচ্চ তাপমাত্রা বিভাজন বিক্রিয়ায় ভাগ করা হয়েছে। ট্রেস জল-প্রভাবিত বিক্রিয়া পজিটিভ ইলেকট্রোডে ক্ষয় ঘটায়। উচ্চ তাপমাত্রা বিভাজন বিক্রিয়া ইলেকট্রোলাইট শুকিয়ে দেয়, যা থার্মাল রানঅ্যাওয়ে প্রবণতার দিকে পরিচালিত করে।

5. কারেন্ট কালেক্টর ক্ষয়

বর্তমান সংগ্রাহক ক্ষয় উচ্চ সম্ভাব্যতায় ইতিবাচক ইলেকট্রোড অ্যালুমিনিয়াম পাতের ক্ষয় এবং নেতিবাচক ইলেকট্রোড তামার পাতের ক্ষয় হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। যখন ইতিবাচক ইলেকট্রোড সম্ভাব্যতা 3.8V ছাড়িয়ে যায়, তখন ইতিবাচক ইলেকট্রোড অ্যালুমিনিয়াম পাত জারিত এবং ক্ষয় হয়। ওভারচার্জ অবস্থায়, যখন নেতিবাচক ইলেকট্রোড সম্ভাব্যতা 3V এর কম হয়, তখন তামার পাত দ্রবীভূত হয়, ইতিবাচক ইলেকট্রোডের দিকে অপসারিত হয় এবং ইতিবাচক ইলেকট্রোড পৃষ্ঠে জমা হয়।

পরিবাহী এজেন্টের ব্যর্থতা এবং ডায়াফ্রামগুলির বার্ধক্যও রয়েছে।