কেন কনজিউমার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে থার্মাল রানঅ্যাওয়ে দুর্লভ?

ভোক্তা ব্যাটারিগুলিতে (যেমন মোবাইল ফোন, ল্যাপটপ এবং অন্যান্য ডিভাইসগুলিতে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি) তাপীয় অনিয়ন্ত্রিত ঘটনাগুলি আপেক্ষিকভাবে দুর্লভ, মূলত তাদের সংরক্ষণশীল ডিজাইন, অতিরিক্ত নিরাপত্তা ব্যবস্থা, নিয়ন্ত্রণযোগ্য ব্যবহারের পরিস্থিতি এবং কঠোর শিল্প তদারকির কারণে।

1. প্রযুক্তিগত নকশা: সংরক্ষণশীল কৌশল ঝুঁকি হ্রাস করে

• ছোট ধারণক্ষমতা এবং কম শক্তি ঘনত্ব

ধারণক্ষমতার সীমাবদ্ধতা: ভোক্তা ব্যাটারি কোষগুলির ধারণক্ষমতা সাধারণত 1000mAh থেকে 5000mAh-এর মধ্যে হয় (যেমন, মোবাইল ফোনের ব্যাটারি, প্রায় 3000-5000mAh), যা পাওয়ার ব্যাটারির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম (যেমন, বৈদ্যুতিক যানবাহনের ব্যাটারি প্যাক, যা 50-100kWh পর্যন্ত হতে পারে)। তাপীয় অস্থিরতা ঘটলে ছোট ধারণক্ষমতার ব্যাটারিগুলি সীমিত শক্তি নির্গত করে, তাই ব্যর্থতা ঘটলেও সহিংস দহন বা বিস্ফোরণের সম্ভাবনা কম থাকে।

শক্তি ঘনত্বের ভারসাম্য: নিরাপত্তা এবং ব্যাটারি আয়ু উভয়ের মধ্যে ভারসাম্য রাখতে, ভোক্তা ব্যাটারিগুলিতে প্রায়শই গ্রাফাইট অ্যানোড এবং লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LiCO)/টারনারি ক্যাথোড নিয়ে গঠিত একটি প্রাপ্তবয়স্ক সিস্টেম ব্যবহার করা হয়, যা চরম শক্তি ঘনত্বের জন্য সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড এবং উচ্চ-নিকেল ক্যাথোড (যেমন NCM811/NCA) এর মতো নয়। LiCO ক্যাথোডগুলি উচ্চ-নিকেল উপকরণের তুলনায় উন্নত রাসায়নিক স্থিতিশীলতা প্রদান করে, যা তাপীয় অস্থিরতার ঝুঁকি কমায়।

• গাঠনিক অনুকূলন এবং তাপ অপসারণ নকশা

কমপ্যাক্ট লেআউট: ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স ডিভাইসগুলিতে অভ্যন্তরীণ জায়গা সীমিত, এবং ব্যাটারিগুলি প্রায়শই মাদারবোর্ড এবং কুলিং মডিউলের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে একীভূত থাকে। উৎপাদকরা তাপ পরিচালনা ত্বরান্বিত করতে এবং স্থানীয় উচ্চ তাপমাত্রা রোধ করতে গ্রাফিন হিট সিঙ্ক, তরল কুলিং টিউব এবং হিট পাইপের মতো ডিজাইন ব্যবহার করে। উদাহরণস্বরূপ, গেমিং ফোনগুলি ব্যাটারিকে দীর্ঘসময় ধরে উচ্চ তাপমাত্রা থেকে রক্ষা করতে বহু-স্তরীয় তাপ অপসারণ কাঠামো ব্যবহার করে।

বিস্ফোরণ-রোধী কাঠামো: ব্যাটারির খোলটি জ্বলন্ত পিসি/এবিএস উপাদান দিয়ে তৈরি, যা অভ্যন্তরীণভাবে আগুন লাগলেও আগুনের ছড়ানো ধীর করতে পারে; কিছু ডিভাইস ব্যাটারির চারপাশে তাপ শোষণ করার জন্য এবং অক্সিজেন থেকে পৃথক করার জন্য এরোজেল বা ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল দিয়ে পূর্ণ করে।

• নিরাপত্তা ভালভ এবং ডায়াফ্রাম প্রযুক্তি

নিরাপত্তা ভালভ: যখন ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ চাপ খুব বেশি হয় (যেমন তাপীয় রানঅ্যাওয়ে-এর প্রাথমিক পর্যায়ে), নিরাপত্তা ভালভ ফেটে যায় এবং বিস্ফোরণ রোধ করতে গ্যাস নির্গত করে।

সিরামিক-লেপযুক্ত বিভাজক: উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের উন্নতি ঘটানোর জন্য একটি সাধারণ পলিইথিলিন (PE) বিভাজকের পৃষ্ঠে একটি সিরামিক স্তর প্রয়োগ করা হয়। স্থানীয় শর্ট সার্কিটের ঘটনাতেও, বিভাজকটি দ্রুত সঙ্কুচিত হবে না, যা ধনাত্মক ও ঋণাত্মক তড়িদাহিত ইলেকট্রোডগুলির মধ্যে যোগাযোগ এড়ায়, ফলে তাপীয় অনিয়ন্ত্রিত ধারাবাহিক বিক্রিয়া রোধ হয়।

2. নিরাপত্তা ব্যবস্থা: একাধিক সুরক্ষা অতিরিক্ত ডিজাইন

• ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (BMS) পরিশোধন

অতিরিক্ত চার্জ/অতিরিক্ত ডিসচার্জ সুরক্ষা: যখন ব্যাটারির ভোল্টেজ 4.35V-এর কাছাকাছি হয় (অতিরিক্ত চার্জ সীমা), BMS চার্জিং সার্কিট বন্ধ করে দেবে; যখন ভোল্টেজ 2.5V এর নিচে হয়, ব্যাটারি ক্ষতি রোধের জন্য ডিসচার্জ নিষিদ্ধ করা হবে।

তাপমাত্রা নিরীক্ষণ: অন্তর্নির্মিত তাপমাত্রা সেন্সর ব্যাটারির তাপমাত্রা বাস্তব সময়ে নিরীক্ষণ করে। যখন তাপমাত্রা 45°C এর বেশি হয়, শীতলকরণ (যেমন চার্জিং পাওয়ার হ্রাস) বা একটি অ্যালার্ম সক্রিয় হয়। যখন তাপমাত্রা খুব বেশি হয় (যেমন 60°C এর বেশি), বিদ্যুৎ সরবরাহ সরাসরি বন্ধ করে দেওয়া হয়।

বর্তমান সীমাবদ্ধতা: যখন ডিসচার্জ কারেন্ট খুব বেশি হয় (যেমন শর্ট সার্কিট), তখন BMS একটি ফিউজ মেকানিজম সক্রিয় করবে বা কারেন্ট ওভারলোডের কারণে উত্তাপ হওয়া রোধ করতে আউটপুট পাওয়ার সীমিত করবে।

• সংরক্ষণশীল দ্রুত চার্জিং কৌশল

ভোক্তা ব্যাটারির দ্রুত চার্জিং-এ সাধারণত খণ্ডিত চার্জিং পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় (যেমন প্রথমে ধ্রুব কারেন্ট, পরে ধ্রুব ভোল্টেজ), এবং ব্যাটারির চার্জ 80% এর বেশি হওয়ার পর ট্রিকল চার্জিং-এ পরিবর্তন করা হয় যাতে তাপের সঞ্চয় কম হয়।

চার্জিং পাওয়ারের সীমাবদ্ধতা: উদাহরণস্বরূপ, মোবাইল ফোনের দ্রুত চার্জিং পাওয়ার সাধারণত 20-100W এর মধ্যে থাকে, যা বৈদ্যুতিক যানবাহনের 150kW এবং তার বেশি দ্রুত চার্জিংয়ের তুলনায় অনেক কম, ফলে তাপীয় অস্থিরতার ঝুঁকি কমে।

• উপকরণের অগ্নিরোধী ক্ষমতা বৃদ্ধি

ইলেক্ট্রোলাইটে অগ্নিরোধী যোগক (যেমন ফসফেট) যোগ করে দহন প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করা হয়;

ধনাত্মক তড়িৎদ্বারের উপাদানের পৃষ্ঠটি অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃)-এর মতো নিষ্ক্রিয় স্তর দ্বারা আবৃত থাকে যাতে তড়িৎবিশ্লেষ্যের সাথে পার্শ্ব বিক্রিয়া এবং তাপ উৎপাদন কমানো যায়।

3. ব্যবহারের পরিস্থিতি: নিয়ন্ত্রিত পরিবেশ এবং আদর্শ অপারেশন

• মৃদু ব্যবহারের পরিবেশ

ভোক্তা ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি সাধারণত ঘরের তাপমাত্রায় (0-40°C) ব্যবহৃত হয় এবং খুব কমই চরম উচ্চ তাপমাত্রার (যেমন সরাসরি সূর্যের আলোতে গাড়ির ভিতরে) বা নিম্ন তাপমাত্রার সংস্পর্শে আসে। অন্যদিকে, পাওয়ার ব্যাটারি -30°C থেকে 60°C পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিসরে খাপ খাইয়ে নিতে হয়, যা তাপীয় অনিয়ন্ত্রিত হওয়ার ঝুঁকি বাড়িয়ে তোলে।

• চার্জিং আচরণের বিবরণ

ব্যবহারকারীরা সাধারণত মূল চার্জার (সামঞ্জস্যপূর্ণ আউটপুট পাওয়ার সহ) ব্যবহার করে অতিরিক্ত চার্জ বা অতি উচ্চ ভোল্টেজ এড়ানোর জন্য;

রাতে দীর্ঘ সময় চার্জিং এড়িয়ে চলুন: অনেক ডিভাইস (যেমন মোবাইল ফোন) সম্পূর্ণ চার্জ হওয়ার পর স্বয়ংক্রিয়ভাবে চার্জিং বন্ধ করে দেয়, যা ব্যাটারির সম্পূর্ণ চার্জে থাকার সময়কাল কমায় (সম্পূর্ণ চার্জ ব্যাটারিতে রাসায়নিক ক্রিয়াকলাপ বেশি থাকে এবং তাপীয় অস্থিরতার ঝুঁকি কিছুটা বেড়ে যায়)

• সম্পূর্ণ শারীরিক সুরক্ষা

ডিভাইসের খোল পতন থেকে সুরক্ষার উদ্দেশ্যে ডিজাইন করা হয়েছে (যেমন, ঘন ফোন ফ্রেম এবং শক্তিশালী কোণ), যাতে যান্ত্রিক ক্ষতির কারণে ব্যাটারিতে শর্ট সার্কিটের ঝুঁকি কমে

ধাতব বিদেশী বস্তু দ্বারা ব্যাটারি বিদ্ধ হওয়া রোধ করুন: ব্যবহারকারীরা সাধারণত চাবির মতো ধাতব বস্তু সরাসরি ব্যাটারির সংস্পর্শে রাখে না, যা শর্ট সার্কিটের সম্ভাবনা কমায়

4. শিল্প তত্ত্বাবধান: কঠোর মান এবং দায়বদ্ধতা

• আন্তর্জাতিক নিরাপত্তা সার্টিফিকেশন

UL 1642: ওভারচার্জিং, শর্ট সার্কিট, চাপ এবং বিদ্ধ হওয়ার মতো চরম অবস্থার অধীনে ব্যাটারির নিরাপত্তা পরীক্ষা করে;

IEC 62133: উচ্চ তাপমাত্রা, নিম্ন তাপমাত্রা, কম্পন এবং অন্যান্য পরিবেশে ব্যাটারির কর্মক্ষমতার প্রয়োজনীয়তা নির্দিষ্ট করে;

GB 31241: চীনের বাধ্যতামূলক মান, যা ব্যাটারির তাপীয় রানঅ্যাওয়ের পরে শিখা প্রসারণের সময় নির্দিষ্ট করে (অবশ্যই ≤30 সেকেন্ড হতে হবে)।

ভোক্তা ব্যাটারিগুলি UL, IEC, GB এবং অন্যান্য মান সার্টিফিকেশন পাস করতে হবে, উদাহরণস্বরূপ:

• পুনরুদ্ধার এবং দায়বদ্ধতা ব্যবস্থা

যদি কোনও নির্দিষ্ট ব্র্যান্ডের ব্যাটারির ঘন ঘন তাপীয় রানঅ্যাওয়ে ঘটে, তবে উৎপাদককে পুনরুদ্ধার শুরু করতে হবে (যেমন স্যামসাং গ্যালাক্সি নোট 7 ঘটনার মতো) এবং আইনি দায়িত্ব বহন করতে হবে। এই চাপ কোম্পানিগুলিকে কঠোরভাবে গুণগত মান নিয়ন্ত্রণ করতে বাধ্য করে, কাঁচামাল ক্রয় থেকে উৎপাদন পর্যন্ত প্রতিটি প্রক্রিয়ায় নিরাপত্তা বিধি মেনে চলার নিশ্চয়তা দেয়।

5. পাওয়ার ব্যাটারির তুলনা: তাপীয় রানঅ্যাওয়ের ঝুঁকি কেন বেশি?

• বড় ধারণক্ষমতা এবং উচ্চ শক্তি ঘনত্ব

পাওয়ার ব্যাটারি প্যাকগুলি হল হাজার হাজার সেলের সমষ্টি, যারা শ্রেণীবদ্ধ বা সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে। প্রতিটি সেলের সম্মিলিত শক্তি তাপীয় অসামঞ্জস্যের (থার্মাল রানঅ্যাওয়ে) ধ্বংসাত্মক শক্তি বৃদ্ধি করে। উদাহরণস্বরূপ, টেসলা মডেল 3-এর ব্যাটারি প্যাকের ধারণক্ষমতা প্রায় 75kWh, এবং থার্মাল রানঅ্যাওয়ের সময় নির্গত শক্তি 15 কেজি টিএনটির সমতুল্য।

• জটিল ব্যবহারের পরিবেশ

বৈদ্যুতিক যানবাহনগুলির উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রা, কম্পন এবং সংঘর্ষের মতো একাধিক চ্যালেঞ্জের মোকাবিলা করতে হয়। ব্যাটারি সেলগুলির সামঞ্জস্য নিশ্চিত করা কঠিন হয়ে পড়ে, এবং স্থানীয় পুরানো হওয়া বা ক্ষতি একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া ঘটাতে পারে।

• দ্রুত চার্জিং এবং উচ্চ শক্তির প্রয়োজনীয়তা

পাওয়ার ব্যাটারি 150kW এর বেশি দ্রুত চার্জিং সমর্থন করতে হয়। উচ্চ-প্রবাহ চার্জিং এবং ডিসচার্জিং ব্যাটারি সেলের ভিতরে তাপমাত্রার অসম বন্টন ঘটায়, যা থার্মাল রানঅ্যাওয়ের ঝুঁকি বাড়িয়ে দেয়।

6. উপসংহারে

কনজিউমার ব্যাটারিতে থার্মাল রানঅ্যাওয়ে কম ঘটে, যা সংরক্ষণশীল প্রযুক্তিগত নকশা, অতিরিক্ত নিরাপত্তা ব্যবস্থা, নিয়ন্ত্রণযোগ্য ব্যবহারের পরিস্থিতি এবং কঠোর শিল্প তদারকির ফলাফল।