- లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు:
- ఛార్జ్
- SEI నిర్మాణం:
- SEI యొక్క ప్రాముఖ్యత మరియు ప్రభావాలు
- SEI యొక్క క్రియాత్మక లక్షణాలు
- SEI యొక్క నియంత్రణ
ఈ రోజుల్లో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఎలక్ట్రిక్ వెహికల్స్, పవర్ బ్యాకప్, మొబైల్స్, ల్యాప్‌టాప్‌లు, స్మార్ట్‌వాచ్‌లు మరియు ఇతర పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్ వస్తువులు మొదలైన వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించడం వల్ల ఎక్కువ దృష్టిని ఆకర్షిస్తున్నాయి. లిథియం బ్యాటరీలపై చాలా పరిశోధనలు జరుగుతున్నాయి. మెరుగైన పనితీరు కోసం ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు. లిథియం బ్యాటరీ యొక్క పనితీరు మరియు జీవితకాలం తగ్గించే ఒక ముఖ్యమైన పరామితి ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్ (SEI) యొక్క అభివృద్ధి ,ఇది లిథియం బ్యాటరీని ఉపయోగించడం ప్రారంభించేటప్పుడు లోపల నిర్మించే ఘన పొర. ఈ ఘన పొర ఏర్పడటం బ్యాటరీ పనితీరును ఎక్కువగా ప్రభావితం చేసే ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య మార్గాన్ని అడ్డుకుంటుంది. ఈ వ్యాసంలో, ఈ సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్ (SEI), దాని లక్షణాలు, అది ఎలా ఏర్పడుతుంది మరియు లిథియం బ్యాటరీ యొక్క పనితీరు మరియు జీవితకాలం పెంచడానికి దానిని ఎలా నియంత్రించాలో కూడా చర్చిస్తాము. కొంతమంది వ్యక్తులు సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్ (SEI) అని కూడా పిలుస్తారు , ఈ రెండు పదాలు పరస్పరం మొత్తం పరిశోధనా పత్రాలను ఉపయోగిస్తాయి మరియు అందువల్ల సరైన పదం ఏమిటనేది వాదించడం కష్టం. ఈ వ్యాసం కొరకు, మేము ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌కు అంటుకుంటాము.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు:
మేము SEI లోకి లోతుగా మునిగిపోయే ముందు, లి-అయాన్ కణాల ప్రాథమిక విషయాలపై కొంచెం సవరించుకుందాం, అందువల్ల మేము భావనను బాగా అర్థం చేసుకుంటాము. మీరు ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు పూర్తిగా క్రొత్తగా ఉంటే, దీన్ని తనిఖీ చేయండి మీరు మరింత ముందుకు వెళ్ళే ముందు EV బ్యాటరీలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఎలక్ట్రిక్ వెహికల్ బ్యాటరీస్ కథనం గురించి తెలుసుకోవాలనుకుంటున్నారు.
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు యానోడ్ (నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్), కాథోడ్ (పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్), ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు సెపరేటర్‌తో తయారవుతాయి.
యానోడ్: గ్రాఫైట్, కార్బన్ బ్లాక్, లిథియం టైటనేట్ (LTO), సిలికాన్ మరియు గ్రాఫేన్ చాలా ఇష్టపడే యానోడ్ పదార్థాలు. సాధారణంగా గ్రాఫైట్, యానోడ్ వలె ఉపయోగించే రాగి రేకుపై పూత. లిథియం అయాన్ల నిల్వ మాధ్యమంగా పనిచేయడం గ్రాఫైట్ పాత్ర. విముక్తి పొందిన లిథియం అయాన్ల యొక్క రివర్సిబుల్ ఇంటర్కలేషన్ గ్రాఫైట్‌లో సులభంగా చేయవచ్చు, ఎందుకంటే ఇది వదులుగా బంధించబడిన లేయర్డ్ నిర్మాణం.
కాథోడ్: స్వచ్ఛమైన లిథియం దాని బయటి షెల్ మీద ఒక వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ కలిగి ఉండటం చాలా రియాక్టివ్ మరియు అస్థిరంగా ఉంటుంది, తద్వారా కాథోడ్ వలె ఉపయోగించే అల్యూమినియం రేకుపై పూసిన స్థిరమైన లిథియం మెటల్ ఆక్సైడ్. లిథియం నికెల్ మాంగనీస్ కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ ("NMC", LiNixMnyCozO2), లిథియం నికెల్ కోబాల్ట్ అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ ("NCA", LiNiCoAlO2), లిథియం మాంగనీస్ ఆక్సైడ్ ("LMO", LiMn2O4), లిథియం ఐరన్ ఫోస్), లిథియం కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ (LiCoO2, "LCO") ను కాథోడ్‌లుగా ఉపయోగిస్తారు.
ఎలక్ట్రోలైట్: ప్రతికూల మరియు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య ఎలక్ట్రోలైట్ మంచి అయానిక్ కండక్టర్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ ఇన్సులేటర్ అయి ఉండాలి అంటే అది లిథియం అయాన్లను అనుమతించవలసి ఉంటుంది మరియు ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియలో ఎలక్ట్రాన్లను దాని ద్వారా నిరోధించాలి. ఎలెక్ట్రోలైట్ అనేది సేంద్రీయ కార్బోనేట్ ద్రావకాలైన ఇథిలీన్ కార్బోనేట్ లేదా డైథైల్ కార్బోనేట్ మరియు లిథియం హెక్సాఫ్లోరోఫాస్ఫేట్ (LiPF6), లిథియం పెర్క్లోరేట్ (LiClO4), లిథియం హెక్సాఫ్లోరోఆర్సేనేట్ మోనోహైడ్రేట్ (LiAsF6), lithium tr3 టెట్రాఫ్లోరోబోరేట్ (LiBF4).
సెపరేటర్: ఎలక్ట్రోలైట్‌లో సెపరేటర్ ఒక క్లిష్టమైన భాగం. ఇది యానోడ్ మరియు కాథోడ్ మధ్య ఇన్సులేటింగ్ పొరగా పనిచేస్తుంది, అయితే వాటి మధ్య షార్ట్ సర్క్యూట్ నివారించడానికి కాథోడ్ నుండి లిథియం అయాన్లను యానోడ్కు అనుమతిస్తుంది మరియు ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేసేటప్పుడు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఎక్కువగా పాలియోలిఫిన్‌ను సెపరేటర్‌గా ఉపయోగిస్తారు.
ఛార్జ్
ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో, మేము బ్యాటరీ అంతటా విద్యుత్ వనరును కనెక్ట్ చేసినప్పుడు, శక్తినిచ్చే లిథియం అణువు, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద లిథియం అయాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లను ఇస్తుంది. ఈ లి-అయాన్లు ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా వెళుతాయి మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో నిల్వ చేయబడతాయి, ఎలక్ట్రాన్లు బాహ్య సర్క్యూట్ ద్వారా ప్రయాణిస్తాయి. ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో, మేము బ్యాటరీ అంతటా బాహ్య లోడ్‌ను కనెక్ట్ చేసినప్పుడు, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లో నిల్వ చేయబడిన అస్థిర లి-అయాన్లు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద మెటల్ ఆక్సైడ్‌కు తిరిగి వెళతాయి మరియు ఎలక్ట్రాన్లు లోడ్ ద్వారా తిరుగుతాయి. ఇక్కడ అల్యూమినియం మరియు రాగి రేకులు ప్రస్తుత కలెక్టర్లుగా పనిచేస్తాయి.
SEI నిర్మాణం:
లి-అయాన్ బ్యాటరీలలో, మొదటి ఛార్జింగ్ కోసం, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ ఇచ్చిన లిథియం-అయాన్ పరిమాణం మొదటి ఉత్సర్గ తర్వాత కాథోడ్‌కు తిరిగి ప్రయాణించిన లిథియం అయాన్ల సంఖ్య కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. SEI (ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్) ఏర్పడటం దీనికి కారణం. మొదటి కొన్ని ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ చక్రాల కోసం, ఎలక్ట్రోలైట్ ఎలక్ట్రోడ్‌తో సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు, ఛార్జింగ్ సమయంలో లిథియం అయాన్లతో కూడిన ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని ద్రావకాలు ఎలక్ట్రోడ్‌తో చర్య జరుపుతాయి మరియు కుళ్ళిపోతాయి. ఈ కుళ్ళిపోవడం వలన LiF, Li 2 O, LiCl, Li 2 CO 3 సమ్మేళనాలు ఏర్పడతాయి. ఈ భాగాలు ఎలక్ట్రోడ్ మీద అవక్షేపించి, కొన్ని నానోమీటర్ మందపాటి పొరలను ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్ (SEI) అని పిలుస్తాయి . ఈ నిష్క్రియాత్మక పొర ఎలక్ట్రోడ్‌ను తుప్పు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క మరింత వినియోగం నుండి రక్షిస్తుంది, SEI ఏర్పడటం రెండు దశలలో జరుగుతుంది.
SEI నిర్మాణం యొక్క దశలు:
SEI నిర్మాణం యొక్క మొదటి దశ లిథియం అయాన్లు యానోడ్‌లోకి చేర్చడానికి ముందు జరుగుతుంది. ఈ దశలో, అస్థిర మరియు అత్యంత నిరోధక SEI పొర ఏర్పడుతుంది. SEI పొర ఏర్పడటానికి రెండవ దశ యానోడ్ లిథియం అయాన్ల జతకూడే కూడా ఏకకాలంలో జరుగుతుంది. ఫలితంగా వచ్చే SEI ఫిల్మ్ పోరస్, కాంపాక్ట్, వైవిధ్య, ఎలక్ట్రాన్ల టన్నెలింగ్‌కు ఇన్సులేటింగ్ మరియు లిథియం అయాన్ల కోసం వాహక. SEI పొర ఏర్పడిన తర్వాత, అది ఎలక్ట్రోలైట్ కదలికను నిష్క్రియాత్మక పొర ద్వారా ఎలక్ట్రోడ్‌కు నిరోధించింది. తద్వారా ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు లిథియం అయాన్లు, ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఎలక్ట్రాన్లు మధ్య మరింత ప్రతిచర్యను నియంత్రిస్తుంది మరియు తద్వారా మరింత SEI వృద్ధిని పరిమితం చేస్తుంది.
SEI యొక్క ప్రాముఖ్యత మరియు ప్రభావాలు
SEI పొర ఎలక్ట్రోలైట్‌లో చాలా ముఖ్యమైన మరియు తక్కువ అర్థం చేసుకున్న భాగం. SEI పొర యొక్క ఆవిష్కరణ ప్రమాదవశాత్తు అయినప్పటికీ, దీర్ఘకాలం, మంచి సైక్లింగ్ సామర్థ్యం, అధిక పనితీరు, భద్రత మరియు బ్యాటరీ యొక్క స్థిరత్వానికి సమర్థవంతమైన SEI పొర ముఖ్యమైనది. మెరుగైన పనితీరు కోసం బ్యాటరీల రూపకల్పనలో SEI పొర ఏర్పడటం ముఖ్యమైన విషయాలలో ఒకటి. ఎలక్ట్రోడ్లపై బాగా కట్టుబడి ఉన్న SEI ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క మరింత వినియోగాన్ని నిరోధించడం ద్వారా మంచి సైక్లింగ్ సామర్థ్యాన్ని నిర్వహిస్తుంది. SEI పొర యొక్క సచ్ఛిద్రత మరియు మందం యొక్క సరైన ట్యూనింగ్ దాని ద్వారా లిథియం అయాన్ల వాహకతను మెరుగుపరుస్తుంది, ఫలితంగా బ్యాటరీ ఆపరేషన్ మెరుగుపడుతుంది.
SEI పొర యొక్క కోలుకోలేని నిర్మాణం సమయంలో, కొంత మొత్తంలో ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు లిథియం అయాన్లు శాశ్వతంగా వినియోగించబడతాయి. ఈ విధంగా SEI ఏర్పడేటప్పుడు లిథియం అయాన్ల వినియోగం శాశ్వతంగా సామర్థ్యాన్ని కోల్పోతుంది. అనేక పునరావృత ఛార్జీలు మరియు ఉత్సర్గ చక్రాలతో SEI వృద్ధి ఉంటుంది, ఇది బ్యాటరీ ఇంపెడెన్స్, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల మరియు శక్తి సాంద్రత పెరగడానికి కారణమవుతుంది.
SEI యొక్క క్రియాత్మక లక్షణాలు
బ్యాటరీలో SEI తప్పదు. ఏది ఏమయినప్పటికీ, ఏర్పడిన పొర కింది వాటికి కట్టుబడి ఉంటే SEI యొక్క ప్రభావాన్ని తగ్గించవచ్చు
- ఇది ఎలక్ట్రోలైట్తో ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని నిరోధించవలసి ఉంటుంది ఎందుకంటే ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ నుండి ఎలక్ట్రాన్ల మధ్య పరిచయం ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క క్షీణత మరియు తగ్గింపుకు కారణమవుతుంది.
- ఇది మంచి అయానిక్ కండక్టర్ అయి ఉండాలి. ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ నుండి లిథియం అయాన్లను ఎలక్ట్రోడ్లకు ప్రవహించటానికి అనుమతించాలి
- ఇది రసాయనికంగా స్థిరంగా ఉండాలి అంటే ఎలక్ట్రోలైట్తో చర్య తీసుకోలేమని మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లో కరగనిదిగా ఉండాలి
- ఇది యాంత్రికంగా స్థిరంగా ఉండాలి అంటే చక్రాలను ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేసేటప్పుడు విస్తరణ మరియు సంకోచ ఒత్తిడిని తట్టుకునే అధిక బలం ఉండాలి.
- ఇది వివిధ ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు శక్తి వద్ద స్థిరత్వాన్ని కొనసాగించాలి
- దీని మందం కొన్ని నానోమీటర్లకు దగ్గరగా ఉండాలి
SEI యొక్క నియంత్రణ
సెల్ యొక్క మెరుగైన పనితీరు మరియు సురక్షితమైన ఆపరేషన్ కోసం SEI యొక్క స్థిరీకరణ మరియు నియంత్రణ చాలా ముఖ్యమైనవి. ఎలక్ట్రోడ్లపై ALD (అణు పొర నిక్షేపణ) మరియు MLD (మాలిక్యులర్ లేయర్ డిపాజిషన్) పూతలు SEI పెరుగుదలను నియంత్రిస్తాయి.
ఎలక్ట్రోడ్ నియంత్రణలపై 9.9 eV పూతతో కూడిన బ్యాండ్‌గ్యాప్‌తో అల్ 2 O 3 (ALD పూత) మరియు నెమ్మదిగా ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటు కారణంగా SEI వృద్ధిని స్థిరీకరిస్తుంది. ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ కుళ్ళిపోవడం మరియు లి-అయాన్ వినియోగాన్ని తగ్గిస్తుంది. అదే విధంగా అల్యూమినియం ఆల్కాక్సైడ్, MLD పూతలలో ఒకటి SEI పొర నిర్మాణాన్ని నియంత్రిస్తుంది. ఈ ALD మరియు MLD పూతలు సామర్థ్యం నష్టాన్ని తగ్గిస్తాయి, కూలంబిక్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి.