बैटरी आपके हार्डवेयर में सबसे महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक्स है। लेकिन यह कैसे सुनिश्चित करें कि आप अपने हार्डवेयर के लिए उपयुक्त अनुकूलित लिथियम आयन बैटरी चुनें?
इस आलेख में प्रश्न प्रदर्शित करने के लिए दो भाग शामिल हैं। भाग 1 उपभोक्ता एप्लिकेशन के लिए सही बैटरी का चयन करते समय महत्वपूर्ण विचारों पर चर्चा करता है। इनमें रिचार्जेबिलिटी, ऊर्जा घनत्व, पावर घनत्व, शेल्फ जीवन, सुरक्षा, फॉर्म फैक्टर, लागत और लचीलापन शामिल हैं। भाग 2 में देखा जाएगा कि रसायन विज्ञान महत्वपूर्ण बैटरी मेट्रिक्स को कैसे प्रभावित करता है, और इसलिए आपके एप्लिकेशन के लिए बैटरी चयन। भाग 3 में हम सामान्य माध्यमिक बैटरी रसायन विज्ञान को देखेंगे।
बैटरी चयन में कुछ महत्वपूर्ण बातें हैं:
1. प्राथमिक बनाम माध्यमिक - बैटरी चयन में पहली पसंद में से एक यह तय करना है कि एप्लिकेशन को प्राथमिक (एकल उपयोग) या माध्यमिक (रिचार्जेबल) बैटरी की आवश्यकता है या नहीं। अधिकांश भाग के लिए, यह डिज़ाइनर के लिए एक आसान निर्णय है। कभी-कभार रुक-रुक कर उपयोग करने वाले एप्लिकेशन (जैसे स्मोक अलार्म, खिलौना या टॉर्च), और डिस्पोजेबल एप्लिकेशन जिनमें चार्जिंग अव्यावहारिक हो जाती है, प्राथमिक बैटरी के उपयोग की गारंटी देते हैं। श्रवण यंत्र, घड़ियाँ (स्मार्टवॉच अपवाद हैं), ग्रीटिंग कार्ड और पेसमेकर इसके अच्छे उदाहरण हैं। यदि बैटरी का उपयोग लगातार और लंबे समय तक करना है, जैसे कि लैपटॉप, सेल फोन या स्मार्टवॉच में तो रिचार्जेबल बैटरी अधिक उपयुक्त होती है।
प्राथमिक बैटरियों में स्व-निर्वहन की दर बहुत कम होती है - एक आकर्षक विशेषता जब पहले उपयोग से पहले चार्ज करना संभव या व्यावहारिक नहीं होता है। सेकेंडरी बैटरियां अधिक दर से ऊर्जा खोती हैं। रिचार्ज करने की क्षमता के कारण अधिकांश अनुप्रयोगों में यह कम महत्वपूर्ण है।
2. ऊर्जा बनाम पावर - बैटरी का रनटाइम एमएएच या एएच में व्यक्त बैटरी क्षमता से तय होता है और यह डिस्चार्ज करंट है जो बैटरी समय के साथ प्रदान कर सकती है।
विभिन्न रसायन विज्ञान की बैटरियों की तुलना करते समय, ऊर्जा सामग्री को देखना उपयोगी होता है। बैटरी की ऊर्जा सामग्री प्राप्त करने के लिए, Wh में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए Ah में बैटरी की क्षमता को वोल्टेज से गुणा करें। उदाहरण के लिए, 1.2 V वाली निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी और 3.2 V वाली लिथियम-आयन बैटरी की क्षमता समान हो सकती है, लेकिन लिथियम-आयन का उच्च वोल्टेज ऊर्जा बढ़ा देगा।
ओपन सर्किट वोल्टेज का उपयोग आमतौर पर ऊर्जा गणना में किया जाता है (यानी बैटरी वोल्टेज जब लोड से कनेक्ट नहीं होता है)। हालाँकि, क्षमता और ऊर्जा दोनों ही नाली दर पर बहुत अधिक निर्भर हैं। सैद्धांतिक क्षमता केवल सक्रिय इलेक्ट्रोड सामग्री (रसायन विज्ञान) और सक्रिय द्रव्यमान द्वारा निर्धारित होती है। फिर भी, निष्क्रिय सामग्रियों और गतिज सीमाओं की उपस्थिति के कारण व्यावहारिक बैटरियां सैद्धांतिक संख्या का केवल एक अंश ही प्राप्त कर पाती हैं, जो सक्रिय सामग्रियों के पूर्ण उपयोग और इलेक्ट्रोड पर डिस्चार्ज उत्पादों के निर्माण को रोकती हैं।
बैटरी निर्माता अक्सर किसी दिए गए डिस्चार्ज दर, तापमान और कट-ऑफ वोल्टेज पर क्षमता निर्दिष्ट करते हैं। निर्दिष्ट क्षमता तीनों कारकों पर निर्भर करेगी। निर्माता क्षमता रेटिंग की तुलना करते समय, सुनिश्चित करें कि आप विशेष रूप से नाली दरों को देखें। एक बैटरी जो स्पेक शीट पर उच्च क्षमता वाली प्रतीत होती है वह वास्तव में खराब प्रदर्शन कर सकती है यदि एप्लिकेशन के लिए वर्तमान ड्रेन अधिक है। उदाहरण के लिए, 20 घंटे के डिस्चार्ज के लिए 2 एएच पर रेट की गई बैटरी 1 घंटे के लिए 2 एएच प्रदान नहीं कर सकती है, बल्कि क्षमता का केवल एक अंश ही प्रदान करेगी।
उच्च शक्ति वाली बैटरियां बिजली उपकरण, या ऑटोमोबाइल स्टार्टर बैटरी अनुप्रयोगों जैसे उच्च नाली दरों पर तेजी से डिस्चार्ज क्षमता प्रदान करती हैं। आमतौर पर, उच्च शक्ति बैटरियों में कम ऊर्जा घनत्व होता है।
शक्ति बनाम ऊर्जा के लिए एक अच्छा सादृश्य टोंटी वाली बाल्टी के बारे में सोचना है। एक बड़ी बाल्टी अधिक पानी रख सकती है और उच्च ऊर्जा वाली बैटरी के समान है। जिस छिद्र या टोंटी का आकार बाल्टी से पानी छोड़ता है वह शक्ति के समान होता है - शक्ति जितनी अधिक होगी, निकास दर उतनी ही अधिक होगी। ऊर्जा बढ़ाने के लिए, आप आम तौर पर बैटरी का आकार बढ़ाएंगे (किसी दिए गए रसायन विज्ञान के लिए), लेकिन शक्ति बढ़ाने के लिए आप आंतरिक प्रतिरोध कम करेंगे। उच्च शक्ति घनत्व वाली बैटरी प्राप्त करने में सेल निर्माण एक बड़ी भूमिका निभाता है।
आपको बैटरी पाठ्यपुस्तकों से विभिन्न रसायन विज्ञान के लिए सैद्धांतिक और व्यावहारिक ऊर्जा घनत्व की तुलना करने में सक्षम होना चाहिए। हालाँकि, क्योंकि पावर घनत्व बैटरी निर्माण पर बहुत अधिक निर्भर है, इसलिए आपको ये मान शायद ही कभी सूचीबद्ध मिलेंगे।
3. वोल्टेज - बैटरी ऑपरेटिंग वोल्टेज एक और महत्वपूर्ण विचार है और उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रोड सामग्री द्वारा निर्धारित होता है। यहां एक उपयोगी बैटरी वर्गीकरण जलीय या पानी आधारित बैटरी बनाम लिथियम आधारित रसायन शास्त्र पर विचार करना है। लेड एसिड, जिंक कार्बन और निकेल मेटल हाइड्राइड सभी पानी आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं और इनका नाममात्र वोल्टेज 1.2 से 2 V तक होता है। दूसरी ओर, लिथियम आधारित बैटरियां कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं और इनमें 3.2 से 4 V (प्राथमिक और दोनों) का नाममात्र वोल्टेज होता है। द्वितीयक)।
कई इलेक्ट्रॉनिक घटक 3 वी के न्यूनतम वोल्टेज पर काम करते हैं। लिथियम आधारित रसायन विज्ञान का उच्च ऑपरेटिंग वोल्टेज वांछित वोल्टेज बनाने के लिए श्रृंखला में दो या तीन जलीय आधारित कोशिकाओं के बजाय एक एकल सेल का उपयोग करने की अनुमति देता है।
ध्यान देने वाली एक और बात यह है कि जिंक एमएनओ2 जैसी कुछ बैटरी केमिस्ट्री में ढलान वाला डिस्चार्ज कर्व होता है, जबकि अन्य में सपाट प्रोफ़ाइल होती है। यह कटऑफ वोल्टेज को प्रभावित करता है (चित्र 3)।
चित्र 3: बैटरी रसायन विज्ञान पर आधारित वोल्टेज प्लॉट
रसायन शास्त्र पर वीटीसी पावर वोल्टेज प्लॉट बैटरी
4. तापमान सीमा - बैटरी रसायन विज्ञान अनुप्रयोग की तापमान सीमा तय करता है। उदाहरण के लिए, जलीय इलेक्ट्रोलाइट आधारित जिंक-कार्बन कोशिकाओं का उपयोग 0°C से नीचे नहीं किया जा सकता है। क्षारीय कोशिकाएं भी इन तापमानों पर क्षमता में तेज गिरावट दिखाती हैं, हालांकि जिंक-कार्बन से कम। कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट के साथ लिथियम प्राथमिक बैटरियों को -40°C तक संचालित किया जा सकता है, लेकिन प्रदर्शन में महत्वपूर्ण गिरावट के साथ।
रिचार्जेबल अनुप्रयोगों में, लिथियम आयन बैटरियों को केवल लगभग 20° से 45°C की एक संकीर्ण खिड़की के भीतर अधिकतम दर पर चार्ज किया जा सकता है। इस तापमान सीमा से परे, कम धाराओं/वोल्टेज का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप चार्जिंग समय लंबा हो जाता है। 5° या 10°C से नीचे के तापमान पर, खतरनाक लिथियम डेंड्राइटिक प्लेटिंग समस्या को रोकने के लिए ट्रिकल चार्ज की आवश्यकता हो सकती है, जिससे थर्मल रनवे का खतरा बढ़ जाता है (हम सभी ने लिथियम आधारित बैटरियों में विस्फोट के बारे में सुना है जिसके परिणामस्वरूप ऐसा हो सकता है) ओवरचार्जिंग, कम या उच्च तापमान चार्जिंग, या दूषित पदार्थों से शॉर्ट सर्किटिंग)।
अन्य बातों में शामिल हैं:
5. शेल्फ जीवन - इसका तात्पर्य यह है कि उपयोग करने से पहले बैटरी कितनी देर तक स्टोर रूम में या शेल्फ पर रहेगी। प्राइमरी बैटरियों की शेल्फ लाइफ सेकेंडरी बैटरियों की तुलना में काफी लंबी होती है। हालाँकि, शेल्फ जीवन आमतौर पर प्राथमिक बैटरियों के लिए अधिक महत्वपूर्ण है क्योंकि द्वितीयक बैटरियों में रिचार्ज करने की क्षमता होती है। अपवाद तब होता है जब रिचार्ज करना व्यावहारिक नहीं होता है।
6. रसायन विज्ञान - ऊपर सूचीबद्ध कई गुण कोशिका रसायन विज्ञान द्वारा निर्धारित होते हैं। हम इस ब्लॉग श्रृंखला के अगले भाग में आम तौर पर उपलब्ध बैटरी रसायन शास्त्र पर चर्चा करेंगे।
7. भौतिक आकार और आकार - बैटरियां आम तौर पर निम्नलिखित आकार प्रारूपों में उपलब्ध होती हैं: बटन/सिक्का सेल, बेलनाकार सेल, प्रिज्मीय सेल और पाउच सेल (उनमें से अधिकांश मानकीकृत प्रारूप में)।
8. लागत - ऐसे समय होते हैं जब आपको बेहतर प्रदर्शन विशेषताओं वाली बैटरी को ख़त्म करने की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि एप्लिकेशन बहुत लागत संवेदनशील है। यह उच्च मात्रा वाले डिस्पोजेबल अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से सच है।
9. परिवहन, निपटान नियम - लिथियम आधारित बैटरियों के परिवहन को विनियमित किया जाता है। कुछ बैटरी रसायनों के निपटान को भी विनियमित किया जाता है। यह उच्च मात्रा वाले अनुप्रयोगों के लिए एक विचार हो सकता है।
10.निर्माता की लिथियम बैटरी सुरक्षा। कुछ निर्माताओं ने बड़े पैमाने पर उत्पादन से पहले अपनी ओर से कोई सुरक्षा और विश्वसनीयता परीक्षण भी नहीं किया। यह अंतिम आवेदन में बड़ा खतरा पैदा करता है।
बैटरी का चयन करते समय कई बातें ध्यान में रखी जाती हैं। इनमें से कई रसायन विज्ञान से संबंधित हैं, जबकि अन्य बैटरी डिजाइन, निर्माण और निर्माता की क्षमता से संबंधित हैं। सबसे अनुभवी लिथियम आयन बैटरी निर्माता का चयन करना सबसे महत्वपूर्ण है। वीटीसी पावर कंपनी लिमिटेड 20 वर्षों से लिथियम आयन बैटरी निर्माण में विशेषज्ञता रखती है। आपके लिए सर्वोत्तम प्रस्ताव दें！
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