लिथियम बैटरी एक प्रकार की बैटरी है जो नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और गैर जलीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान के रूप में लिथियम धातु या लिथियम मिश्र धातु का उपयोग करती है। सबसे पहली लिथियम बैटरियां महान आविष्कारक एडिसन की थीं।
लिथियम धातु के अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रासायनिक गुणों के कारण, लिथियम धातु के प्रसंस्करण, संरक्षण और उपयोग में उच्च पर्यावरणीय आवश्यकताएं होती हैं। इसलिए, लिथियम बैटरियों का उपयोग लंबे समय से नहीं किया गया है।
20वीं सदी में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, लघु उपकरणों की संख्या बढ़ रही है, और बिजली आपूर्ति पर उच्च मांग रखी जा रही है। लिथियम बैटरियां बाद में बड़े पैमाने पर व्यावहारिक चरण में प्रवेश कर चुकी हैं।
इसे सबसे पहले कार्डियक पेसमेकर में लगाया गया था। क्योंकि लिथियम बैटरी की सेल्फ-डिस्चार्ज दर बेहद कम है, डिस्चार्ज वोल्टेज हल्का है। इससे पेसमेकर को लंबे समय तक उपयोग के लिए मानव शरीर में प्रत्यारोपित करना संभव हो गया है।
लिथियम बैटरियों का नाममात्र वोल्टेज आम तौर पर 3.0 वोल्ट से अधिक होता है, जो उन्हें एकीकृत सर्किट बिजली आपूर्ति के रूप में उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है। मैंगनीज डाइऑक्साइड बैटरियों का व्यापक रूप से कंप्यूटर, कैलकुलेटर, कैमरे और घड़ियों में उपयोग किया जाता है।
बेहतर प्रदर्शन वाली किस्मों को विकसित करने के लिए लोगों ने विभिन्न सामग्रियों पर शोध किया है। इस प्रकार अभूतपूर्व उत्पादों का निर्माण हुआ। उदाहरण के लिए, लिथियम सल्फर डाइऑक्साइड बैटरी और लिथियम सल्फाइट क्लोराइड बैटरी में बहुत अनूठी विशेषताएं हैं। उनका सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय पदार्थ इलेक्ट्रोलाइट के लिए एक विलायक भी है। यह संरचना केवल गैर जलीय विद्युत रासायनिक प्रणालियों में दिखाई देती है। इसलिए, लिथियम बैटरी पर शोध ने गैर-जलीय प्रणालियों में इलेक्ट्रोकेमिकल सिद्धांत के विकास को भी बढ़ावा दिया है। विभिन्न गैर जलीय सॉल्वैंट्स का उपयोग करने के अलावा, पॉलिमर पतली फिल्म बैटरियों पर भी शोध किया गया है।
1. लिथियम आयन बैटरी
लिथियम आयन बैटरियों को वर्तमान में दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: तरल लिथियम आयन बैटरी (एलआईबी) और पॉलिमर लिथियम आयन बैटरी (पीएलबी)। उनमें से, तरल लिथियम-आयन बैटरी ली प्लस एम्बेडेड यौगिकों के साथ माध्यमिक बैटरी को सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में संदर्भित करती है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम यौगिकों LiCoO2 या LiMn2O4 का उपयोग करता है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम कार्बन इंटरलेयर यौगिकों का उपयोग करता है। लिथियम आयन बैटरी अपने उच्च कार्यशील वोल्टेज, छोटे आकार, हल्के वजन, उच्च ऊर्जा, कोई स्मृति प्रभाव नहीं, कोई प्रदूषण नहीं, छोटे स्व-निर्वहन और लंबे चक्र जीवन के कारण 21वीं सदी में विकास के लिए एक आदर्श ऊर्जा स्रोत है।
2. लिथियम आयन बैटरियों के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास
लिथियम बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी 20वीं सदी में सफलतापूर्वक विकसित नई प्रकार की उच्च-ऊर्जा बैटरी हैं। इस प्रकार की बैटरी का नकारात्मक इलेक्ट्रोड लिथियम धातु है, जबकि सकारात्मक इलेक्ट्रोड MnO2, SOCL2, (CFx) n से बना है। 1970 के दशक में इसने व्यावहारिकता में प्रवेश किया। उच्च ऊर्जा, उच्च बैटरी वोल्टेज, व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज और लंबे भंडारण जीवन जैसे इसके फायदों के कारण, इसका व्यापक रूप से सैन्य और नागरिक छोटे विद्युत उपकरणों, जैसे मोबाइल फोन, पोर्टेबल कंप्यूटर, कैमरा, कैमरा आदि में उपयोग किया जाता है, जो आंशिक रूप से पारंपरिक बैटरियों की जगह लेता है।
3. लिथियम-आयन बैटरियों के विकास की संभावनाएँ
लिथियम आयन बैटरियों का उपयोग उनके अद्वितीय प्रदर्शन लाभों के कारण लैपटॉप, कैमरा और मोबाइल संचार जैसे पोर्टेबल उपकरणों में व्यापक रूप से किया गया है। वर्तमान में विकसित उच्च क्षमता वाली लिथियम-आयन बैटरियों का इलेक्ट्रिक वाहनों में परीक्षण उपयोग शुरू हो गया है और 21वीं सदी में इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए मुख्य ऊर्जा स्रोतों में से एक बनने की उम्मीद है, और इसे कृत्रिम उपग्रहों, एयरोस्पेस और ऊर्जा भंडारण में लागू किया जाएगा।
4. बैटरियों का मूल प्रदर्शन
(1) बैटरी का ओपन सर्किट वोल्टेज
(2) बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध
(3) बैटरी का कार्यशील वोल्टेज
(4) चार्जिंग वोल्टेज
चार्जिंग वोल्टेज से तात्पर्य चार्जिंग के दौरान द्वितीयक बैटरी के दोनों सिरों पर बाहरी शक्ति स्रोत द्वारा लगाए गए वोल्टेज से है। चार्जिंग की बुनियादी विधियों में निरंतर वर्तमान चार्जिंग और निरंतर वोल्टेज चार्जिंग शामिल हैं। आम तौर पर, निरंतर वर्तमान चार्जिंग का उपयोग किया जाता है, जिसे चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान निरंतर चार्जिंग वर्तमान की विशेषता होती है। जैसे-जैसे चार्जिंग बढ़ती है, सक्रिय पदार्थ बहाल हो जाता है, इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया क्षेत्र सिकुड़ता रहता है, और मोटर का ध्रुवीकरण धीरे-धीरे बढ़ता है।
(5) बैटरी क्षमता
बैटरी क्षमता बैटरी से प्राप्त बिजली की मात्रा को संदर्भित करती है, जिसे आमतौर पर C द्वारा दर्शाया जाता है और Ah या mAh इकाइयों में व्यक्त किया जाता है। क्षमता बैटरी विद्युत प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। बैटरी की क्षमता को आमतौर पर सैद्धांतिक क्षमता, वास्तविक क्षमता और रेटेड क्षमता में विभाजित किया जाता है।
बैटरी की क्षमता इलेक्ट्रोड की क्षमता से निर्धारित होती है। यदि इलेक्ट्रोड की क्षमता समान नहीं है, तो बैटरी की क्षमता छोटी क्षमता वाले इलेक्ट्रोड पर निर्भर करती है, लेकिन यह कभी भी सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमताओं का योग नहीं होती है।
(6) बैटरियों का भंडारण प्रदर्शन और जीवनकाल
रासायनिक ऊर्जा स्रोतों की मुख्य विशेषताओं में से एक उपयोग के दौरान विद्युत ऊर्जा जारी करने और उपयोग में न होने पर विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने की क्षमता है। तथाकथित भंडारण प्रदर्शन द्वितीयक बैटरियों की चार्जिंग और धारण क्षमता को संदर्भित करता है।
सेकेंडरी बैटरियों के लिए, बैटरी के प्रदर्शन को मापने के लिए सेवा जीवन एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। सेकेंडरी बैटरी को एक बार चार्ज और डिस्चार्ज के बाद का चक्र कहा जाता है। एक निश्चित चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रणाली के तहत, एक बैटरी एक निर्दिष्ट मूल्य तक पहुंचने से पहले जितनी बार चार्जिंग और डिस्चार्जिंग का सामना कर सकती है, उसे द्वितीयक बैटरी का सेवा चक्र कहा जाता है। लिथियम आयन बैटरियों में उत्कृष्ट भंडारण प्रदर्शन और लंबी चक्र जीवन होती है।