ഫാസ്റ്റ് ചാർജിംഗ് കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമത കുറയ്ക്കുന്നു | Fast charging


യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെന്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ (DOE) ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്നുള്ള പുതിയ ഗവേഷണത്തിൽ, ബാറ്ററികൾ ഫാസ്റ്റ് ചാർജ്ജ് ചെയ്യുന്നതിനെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുന്ന ഒരു പുതിയ പ്രശ്നം കണ്ടെത്തി. 'ദി ഇലക്‌ട്രോകെമിക്കൽ സൊസൈറ്റി ജേണലിൽ' പഠനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. 'തിടുക്കം കാട്ടിയാൽ ഒടുക്കം പാഴാകും' എന്ന പഴഞ്ചൊല്ല് ബാറ്ററികളുടെ കാര്യത്തിൽ സത്യമാണ്. വൈദ്യുത വാഹനങ്ങളിൽ ഫാസ്റ്റ് ചാർജ്ഡ് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമത കുറയുന്നതിന് കാരണമാകുന്ന കാരണങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ ശ്രമിച്ചിരിക്കുകയാണ് പുതിയ പഠനം.

DOE നടത്തിയ ഗവേഷണത്തിൽ, ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യുകയും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ ബാറ്ററിയുടെ രണ്ട് ടെർമിനലുകളിൽ ഒന്നിന്റെ രസകരമായ രാസ സ്വഭാവം ശാസ്ത്രജ്ഞർ കണ്ടെത്തി. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള കാഥോഡും നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ള ആനോഡും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അവയെ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് എന്ന പദാർത്ഥത്താൽ വേർതിരിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് കാഥോഡിനും ആനോഡിനും ഇടയിൽ ലിഥിയം അയോണുകളെ ചലിപ്പിക്കുന്നു. 

ഈ ബാറ്ററികളിലെ ആനോഡ് സാധാരണയായി ഗ്രാഫൈറ്റിൽ നിന്നാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, പല പെൻസിലുകളിൽ കാണപ്പെടുന്ന അതേ മെറ്റീരിയലാണ് ഗ്രാഫൈറ്റ്. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ, ഗ്രാഫൈറ്റ് ചെറിയ കണങ്ങളാൽ കൂട്ടിച്ചേർത്തിരിക്കുന്നു. ഈ കണങ്ങൾക്കുള്ളിൽ, ലിഥിയം അയോണുകൾക്ക് സ്വയം കയറാൻ കഴിയുന്ന പ്രക്രിയയെ intercalation എന്ന് പറയുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ ശരിയായി നടക്കുമ്പോൾ, ബാറ്ററിക്ക് വിജയകരമായി ചാർജ് ചെയ്യാനും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയും.

എന്നാൽ, ഒരു ബാറ്ററി വളരെ വേഗത്തിൽ ചാർജ് ചെയ്യപ്പെടുമ്പോൾ, intercalation പ്രക്രിയയിൽ മാറ്റം വരുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റിലേക്ക് സുഗമമായി പ്രവേശിക്കുന്നതിനുപകരം, ലിഥിയം അയോണുകൾ ആനോഡിന്റെ ഉപരിതലത്തിന് മുകളിൽ കൂടിച്ചേരുന്നു, ഇത് ഒരു "plating" ഇഫക്റ്റിലേക്ക് നയിക്കുക്കുന്നു, അത്‌ മൂലം ബാറ്ററിയുടെ ടെർമിനലിന് കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കുന്നു. "ഫാസ്റ്റ് ചാർജിംഗ് സമയത്ത് ബാറ്ററിയുടെ പ്രവർത്തനം തകരാറിലാകാനുള്ള പ്രധാന കാരണങ്ങളിലൊന്നാണ് plating," പഠനത്തിന്റെ രചയിതാവും ആർഗോൺ ബാറ്ററി ശാസ്ത്രജ്ഞനനുമായ ഡാനിയൽ എബ്രഹാം പറഞ്ഞു. "ഞങ്ങൾ ബാറ്ററി വേഗത്തിൽ ചാർജ്ജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, ആനോഡ് പ്രതലത്തിൽ പ്ലേറ്റിംഗിന് പുറമേ ഇലക്ട്രോഡ് സുഷിരങ്ങൾക്കുള്ളിൽ പ്രതിപ്രവർത്തന ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ശേഖരണവും ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. തൽഫലമായി, ആനോഡ് തന്നെ ഒരു പരിധിവരെ മാറ്റാനാകാത്ത വികാസത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, ഇത് ബാറ്ററിയുടെ പ്രവർത്തനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു," ഡാനിയൽ എബ്രഹാം കൂട്ടിച്ചേർത്തു. 

Scanning electron nanodiffraction എന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് എബ്രഹാമും University of Illinois Urbana-Champaign-ലെ സഹപ്രവർത്തകരും ഗ്രാഫൈറ്റ് കണങ്ങളിൽ മറ്റൊരു ശ്രദ്ധേയമായ മാറ്റം നിരീക്ഷിച്ചു. ആറ്റോമിക് തലത്തിൽ, ആവർത്തിച്ചുള്ള അതിവേഗ ചാർജിംഗ് കാരണം കണികയുടെ അരികിലുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റ് ആറ്റങ്ങളുടെ ലാറ്റിസ് വികലമാകുകയും intercalation പ്രക്രിയയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. "അടിസ്ഥാനപരമായി, നമ്മൾ കാണുന്നത് ഗ്രാഫൈറ്റിലെ ആറ്റോമിക് ശൃംഖല വികൃതമായിയാണ്, ഇത് ലിഥിയം അയോണുകൾക്ക്‌ കണികകൾക്കുള്ളിൽ ഒരു സ്ഥാനം കണ്ടെത്തുന്നതിൽ നിന്ന് അവയെ തടയുന്നു, പകരം, അവ കണങ്ങളിൽ പ്ലേറ്റ് ചെയ്യുന്നു," എബ്രഹാം പറഞ്ഞു.

"നമ്മുടെ ബാറ്ററി എത്ര വേഗത്തിൽ ചാർജ് ചെയ്യുന്നുവോ, ആനോഡിലെ ആറ്റങ്ങൾ കൂടുതൽ ക്രമരഹിതമാകും, ഇത് ആത്യന്തികമായി ലിഥിയം അയോണുകളെ അങ്ങോട്ടും ഇങ്ങോട്ടും ചലിപ്പിക്കുന്നതിൽ നിന്ന് തടയും," എബ്രഹാം പറഞ്ഞു. "ലിഥിയം അയോണുകൾക്ക് കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായി ഇടപെടാൻ കഴിയുന്ന തരത്തിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് കണങ്ങളെ എങ്ങനെയെങ്കിലും പരിഷ്ക്കരിക്കുക എന്നതാണ് ഇതിന് പരിഹാരം," എബ്രഹാം കൂട്ടിച്ചേർത്തു.


Post a Comment

0 Comments