आज, विभिन्न प्रकार की केमिस्ट्री वाली बड़ी संख्या में बैटरियां हैं। आज सबसे लोकप्रिय बैटरी लिथियम-आयन हैं। इस समूह में लिथियम-आयरन-फॉस्फेट (फेरोफॉस्फेट) बैटरी भी शामिल है। जबकि इस श्रेणी की सभी बैटरी तकनीकी विशिष्टताओं में व्यापक रूप से समान हैं, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी की अपनी अनूठी विशेषताएं हैं जो उन्हें लिथियम-आयन तकनीक का उपयोग करके बनाई गई अन्य बैटरियों से अलग करती हैं।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी की खोज की कहानी
LiFePO4 बैटरी के आविष्कारक जॉन गुडइनफ हैं, जिन्होंने 1996 में टेक्सास विश्वविद्यालय में लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक नई कैथोड सामग्री पर काम किया था। प्रोफेसर एक ऐसी सामग्री बनाने में कामयाब रहे जो सस्ती हो, जिसमें कम विषाक्तता और उच्च तापीय स्थिरता हो। नए कैथोड का उपयोग करने वाली बैटरी की कमियों में एक कम क्षमता थी।
जॉन गुडइनफ के आविष्कार में किसी की दिलचस्पी नहीं थी, लेकिन 2003 में ए 123 सिस्टम्स ने इसे काफी आशाजनक मानते हुए इस तकनीक को विकसित करने का फैसला किया। इस तकनीक में कई बड़े निगम निवेशक बन गए हैं - सिकोइया कैपिटल, क्वालकॉम, मोटोरोला।
LiFePO4 बैटरी की विशेषताएं
फेरोफॉस्फेट बैटरी का वोल्टेज अन्य लिथियम-आयन प्रौद्योगिकी बैटरी के समान होता है। रेटेड वोल्टेज बैटरी के आयामों (आकार, रूप कारक) पर निर्भर करता है। बैटरी 18 650 के लिए यह 3.7 वोल्ट है, 10 440 (छोटी उंगलियों) के लिए - 3.2, 24 330 - 3.6 के लिए।
लगभग सभी बैटरियों के लिए, डिस्चार्जिंग के दौरान वोल्टेज धीरे-धीरे कम हो जाता है। LiFePO4 बैटरी के साथ काम करते समय एक अनूठी विशेषता वोल्टेज स्थिरता है। निकल तकनीक (निकल-कैडमियम, निकल-मेटल हाइड्राइड) का उपयोग करके बनाई गई बैटरियों में इनके समान वोल्टेज विशेषताएँ होती हैं।
आकार के आधार पर, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज होने तक 3.0 और 3.2 वोल्ट के बीच डिलीवर कर सकती है। सर्किट में उपयोग किए जाने पर यह गुण इन बैटरियों को अधिक लाभ देता है, क्योंकि यह व्यावहारिक रूप से वोल्टेज विनियमन की आवश्यकता को समाप्त करता है।
पूर्ण निर्वहन वोल्टेज 2.0 वोल्ट है, किसी भी लिथियम प्रौद्योगिकी बैटरी की सबसे कम दर्ज की गई निर्वहन सीमा। ये बैटरियों में अग्रणी हैंसेवा जीवन, जो चार्ज और डिस्चार्ज के लिए 2000 चक्रों के बराबर है। उनकी रासायनिक संरचना की सुरक्षा के कारण, LiFePO4 बैटरियों को एक विशेष त्वरित डेल्टा V विधि का उपयोग करके चार्ज किया जा सकता है जब बैटरी पर एक बड़ा करंट लगाया जाता है।
कई बैटरियां चार्जिंग के इस तरीके का सामना नहीं कर सकतीं, जिससे वे ज़्यादा गरम हो जाती हैं और खराब हो जाती हैं। लिथियम-आयरन-फॉस्फेट बैटरी के मामले में, इस पद्धति का उपयोग करना न केवल संभव है, बल्कि अनुशंसित भी है। इसलिए, विशेष रूप से ऐसी बैटरी चार्ज करने के लिए विशेष चार्जर हैं। बेशक, ऐसे चार्जर का उपयोग अन्य रसायन वाली बैटरी पर नहीं किया जा सकता है। फॉर्म फैक्टर के आधार पर, इन चार्जर पर लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी 15-30 मिनट में पूरी तरह चार्ज हो सकती है।
LiFePO4 बैटरी के क्षेत्र में हालिया विकास उपयोगकर्ता बैटरी को बेहतर ऑपरेटिंग तापमान रेंज के साथ पेश करते हैं। यदि लिथियम-आयन बैटरी के लिए मानक ऑपरेटिंग रेंज -20 से +20 डिग्री सेल्सियस है, तो लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी -30 से +55 की सीमा में पूरी तरह से काम कर सकती है। वर्णित तापमान से ऊपर या नीचे के तापमान पर बैटरी को चार्ज या डिस्चार्ज करना बैटरी को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाएगा।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी अन्य लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में उम्र बढ़ने के प्रभाव से बहुत कम प्रभावित होती हैं। बुढ़ापा समय के साथ क्षमता का प्राकृतिक नुकसान है, जो इस बात से स्वतंत्र है कि बैटरी का उपयोग किया जाता है या नहींशेल्फ पर है। तुलनात्मक रूप से, सभी लिथियम-आयन बैटरी हर साल लगभग 10% क्षमता खो देती हैं। लिथियम आयरन फॉस्फेट केवल 1.5% खो देता है।
इन बैटरियों का नकारात्मक पक्ष कम क्षमता है, जो अन्य लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में 14% कम (या तो) है।
फेरोफॉस्फेट बैटरी सुरक्षा
इस प्रकार की बैटरियों को सभी मौजूदा प्रकार की बैटरियों में सबसे सुरक्षित माना जाता है। LiFePO4 लिथियम फॉस्फेट बैटरी में बहुत स्थिर रसायन होता है, और डिस्चार्ज (कम प्रतिरोध ऑपरेशन में) और चार्ज (उच्च धाराओं के साथ बैटरी चार्ज करते समय) में भारी भार का सामना करने में सक्षम होते हैं।
इस तथ्य के कारण कि फॉस्फेट रासायनिक रूप से सुरक्षित हैं, इन बैटरियों को अपने संसाधन को काम करने के बाद निपटाना आसान होता है। खतरनाक रसायन वाली कई बैटरियों (जैसे लिथियम-कोबाल्ट) को अपने पर्यावरणीय खतरे को खत्म करने के लिए अतिरिक्त रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं से गुजरना पड़ता है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी चार्ज करना
फेरोफॉस्फेट रसायन विज्ञान में निवेशकों के व्यावसायिक हित के कारणों में से एक इसकी स्थिरता के परिणामस्वरूप जल्दी से चार्ज करने की क्षमता थी। LiFePO4 बैटरियों के कन्वेयर रिलीज के संगठन के तुरंत बाद, उन्हें बैटरियों के रूप में तैनात किया गया था जिन्हें जल्दी से चार्ज किया जा सकता है।
इस उद्देश्य के लिए विशेष चार्जर तैयार किए गए हैं। जैसा कि पहले ही ऊपर उल्लेख किया गया है, ऐसे चार्जर का उपयोग अन्य बैटरियों पर नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इससे वे ज़्यादा गरम हो जाएंगे और बहुत नुकसान करेंगेउन्हें।
इन बैटरियों का एक विशेष चार्जर इन्हें 12-15 मिनट में चार्ज कर सकता है। फेरोफॉस्फेट बैटरी को पारंपरिक चार्जर से भी चार्ज किया जा सकता है। दोनों चार्जिंग मोड के साथ संयुक्त चार्जर विकल्प भी हैं। बेशक, सबसे अच्छा विकल्प चार्जिंग प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए कई विकल्पों के साथ स्मार्ट चार्जर का उपयोग करना होगा।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी डिवाइस
लिथियम-आयरन-फॉस्फेट LiFePO4 बैटरी में रासायनिक प्रौद्योगिकी में अपने समकक्षों की तुलना में आंतरिक संरचना में कोई विशेष विशेषता नहीं है। केवल एक तत्व में परिवर्तन आया है - आयरन फॉस्फेट से बना कैथोड। एनोड सामग्री लिथियम है (सभी लिथियम आयन बैटरी में लिथियम एनोड होता है)।
किसी भी बैटरी का संचालन एक रासायनिक प्रतिक्रिया की उत्क्रमणीयता पर आधारित होता है। अन्यथा, बैटरी के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं को ऑक्सीकरण और कमी प्रक्रिया कहा जाता है। किसी भी बैटरी में इलेक्ट्रोड होते हैं - एक कैथोड (माइनस) और एक एनोड (प्लस)। इसके अलावा, किसी भी बैटरी के अंदर एक विभाजक होता है - एक विशेष तरल के साथ संसेचित एक झरझरा सामग्री - एक इलेक्ट्रोलाइट।
जब बैटरी को डिस्चार्ज किया जाता है, लिथियम आयन कैथोड से एनोड तक विभाजक के माध्यम से चले जाते हैं, संचित चार्ज (ऑक्सीकरण) को छोड़ देते हैं। जब एक बैटरी चार्ज की जाती है, लिथियम आयन एनोड से कैथोड तक विपरीत दिशा में चलते हैं, चार्ज (रिकवरी) जमा करते हैं।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी के प्रकार
इस रसायन शास्त्र पर सभी प्रकार की बैटरियों को चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
- पूर्णबैटरी।
- समांतर चतुर्भुज के रूप में बड़ी कोशिकाएँ।
- समानांतर चतुर्भुज के रूप में छोटी कोशिकाएं (प्रिज्म - 3.2 V पर LiFePO4 बैटरी)।
- छोटा सिक्का सेल (पैक)।
- बेलनाकार बैटरी।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी और सेल में 12 से 60 वोल्ट तक अलग-अलग नाममात्र वोल्टेज हो सकते हैं। वे कई मायनों में पारंपरिक लेड-एसिड बैटरी से बेहतर प्रदर्शन करते हैं: चक्र का समय बहुत अधिक होता है, वजन कई गुना कम होता है, और उन्हें कई गुना तेजी से रिचार्ज किया जाता है।
इस रसायन शास्त्र में बेलनाकार बैटरियों का उपयोग अलग-अलग और एक श्रृंखला दोनों में किया जाता है। इन बेलनाकार बैटरियों के आयाम बहुत भिन्न हैं: 14,500 (उंगली के प्रकार) से 32,650 तक।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी
साइकिल और इलेक्ट्रिक साइकिल के लिए फेरोफॉस्फेट बैटरी विशेष ध्यान देने योग्य हैं। एक नए आयरन-फॉस्फेट कैथोड के आविष्कार के साथ, इस रसायन पर आधारित अन्य प्रकार की बैटरियों के साथ, विशेष बैटरियां निकलीं, जो अपनी बेहतर विशेषताओं और हल्के वजन के कारण, साधारण साइकिल पर भी आसानी से उपयोग की जा सकती हैं। ऐसी बैटरियों ने अपनी बाइक को अपग्रेड करने के प्रशंसकों के बीच तुरंत लोकप्रियता हासिल की।
लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरियां कई घंटों की लापरवाह साइकिलिंग प्रदान करने में सक्षम हैं, जो आंतरिक दहन इंजनों के लिए एक योग्य प्रतियोगिता है, जो अतीत में अक्सर साइकिल पर स्थापित किए जाते थे। आमतौर पर डेटा के लिएउद्देश्यों के लिए, 48v LiFePO4 बैटरी का उपयोग किया जाता है, लेकिन 25, 36 और 60 वोल्ट की बैटरी खरीदना संभव है।
फेरोफॉस्फेट बैटरी का अनुप्रयोग
इस रसायन शास्त्र में बैटरियों की भूमिका बिना किसी टिप्पणी के स्पष्ट है। प्रिज्म का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता है - LiFePO4 3, 2 v बैटरी। सौर ऊर्जा और पवन टरबाइन के लिए बफर सिस्टम के तत्वों के रूप में बड़ी कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रिक वाहनों के निर्माण में फेरोफॉस्फेट बैटरी का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।
फोन, लैपटॉप और टैबलेट पीसी के लिए छोटी फ्लैट बैटरी का उपयोग किया जाता है। एयरसॉफ्ट गन, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट, रेडियो-नियंत्रित मॉडल आदि के लिए विभिन्न रूप कारकों की बेलनाकार बैटरी का उपयोग किया जाता है।
