लिथियम धातु बैटरी

लिथियम धातु बैटरी प्राथमिक बैटरियां होती है जिनमें एनोड के रूप में धात्विक लिथियम होता है। लिथियम आयन बैटरी के आविष्कार के बाद इस प्रकार की बैटरी को लिथियम-मेटल बैटरी भी कहा जाता है। अधिकांश लिथियम धातु बैटरी गैर-रिचार्जेबल हैं। चूँकि, रिचार्जेबल लिथियम धातु बैटरी भी विकास के अधीन हैं। 2007 के बाद से, खतरनाक सामान विनियम लिथियम धातु बैटरी (यूएन 3090) और लिथियम-आयन बैटरी (यूएन 3480) के बीच अंतर करते हैं। वे अपने उच्च चार्ज घनत्व और प्रति यूनिट उच्च लागत के कारण अन्य बैटरियों से अलग हैं। उपयोग किए गए डिज़ाइन और रासायनिक यौगिकों के आधार पर, लिथियम कोशिकाएं 1.5 V (जस्ता-कार्बन या क्षारीय बैटरी की तुलना में) से लगभग 3.7 V तक वोल्टेज उत्पन्न कर सकती हैं।

डिस्पोजेबल प्राथमिक लिथियम बैटरी को माध्यमिक लिथियम आयन बैटरी से अलग किया जाना चाहिए | लिथियम-आयन या लिथियम पॉलिमर बैटरी | लिथियम-बहुलक, जो फिर से चार्ज करने लायक संप्रहार बैटरी हैं और इनमें कोई धातु लिथियम नहीं है। लिथियम विशेष रूप से उपयोगी है, क्योंकि इसके आयनों को एनोड और कैथोड के बीच स्थानांतरित करने के लिए व्यवस्थित किया जा सकता है, कैथोड सामग्री के रूप में एक इंटरकलेशन (रसायन विज्ञान) लिथियम रासायनिक यौगिक का उपयोग करते हुए किन्तु एनोड सामग्री के रूप में लिथियम धातु का उपयोग किए बिना। शुद्ध लिथियम तुरन्त पानी, या यहाँ तक कि हवा में नमी के साथ प्रतिक्रिया करेगा; लिथियम-आयन बैटरी में लिथियम एक कम प्रतिक्रियाशील यौगिक होता है।

पोर्टेबल उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में लिथियम बैटरी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लिथियम बैटरी शब्द विभिन्न लिथियम-मेटल केमिस्ट्री के एक परिवार को संदर्भित करता है, जिसमें कई प्रकार के कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं, किन्तु सभी धातु लिथियम एनोड के रूप में होते हैं। बैटरी को 0.15 से 0.3 किलोग्राम लिथियम प्रति kWh की आवश्यकता होती है। जैसा कि डिजाइन किया गया है कि ये प्राथमिक प्रणालियां एक आवेशित कैथोड का उपयोग करती हैं, जो क्रिस्टलोग्राफिक रिक्तियों के साथ एक विद्युत-सक्रिय सामग्री है जो निर्वहन के समय धीरे-धीरे भर जाती है।

उपभोक्ता अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य प्रकार के लिथियम सेल धातु लिथियम को एनोड और मैंगनीज डाइऑक्साइड को कैथोड के रूप में उपयोग करते हैं, इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक कार्बनिक विलायक में भंग लिथियम के नमक के साथ।

रसायन विज्ञान
कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय सैन डिएगो ने एक इलेक्ट्रोलाइट रसायन विकसित किया है जो लिथियम बैटरी को -60 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर चलाने की अनुमति देता है। इलेक्ट्रोलाइट्स इलेक्ट्रोकेमिकल कैपेसिटर को -80 डिग्री सेल्सियस तक कम चलाने में भी सक्षम बनाते हैं। पिछले कम तापमान की सीमा -40 डिग्री सेल्सियस है। कमरे के तापमान पर उच्च प्रदर्शन अभी भी बनाए रखा जाता है। यह लिथियम बैटरी और इलेक्ट्रोकेमिकल कैपेसिटर की ऊर्जा घनत्व और सुरक्षा में सुधार कर सकता है।

अनुप्रयोग
लिथियम बैटरी कई लंबे जीवन, महत्वपूर्ण उपकरणों, जैसे पेसमेकर और अन्य प्रत्यारोपण योग्य इलेक्ट्रॉनिक चिकित्सा उपकरणों में आवेदन पाती हैं। ये डिवाइस 15 या अधिक वर्षों तक चलने के लिए डिज़ाइन की गई विशेष लिथियम-आयोडाइड बैटरी का उपयोग करते हैं। किन्तु अन्य, कम महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों जैसे कि खिलौनों के लिए, लिथियम बैटरी वास्तव में डिवाइस को खत्म कर सकती है। ऐसे मामलों में, एक महंगी लिथियम बैटरी लागत प्रभावी नहीं हो सकती।

घड़ियों और कैमरों जैसे कई उपकरणों में साधारण क्षारीय बैटरी के स्थान पर लिथियम बैटरी का उपयोग किया जा सकता है। चूँकि वे अधिक महंगे हैं, लिथियम सेल अधिक लंबा जीवन प्रदान करेंगे, जिससे बैटरी प्रतिस्थापन कम से कम होगा। चूँकि, सामान्य जस्ता कोशिकाओं का उपयोग करने वाले उपकरणों में ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग करने से पहले लिथियम कोशिकाओं द्वारा विकसित उच्च वोल्टेज पर ध्यान दिया जाना चाहिए। उच्च क्षमता वाले महासागरीय लिथियम बैटरी पैक में लिथियम बैटरी भी मूल्यवान साबित होती हैं। जबकि लिथियम बैटरी पैक मानक महासागरीय पैक की तुलना में काफी अधिक महंगे हैं, वे क्षारीय पैक की क्षमता से तीन गुना अधिक क्षमता रखते हैं। रिमोट ओशनोग्राफिक इंस्ट्रूमेंटेशन (सामान्यतः जहाजों द्वारा) की सर्विसिंग की उच्च लागत अधिकांशतः  इस उच्च लागत को सही ठहराती है।

आकार और प्रारूप
छोटे लिथियम बैटरी का उपयोग सामान्यतः छोटे, पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, जैसे  पर्सनल डिज़िटल एसिस्टेंट, घड़ियां, कैमकोर्डर, डिजिटल कैमरा, थर्मामीटर, कैलकुलेटर, पर्सनल कंप्यूटर BIOS (फर्मवेयर), संचार उपकरण और दूरस्थ कार ताले। वे कई आकृतियों और आकारों में उपलब्ध हैं, जिनमें एक सामान्य किस्म 3-वोल्ट सिक्का प्रकार मैंगनीज किस्म है। सामान्य CR2032 बैटरी 20 मिमी व्यास और 3.2 मिमी मोटी होती है, जहां पहले दो अंक व्यास और अंतिम दो अंक मोटाई होते हैं। CR2025 समान 20 मिमी व्यास किन्तु  2.5 मिमी मोटा है। इनमें से कई उपकरणों की भारी बिजली की मांग लिथियम बैटरी को विशेष रूप से आकर्षक विकल्प बनाती है। विशेष रूप से, लिथियम बैटरी डिजिटल कैमरा जैसे उपकरणों की संक्षिप्त, भारी वर्तमान मांगों का आसानी से समर्थन कर सकती हैं, और वे क्षारीय कोशिकाओं की तुलना में लंबी अवधि के लिए उच्च वोल्टेज बनाए रखती हैं।

लोकप्रियता
लिथियम प्राथमिक बैटरी जापान में सभी प्राथमिक बैटरी बिक्री का 28% हिस्सा है, किन्तु स्विट्जरलैंड में सभी बैटरी बिक्री का केवल 1% है। यूरोपीय संघ में माध्यमिक प्रकार सहित सभी बैटरी बिक्री का केवल 0.5% लिथियम प्राइमरी हैं।

सुरक्षा मुद्दे और विनियमन
बैटरी क्षमता बढ़ाने के लिए कंप्यूटर उद्योग का अभियान झिल्ली विभाजक, एक पॉलीथीन या पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म जैसे संवेदनशील घटकों की सीमा का परीक्षण कर सकता है जो केवल 20-25 माइक्रोमीटर मोटी होती है। 1991 में प्रस्तुत किए जाने के बाद से लिथियम बैटरी की ऊर्जा घनत्व दोगुनी से अधिक हो गई है। जब बैटरी को अधिक सामग्री रखने के लिए बनाया जाता है, तो विभाजक तनाव से गुजर सकता है।

शीघ्र-निर्वहन समस्याएँ
लिथियम बैटरी अत्यधिक उच्च धाराएँ प्रदान कर सकती हैं और शॉर्ट-परिपथ होने पर बहुत तेज़ी से डिस्चार्ज हो सकती हैं। यद्यपि यह उन अनुप्रयोगों में उपयोगी है जहां उच्च धाराओं की आवश्यकता होती है, लिथियम बैटरी का एक बहुत तेज़ निर्वहन - विशेष रूप से यदि थर्मल रनअवे बैटरी कोशिकाओं के डिज़ाइन में मौजूद हैं - तो बैटरी के अत्यधिक गरम होने का परिणाम हो सकता है (जो विद्युत प्रतिरोध को कम करता है) सेल के भीतर कोई कोबाल्ट सामग्री), टूटना, और एक विस्फोट भी। लिथियम-थियोनील क्लोराइड बैटरी इस प्रकार के निर्वहन के लिए विशेष रूप से अतिसंवेदनशील होती हैं। विस्फोट को रोकने के लिए उपभोक्ता बैटरी में सामान्यतः  ओवरकरंट या थर्मल प्रोटेक्शन या वेंट सम्मलित होते हैं।

हवाई यात्रा
1 जनवरी 2013 से, हवा से लिथियम बैटरी की ढुलाई के संबंध में IATA द्वारा बहुत सख्त नियम प्रस्तुत किए गए थे। इन्हें अंतर्राष्ट्रीय डाक संघ द्वारा अपनाया गया था; चूँकि, कुछ देश, उदा. यूके ने निर्णय लिया है कि वे लिथियम बैटरियां तब तक स्वीकार नहीं करेंगे जब तक कि उन्हें उनके द्वारा संचालित उपकरणों में सम्मलित नहीं किया जाता।

उपरोक्त जोखिमों के कारण, लिथियम बैटरी की शिपिंग और ढुलाई कुछ स्थितियों में प्रतिबंधित है, विशेष रूप से हवा द्वारा लिथियम बैटरी का परिवहन।

यूनाइटेड स्टेट्स परिवहन सुरक्षा प्रशासन  ने 1 जनवरी, 2008 को चेक और कैरी-ऑन सामान में लिथियम बैटरी पर प्रतिबंध लगाने की घोषणा की है। नियम लिथियम बैटरी को चेक किए गए सामान से डिवाइस में स्थापित नहीं करने से रोकते हैं और कुल लिथियम सामग्री द्वारा कैरी-ऑन सामान में उन्हें प्रतिबंधित करते हैं।

ऑस्ट्रेलिया पोस्ट ने 2010 के समय  मेल से में लिथियम बैटरी के परिवहन पर रोक लगा दी थी। 2009 में राष्ट्रीय रासायनिक आपातकालीन केंद्र द्वारा लिथियम बैटरी के परिवहन के लिए ब्रिटेन के नियमों में संशोधन किया गया था।

2009 के अंत में, कम से कम कुछ डाक प्रशासनों ने लिथियम बैटरी, लिथियम-आयन बैटरी और इनमें सम्मलित उत्पादों (जैसे लैपटॉप और सेल फोन) के एयरमेल शिपिंग (एक्सप्रेस मेल सेवा सहित) को प्रतिबंधित कर दिया। इन देशों में हांगकांग, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान हैं।

मेथैंफ़ेटामीन लैब्स
अप्रयुक्त लिथियम बैटरियां मेथमफेटामाइन प्रयोगशालाओं में कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग के लिए लिथियम धातु का एक सुविधाजनक स्रोत प्रदान करती हैं। विशेष रूप से, लिथियम धातु बिर्च रिडक्शन विधि में पसयूडोएफेड्रिन और एफेड्रीन को मेथामफेटामाइन में कम कर देता है, जो निर्जल अमोनिया में भंग क्षार धातुओं के विलयन को नियोजित करता है।

कुछ अधिकार क्षेत्र ने लिथियम बैटरी की बिक्री को प्रतिबंधित करने के लिए नियम पारित किए हैं या या व्यवसायों को अवैध मेथ प्रयोगशालाओं के निर्माण पर अंकुश लगाने में मदद करने के प्रयास में स्वैच्छिक प्रतिबंध लगाने के लिए कहा है। 2004 में वॉल-मार्ट स्टोर्स को डिस्पोजेबल लिथियम बैटरियों की बिक्री को मिसौरी में तीन पैकेजों और अन्य राज्यों में चार पैकेजों तक सीमित करने की सूचना मिली थी।

अंतर्ग्रहण पर स्वास्थ्य संबंधी समस्याएं
बटन सेल बैटरियां छोटे बच्चों के लिए आकर्षक होती हैं और अधिकांशतः इनका सेवन किया जाता है। पिछले 20 वर्षों में, चूँकि एक वर्ष में उपयोग की जाने वाली बटन सेल बैटरियों की कुल संख्या में वृद्धि नहीं हुई है, शोधकर्ताओं ने जोखिम में 6.7 गुना वृद्धि देखी है कि इसके सेवन से मध्यम या बड़ी जटिलता होगी और 12.5 -पिछले दशक की तुलना में मृत्यु दर में कई गुना वृद्धि। बटन बैटरी अंतर्ग्रहण के साथ चोट का प्राथमिक तंत्र हाइड्रॉक्साइड आयनों की उत्पत्ति है, जो एनोड पर गंभीर रासायनिक जलन का कारण बनता है। यह अक्षुण्ण बैटरी का एक विद्युत रासायनिक प्रभाव है, और इसके लिए आवरण को तोड़ने या सामग्री को छोड़ने की आवश्यकता नहीं होती है। जटिलताओं में ग्रासनली की सिकुड़न, श्वासनली-ग्रासनली नालव्रण, स्वर रज्जु पक्षाघात, महाधमनी-ग्रासनली नालव्रण और मृत्यु सम्मलित हैं। अधिकांश अंतर्ग्रहण देखे नहीं जाते; प्रस्तुतियाँ गैर-विशिष्ट हैं; बैटरी वोल्टेज बढ़ गया है; 20 से 25 मिमी बटन बैटरी आकार के क्रिकोफेरीन्जियल जंक्शन पर दर्ज होने की अधिक संभावना होती है; और 2 घंटे के भीतर गंभीर ऊतक क्षति हो सकती है। 3 वी, 20 मिमी सीआर2032 लिथियम बैटरी को 4 वर्ष से कम उम्र के बच्चों द्वारा बटन बैटरी के सेवन से होने वाली कई जटिलताओं सम्मलित किया गया है। जबकि एसोफेजियल इंपेक्शन का एकमात्र इलाज एंडोस्कोपिक निष्कासन है, राचेल आर. अनफैंग और सहकर्मियों द्वारा फिलाडेल्फिया के चिल्ड्रन हॉस्पिटल के 2018 के एक अध्ययन में पाया गया कि बैटरी को हटाने से पहले शहद या सुक्रालफेट सस्पेंशन का जल्दी और लगातार सेवन से चोट की गंभीरता को कम कर सकता है। परिणामस्वरूप, अमेरिका स्थित नेशनल कैपिटल पॉइज़न सेंटर (ज़हर नियंत्रण) अन्नप्रणाली और इसके परिणामस्वरूप इसके आस-पास की संरचनाओं में चोट के जोखिम और गंभीरता को कम करने के लिए ज्ञात या संदिग्ध अंतर्ग्रहण के बाद शहद या सुक्रालफेट के उपयोग की अनुशंसा करता है।

नाक या कान में फंसने पर बटन बैटरियां भी महत्वपूर्ण नेक्रोटिक चोट का कारण बन सकती हैं। अमेरिका में नेशनल बटन बैटरी टास्क फोर्स द्वारा उद्योग जगत के नेताओं के सहयोग से रोकथाम के प्रयासों के कारण बच्चों की इन बैटरियों तक पहुंच को कम करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में पैकेजिंग और बैटरी डिब्बे के डिजाइन में बदलाव आया है। चूँकि, इसके खतरों के प्रति सामान्य आबादी और चिकित्सा समुदाय में अभी भी जागरूकता की कमी है। सेंट्रल मैनचेस्टर विश्वविद्यालय अस्पताल ट्रस्ट ने चेतावनी दी है कि कि "बहुत से डॉक्टर इस बात से अनजान हैं कि इससे नुकसान हो सकता है"।

निस्तारण
बैटरियों के निवर्तन और पुनर्चक्रण व्यापक रूप से भिन्न होता हैं; स्थानीय सरकारों की राष्ट्रीय नियमों की तुलना में अतिरिक्त आवश्यकताएं हो सकती हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, लिथियम आयरन डाइसल्फ़ाइड प्राथमिक बैटरी के एक निर्माता ने सलाह दी है कि उपयोग की गई कोशिकाओं की उपभोक्ता मात्रा को नगरपालिका कचरे में फेंक दिया जाता क्योंकि बैटरी में अमेरिकी संघीय नियमों द्वारा नियंत्रित कोई भी पदार्थ नहीं होता है।

एक अन्य निर्माता का कहना है कि "बटन" आकार की लिथियम बैटरियों में परक्लोरेट होता है, जिसे कैलिफ़ोर्निया में खतरनाक अपशिष्ट के रूप में नियंत्रित किया जाता है; इन कोशिकाओं के सामान्य उपभोक्ता उपयोग में विनियमित मात्रा नहीं मिलेगी।

चूंकि प्रयुक्त किन्तु गैर-कार्यशील (अर्थात  विस्तारित भंडारण) बटन कोशिकाओं में लिथियम अभी भी कैथोड कप में होने की संभावना है, ऐसी कोशिकाओं के साथ-साथ मैंगनीज डाइऑक्साइड और विशेषज्ञ प्लास्टिक से व्यावसायिक रूप से उपयोगी मात्रा में धातु निकालना संभव है। कुछ लोग लागत में कटौती करने के लिए लिथियम को मैग्नीशियम (एमजी) के साथ मिश्रित भी करते हैं और ये विशेष रूप से उल्लिखित विफलता मोड के लिए प्रवण होते हैं।

यह भी देखें

 * बैटरी प्रकारों की सूची
 * बैटरी आकार की सूची
 * बैटरी प्रकारों की तुलना
 * बैटरी रखने वाला
 * बैटरी पुनर्चक्रण
 * उच्च क्षमता समुद्र विज्ञान लिथियम बैटरी पैक
 * लिथियम-एयर बैटरी
 * लिथियम आयन मैंगनीज ऑक्साइड बैटरी
 * लिथियम आयन पॉलिमर बैटरी
 * लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी
 * लिथियम-सल्फर बैटरी
 * लिथियम-टाइटेनेट बैटरी
 * लिथियम-आयन बैटरी के लिए नैनोआर्किटेक्चर
 * विकट: पॉलीऑक्सीएथिलीन
 * पतली फिल्म रिचार्जेबल लिथियम बैटरी

बाहरी संबंध

 * The 2009 amendments to the regulations regarding transport of Lithium Batteries
 * Properties of non-rechargeable lithium batteries
 * Brand Neutral Drawings of Lithium Batteries based on ANSI Specifications
 * Lithium Thionyl Chloride Battery MSDS and supporting safety information
 * Investigation of the fire performance of lithium-ion- and lithium-metal-batteries in various applications and derivative of tactical recommendations (Research Report in German, Forschungsstelle für Brandschutztechnik, Karlsruhe Institute of Technology - KIT) (PDF)