लिथियम पॉलिमर बैटरी

एक लिथियम बहुलक बैटरी, या अधिक सही ढंग से लिथियम-आयन बहुलक बैटरी (संक्षिप्त रूप में लीपो, एलआईपी, ली-पॉली, लिथियम-पॉली और अन्य), लिथियम आयन बैटरी की फिर से चार्ज करने लायक संप्रहार है। इसके अतिरिक्त बहुलक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके लिथियम-आयन तकनीक एक तरल इलेक्ट्रोलाइट की। उच्च चालकता सेमीसॉलिड (जेल) बहुलक इस इलेक्ट्रोलाइट का निर्माण करते हैं। ये बैटरी अन्य लिथियम बैटरी प्रकारों की तुलना में उच्च विशिष्ट ऊर्जा प्रदान करती हैं और उन अनुप्रयोगों में उपयोग की जाती हैं जहां भार एक महत्वपूर्ण विशेषता है, जैसे कि मोबाइल उपकरण, रेडियो-नियंत्रित विमान और कुछ विद्युतीय वाहन

इतिहास
लीपो कोशिकाएं लिथियम आयन और लिथियम बैटरी के इतिहास का अनुसरण करती हैं। लिथियम-धातु सेल जो 1980 के दशक के समय व्यापक शोध से गुजरीं, 1991 में सोनी के पहले वाणिज्यिक बेलनाकार ली-आयन सेल के साथ एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर तक पहुंच गईं। उसके बाद, अन्य पैकेजिंग रूपों का विकास हुआ, जिनमें फ्लैट पाउच प्रारूप सम्मिलित हैं फ्लैट पाउच प्रारूप।

डिजाइन मूल और शब्दावली
लिथियम बहुलक सेल लिथियम-आयन और लिथियम बैटरी | लिथियम-धातु बैटरी से विकसित हुए हैं। प्राथमिक अंतर यह है कि एक तरल लिथियम-नमक इलेक्ट्रोलाइट (जैसे लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट | LiPF6) का उपयोग करने के अतिरिक्त) एक कार्बनिक विलायक (जैसे एथिलीन कार्बोनेट/डाइमिथाइल कार्बोनेट/डायथाइल कार्बोनेट) में रखा जाता है, बैटरी एक ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट (एसपीई) का उपयोग करती है जैसे कि पॉलीथीन ग्लाइकॉल|पॉली(एथिलीन ऑक्साइड) (पीईओ), पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल |पॉली(एक्रिलोनाइट्राइल) ( पैन), पॉली (पॉलिमिथाइल मेथाक्रायलेट)) (पीएमएमए) या पोलीविनीलीडेंस फ्लोराइड | पॉली (विनाइलिडीन फ्लोराइड) (पीवीडीएफ)।

1970 के दशक में मूल बहुलक डिजाइन में प्लास्टिक जैसी फिल्म जैसी दिखने वाली एक ठोस सूखी बहुलक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया गया था, जो इलेक्ट्रोलाइट से लथपथ पारंपरिक झरझरा विभाजक का स्थान लेता था।

1970 के दशक में मूल बहुलक डिजाइन में प्लास्टिक जैसी फिल्म जैसी दिखने वाली एक ठोस सूखी बहुलक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया गया था, जो इलेक्ट्रोलाइट से लथपथ पारंपरिक झरझरा विभाजक का स्थान लेता था।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट को सामान्यतः तीन प्रकारों में से एक के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है: शुष्क एसपीई, गेल एसपीई और झरझरा एसपीई। 1978 के आसपास मिशेल आर्मंड द्वारा शुष्क एसपीई का पहली बार प्रोटोटाइप बैटरियों में उपयोग किया गया था। और 1985 फ्रांस के अनवर और एल्फ एक्विटेन और कनाडा के हाइड्रो-क्यूबेक द्वारा। 1990 से संयुक्त राज्य अमेरिका में मीड और वैलेंस और जापान में प्रोफेसर युसा जैसे कई संगठनों ने जेलयुक्त एसपीई का उपयोग करके बैटरी विकसित की। 1996 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में बेलकोर ने झरझरा एसपीई का उपयोग करके एक रिचार्जेबल लिथियम बहुलक सेल की घोषणा की।

एक विशिष्ट सेल में चार मुख्य घटक होते हैं: सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक और इलेक्ट्रोलाइट। विभाजक स्वयं एक बहुलक हो सकता है, जैसे पॉलीथीन (पीई) या पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) की एक सूक्ष्म फिल्म; इस प्रकार, जब सेल में एक तरल इलेक्ट्रोलाइट होता है, तब भी इसमें एक बहुलक घटक होता है। इसके अतिरिक्‍त, सकारात्मक इलेक्ट्रोड को आगे तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है: लिथियम-संक्रमण-धातु-ऑक्साइड (जैसे LiCoO2 या लिमन2O4), एक प्रवाहकीय योजक, और पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड | पॉली (विनाइलिडीन फ्लोराइड) (PVdF) का एक बहुलक बांधने वाला। नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री में समान तीन भाग हो सकते हैं, केवल लिथियम-धातु-ऑक्साइड का स्थान कार्बन के साथ। लिथियम आयन बहुलक सेल और लिथियम आयन सेल के बीच मुख्य अंतर इलेक्ट्रोलाइट का भौतिक चरण है, जैसे कि लीपो सेल सूखे ठोस, जेल जैसे इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं जबकि ली-आयन सेल तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं।

कार्य सिद्धांत
अन्य लिथियम-आयन सेल की तरह, LiPos एक प्रवाहकीय माध्यम प्रदान करने वाले तरल इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री से लिथियम आयनों के अंतर्संबंध (रसायन विज्ञान) और डी-इंटरकलेशन के सिद्धांत पर काम करता है। इलेक्ट्रोड को एक-दूसरे को सीधे छूने से रोकने के लिए, एक सूक्ष्म छिद्र विभाजक बीच में होता है जो केवल आयनों को अनुमति देता है न कि इलेक्ट्रोड कणों को एक तरफ से दूसरी तरफ जाने के लिए।

वोल्टेज और आवेश की स्थिति
एकल लीपो सेल का वोल्टेज उसके रसायन पर निर्भर करता है और लगभग 4.2 V (पूरी तरह से चार्ज) से लेकर लगभग 2.7–3.0 V (पूरी तरह से डिस्चार्ज) तक भिन्न होता है, जहां नाममात्र वोल्टेज 3.6 या 3.7 वोल्ट (उच्चतम और निम्नतम के मध्य मान के बारे में) मूल्य) लिथियम-धातु-ऑक्साइड पर आधारित सेल के लिए (जैसे LiCoO2). यह लिथियम-आयरन-फॉस्फेट (LiFePO) पर आधारित 3.6–3.8 V (चार्ज) से 1.8–2.0 V (डिस्चार्ज) की तुलना करता है।4).

उत्पाद डेटा शीट में सटीक वोल्टेज रेटिंग निर्दिष्ट की जानी चाहिए, इस समझ के साथ कि सेल को एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा संरक्षित किया जाना चाहिए जो उन्हें अधिभार करने और उपयोग के अनुसार ओवर-डिस्चार्ज करने की अनुमति नहीं देगा।

लीपो बैटरी का संकुल, श्रृंखला और समानांतर में जुड़े सेल के साथ, प्रत्येक सेल के लिए अलग-अलग पिन-आउट हैं। एक विशेष चार्जर प्रति-सेल के आधार पर चार्ज की देखरेख कर सकता है जिससे सभी सेल एक ही चार्ज स्थिति (एसओसी) में लाए जा सकें।

लीपो सेल पर दबाव डालना
लिथियम-आयन बेलनाकार और प्रिज्मीय सेल के विपरीत, जिनमें एक कठोर धातु की स्थिति होती है, लीपो सेल में एक लचीला, पन्नी-प्रकार (बहुलक टुकड़े टुकड़े) की स्थिति होती है, इसलिए वे अपेक्षाकृत अप्रतिबंधित होते हैं। परतों के ढेर पर मध्यम दबाव जो सेल की रचना करता है, क्षमता प्रतिधारण में वृद्धि करता है, क्योंकि घटकों के बीच संपर्क अधिकतम होता है और प्रदूषण और विरूपण को रोका जाता है, जो सेल प्रतिबाधा और गिरावट की वृद्धि से जुड़ा होता है।

अनुप्रयोग
लीपो सेल निर्माताओं को सम्मोहक लाभ प्रदान करते हैं। वे लगभग किसी भी वांछित आकार की बैटरी सरलता से बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, मोबाइल उपकरणों और नोटबुक कंप्यूटर के स्थान और भार की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है। उनके पास कम स्व-निर्वहन दर भी है, जो प्रति माह लगभग 5% है।

ड्रोन, रेडियो नियंत्रित उपकरण और विमान
लीपो बैटरियां अब लगभग सर्वव्यापी हैं जब वाणिज्यिक और हॉबी ड्रोन (मानव रहित हवाई वाहन), रेडियो-नियंत्रित विमान, रेडियो-नियंत्रित कारों और बड़े पैमाने पर मॉडल ट्रेनों का उपयोग किया जाता है, जहां कम भार और बढ़ी हुई क्षमता और विद्युत वितरण के लाभ कीमत को सही ठहराते हैं।. परीक्षण रिपोर्ट आग के संकट की चेतावनी देती है जब बैटरियों का उपयोग निर्देशों के अनुसार नहीं किया जाता है। R/C मॉडल में उपयोग की जाने वाली लीपो बैटरी के लंबे समय तक भंडारण के लिए वोल्टेज 3.6 ~ 3.9V रेंज प्रति सेल होना चाहिए, अन्यथा इससे बैटरी को हानि हो सकता है।

लीपो पैक भी Airsoft में व्यापक उपयोग देखते हैं, जहां उनके उच्च निर्वहन धाराओं और अधिक पारंपरिक NiMH बैटरी की तुलना में बेहतर ऊर्जा घनत्व में बहुत ही ध्यान देने योग्य प्रदर्शन लाभ (आग की उच्च दर) है।

व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनिक्स
लीपो बैटरी मोबाइल उपकरणों, विद्युत बैंक, उप-नोटबुक, पोर्टेबल मीडिया प्लेयर, वीडियो गेम कंसोल के लिए वायरलेस नियंत्रक, वायरलेस पीसी परिधीय, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट, और अन्य अनुप्रयोगों में व्यापक हैं जहां छोटे रूप कारकों की मांग की जाती है और उच्च ऊर्जा घनत्व लागत के विचारों से अधिक है।

इलेक्ट्रिक वाहन
हुंडई मोटर कंपनी अपने कुछ बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन में इस प्रकार की बैटरी का उपयोग करती है, साथ ही किआ मोटर्स अपने किआ सोल ईवी में। कई शहरों में कार शेयरिंग योजनाओं में उपयोग की जाने वाली बोलोर ब्लूकार भी इस प्रकार की बैटरी का उपयोग करती है।

निर्बाध विद्युत आपूर्ति प्रणाली
अबाधित विद्युत आपूर्ति (यूपीएस) प्रणाली में लिथियम-आयन बैटरी तेजी से आम होती जा रही हैं। वे पारंपरिक वीआरएलए बैटरी पर कई लाभ प्रदान करते हैं और स्थिरता और सुरक्षा सुधारों के साथ प्रौद्योगिकी में विश्वास बढ़ रहा है। आकार और भार के अनुपात में उनकी शक्ति को कई उद्योगों में एक प्रमुख लाभ के रूप में देखा जाता है, जिसमें महत्वपूर्ण पावर बैक अप की आवश्यकता होती है, जिसमें डेटा केंद्र भी सम्मिलित हैं, जहां स्थान अधिकतर प्रीमियम पर होता है। वीआरएलए बैटरियों पर ली-पो बैटरियों का उपयोग करने के लिए लंबे चक्र जीवन, प्रयोग करने योग्य ऊर्जा (डिस्चार्ज की गहराई), और थर्मल रनवे को भी एक लाभ के रूप में देखा जाता है।

जंप स्टार्टर
वाहन के इंजन को प्रारंभ करने के लिए उपयोग की जाने वाली बैटरी सामान्यतः 12V या 24V होती है, इसलिए एक पोर्टेबल जम्प स्टार्टर या बैटरी बूस्टर तीन या छह लीपो बैटरी इन सीरीज़ (3S1P/6S1P) का उपयोग करता है, जिससे आपात स्थिति में वाहन को जंप स्टार्ट (वाहन) के अतिरिक्त प्रारंभ किया जा सके। )|अन्य जम्प-स्टार्ट विधियाँ। लीड-एसिड जम्प स्टार्टर की कीमत कम होती है, लेकिन वे तुलनीय लिथियम बैटरी की तुलना में बड़े और भारी होते हैं, और इसलिए ऐसे उत्पाद अधिकतर लीपो बैटरी या कभी-कभी लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी में बदल जाते हैं।

सुरक्षा
इलेक्ट्रोलाइट के सामान्य वाष्पीकरण के कारण सभी ली-आयन कोशिकाएं उच्च स्तर के चार्ज (एसओसी) या ओवर-चार्ज पर फैलती हैं। इसके परिणामस्वरूप प्रदूषण हो सकता है, और इस प्रकार सेल की आंतरिक परतों का खराब संपर्क हो सकता है, जो बदले में कम विश्वसनीयता और सेल के समग्र चक्र जीवन को लाता है। यह लीपोस के लिए बहुत ध्यान देने योग्य है, जो अपने विस्तार को रोकने के लिए एक कठिन स्थिति की कमी के कारण स्पष्ट रूप से बढ़ सकता है। लिथियम बहुलक बैटरी की सुरक्षा विशेषताएं लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी सुरक्षा से भिन्न होती हैं।

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स
बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स को दो बड़ी श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: शुष्क ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स (एसपीई) और जेल बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स (जीपीई)। तरल इलेक्ट्रोलाइट्स और ठोस कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में, बहुलक इलेक्ट्रोलाइट लाभ प्रदान करते हैं जैसे चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रियाओं के समय इलेक्ट्रोड की मात्रा में भिन्नता के प्रतिरोध में वृद्धि, सुरक्षा सुविधाओं में सुधार। उत्कृष्ट लचीलापन और प्रक्रियात्मकता।

ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट को प्रारंभ में लिथियम लवण के साथ सूजन वाले बहुलक मैट्रिक्स के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे अब सूखे ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में जाना जाता है। आयनिक चालकता प्रदान करने के लिए लिथियम लवण बहुलक मैट्रिक्स में घुल जाते हैं। इसके भौतिक चरण के कारण, खराब आयन स्थानांतरण होता है जिसके परिणामस्वरूप कमरे के तापमान पर खराब चालकता होती है। कमरे के तापमान पर आयनिक चालकता में सुधार करने के लिए, गेल इलेक्ट्रोलाइट जोड़ा जाता है जिसके परिणामस्वरूप जीपीई का निर्माण होता है। बहुलक मैट्रिक्स में कार्बनिक तरल इलेक्ट्रोलाइट को सम्मिलित करके जीपीई का गठन किया जाता है। तरल इलेक्ट्रोलाइट बहुलक नेटवर्क की एक छोटी मात्रा में फंस जाता है, इसलिए जीपीई के गुणों को तरल और ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच गुणों की विशेषता होती है। चालन तंत्र तरल इलेक्ट्रोलाइट्स और बहुलक जैल के लिए समान है, लेकिन जीपीई में उच्च तापीय स्थिरता और कम वाष्पशील प्रकृति होती है जो सुरक्षा में भी योगदान देती है।

ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट
के साथ लिथियम सेल

ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स वाले सेल पूर्ण व्यावसायीकरण तक नहीं पहुंचे हैं और अभी भी शोध का विषय हैं। इस प्रकार की प्रोटोटाइप सेल को पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी (तरल इलेक्ट्रोलाइट के साथ) और पूरी तरह से प्लास्टिक, ठोस-अवस्था लिथियम-आयन बैटरी के बीच माना जा सकता है।

पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (PVdF) या पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल|पॉली(एक्रिलोनाइट्राइल) (PAN) जैसे बहुलक मैट्रिक्स का उपयोग करना सबसे सरल विधि है, जो पारंपरिक लवणों और सॉल्वैंट्स जैसे लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट|LiPF से युक्त होता है।6एथिलीन कार्बोनेट / डाइमिथाइल कार्बोनेट / डायथाइल कार्बोनेट में।

निशि ने उल्लेख किया है कि सोनी ने 1991 में तरल-इलेक्ट्रोलाइट लिथियम-आयन सेल के व्यावसायीकरण से पहले 1988 में गेल बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स (जीपीई) के साथ लिथियम-आयन सेल पर शोध प्रारंभ किया था। आखिरकार, इस प्रकार की सेल 1998 में बाजार में आई। चूंकि, Scrosati का तर्क है कि, सख्त अर्थों में, जेल झिल्ली को वास्तविक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है, बल्कि संकर प्रणालियों के रूप में जहां तरल चरण बहुलक मैट्रिक्स के भीतर समाहित होते हैं। चूंकि ये बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स स्पर्श करने के लिए शुष्क हो सकते हैं, फिर भी उनमें 30% से 50% तरल विलायक हो सकता है। जिसे प्लास्टिक लिथियम-आयन सेल (PLiON) कहा जाता था, और बाद में 1999 में इसका व्यावसायीकरण किया गया।

एक ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट (एसपीई) एक बहुलक माध्यम में विलायक मुक्त नमक समाधान है। यह हो सकता है, उदाहरण के लिए, लिथियम बीआईएस (फ्लोरोसल्फोनील) इमाइड (लीएफएसआई) और उच्च आणविक भार पॉलीथीन ग्लाइकोल | पॉली (एथिलीन ऑक्साइड) (पीईओ) का एक यौगिक, एक उच्च आणविक भार पॉली (पाली (ट्राइमेथिलीन कार्बोनेट)) (PTMC), पॉलीप्रोपाइलीन ऑक्साइड (पीपीओ), पॉली [बीआईएस (मेथॉक्सी-एथॉक्सी-एथॉक्सी) फॉस्फेज़ीन] (एमईईपी), आदि।

पीईओ लिथियम नमक के लिए एक ठोस विलायक के रूप में सबसे आशाजनक प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, मुख्य रूप से इसके लचीले एथिलीन ऑक्साइड सेगमेंट और अन्य ऑक्सीजन परमाणुओं के कारण जो मजबूत दाता चरित्र, सरलता से सॉल्वेटिंग ली सम्मिलित हैं।+ कटियन। पीईओ व्यावसायिक रूप से भी बहुत ही उचित कीमत पर उपलब्ध है।

इन प्रस्तावित इलेक्ट्रोलाइट्स का प्रदर्शन सामान्यतः धातु लिथियम के इलेक्ट्रोड के खिलाफ आधा सेल कॉन्फ़िगरेशन में मापा जाता है, जिससे प्रणाली लिथियम बैटरी बना देता है। लिथियम-धातु सेल, लेकिन इसका परीक्षण सामान्य लिथियम-आयन कैथोड सामग्री जैसे कि लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी | लिथियम-आयरन-फॉस्फेट (LiFePO4).

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट सेल को डिजाइन करने के अन्य प्रयासों में अकार्बनिक रसायन आयनिक तरल पदार्थ जैसे 1-ब्यूटाइल-3-मिथाइलिमिडाजोलियम टेट्राफ्लोरोबोरेट ([बीएमआईएम] बीएफ) का उपयोग सम्मिलित है।4) पॉली (विनाइलिडीन फ्लोराइड-को-हेक्साफ्लोरोप्रोपीलीन)/पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) (पीवीडीएफ-एचएफपी/पीएमएमए) जैसे माइक्रोपोरस बहुलक मैट्रिक्स में प्लास्टिसाइज़र के रूप में।

यह भी देखें

 * बैटरी प्रकारों की सूची
 * लिथियम-एयर बैटरी
 * लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी
 * लिथियम आयन बैटरी में अनुसंधान

बाहरी संबंध

 * Electropaedia on Lithium Battery Manufacturing
 * Electropaedia on Lithium Battery Failures