خلاصہ
لیتھیم آئن بیٹریاں (LIBs) کو توانائی ذخیرہ کرنے والی اہم ترین ٹیکنالوجیز میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔جیسے جیسے بیٹریوں کی توانائی کی کثافت بڑھتی ہے، اگر توانائی غیر ارادی طور پر خارج ہو جاتی ہے تو بیٹری کی حفاظت اور بھی زیادہ اہم ہو جاتی ہے۔LIBs کی آگ اور دھماکوں سے متعلق حادثات دنیا بھر میں اکثر ہوتے رہتے ہیں۔کچھ نے انسانی زندگی اور صحت کے لیے سنگین خطرات پیدا کیے ہیں اور مینوفیکچررز کی جانب سے متعدد پروڈکٹ واپس منگوائے ہیں۔یہ واقعات یاد دہانی کراتے ہیں کہ بیٹریوں کے لیے حفاظت ایک شرط ہے، اور مستقبل میں اعلی توانائی والے بیٹری سسٹمز کے استعمال سے پہلے سنگین مسائل کو حل کرنے کی ضرورت ہے۔اس جائزے کا مقصد LIB حفاظتی مسائل کی ابتدا کے بنیادی اصولوں کا خلاصہ کرنا اور LIB کی حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے مواد کے ڈیزائن میں حالیہ اہم پیش رفت کو اجاگر کرنا ہے۔ہم توقع کرتے ہیں کہ یہ جائزہ بیٹری کی حفاظت میں مزید بہتری کی ترغیب دے گا، خاص طور پر ابھرتی ہوئی LIBs کے لیے جس میں توانائی کی کثافت ہے۔
LIB سیفٹی کے مسائل کی ابتدا
LIBs کے اندر نامیاتی مائع الیکٹرولائٹ اندرونی طور پر آتش گیر ہے۔LIB سسٹم کی سب سے زیادہ تباہ کن ناکامیوں میں سے ایک کاسکیڈنگ تھرمل بھاگنا واقعہ ہے، جسے بیٹری کی حفاظت کے خدشات کی بنیادی وجہ سمجھا جاتا ہے۔عام طور پر، تھرمل رن وے اس وقت ہوتا ہے جب ایک exothermic ردعمل قابو سے باہر ہو جاتا ہے۔جیسے جیسے بیٹری کا درجہ حرارت ~ 80 ° C سے اوپر بڑھتا ہے، بیٹریوں کے اندر خارجی کیمیائی رد عمل کی شرح بڑھ جاتی ہے اور سیل کو مزید گرم کرتی ہے، جس کے نتیجے میں ایک مثبت فیڈ بیک سائیکل ہوتا ہے۔مسلسل بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے نتیجے میں آگ اور دھماکے ہو سکتے ہیں، خاص طور پر بڑے بیٹری پیک کے لیے۔لہذا، تھرمل رن وے کی وجوہات اور عمل کو سمجھنا LIBs کی حفاظت اور وشوسنییتا کو بہتر بنانے کے لیے فعال مواد کے ڈیزائن کی رہنمائی کر سکتا ہے۔تھرمل بھاگنے کے عمل کو تین مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ اس میں خلاصہ کیا گیا ہے۔تصویر 1.
تصویر 1 تھرمل بھاگنے کے عمل کے تین مراحل۔
مرحلہ 1: زیادہ گرمی کا آغاز۔بیٹریاں معمول سے غیر معمولی حالت میں بدل جاتی ہیں، اور اندرونی درجہ حرارت بڑھنا شروع ہو جاتا ہے۔مرحلہ 2: حرارت جمع ہونے اور گیس کے اخراج کا عمل۔اندرونی درجہ حرارت تیزی سے بڑھتا ہے، اور بیٹری خارجی رد عمل سے گزرتی ہے۔مرحلہ 3: دہن اور دھماکہ۔آتش گیر الیکٹرولائٹ جلتا ہے، جس سے آگ اور یہاں تک کہ دھماکے ہوتے ہیں۔
زیادہ گرمی کا آغاز (مرحلہ 1)
بیٹری سسٹم کے زیادہ گرم ہونے سے تھرمل بھاگنا شروع ہوتا ہے۔ابتدائی اوور ہیٹنگ بیٹری کے ڈیزائن کردہ وولٹیج (اوور چارجنگ) سے زیادہ چارج ہونے، ضرورت سے زیادہ درجہ حرارت کی نمائش، خراب وائرنگ کی وجہ سے بیرونی شارٹ سرکٹ، یا سیل کی خرابیوں کی وجہ سے اندرونی شارٹ سرکٹ کے نتیجے میں ہو سکتی ہے۔ان میں سے، اندرونی شارٹنگ تھرمل بھاگنے کی بنیادی وجہ ہے اور اس پر قابو پانا نسبتاً مشکل ہے۔اندرونی شارٹنگ سیل کچلنے کے حالات میں ہو سکتی ہے جیسے بیرونی دھاتی ملبے کی رسائی؛گاڑی کا تصادم؛لتیم ڈینڈرائٹ کی تشکیل ہائی کرنٹ کثافت چارجنگ کے تحت، زیادہ چارجنگ حالات میں یا کم درجہ حرارت پر؛اور بیٹری اسمبلی کے دوران بنائے گئے ناقص الگ کرنے والے، چند ایک کے نام۔مثال کے طور پر، اکتوبر 2013 کے اوائل میں، سیئٹل کے قریب ایک ٹیسلا کار دھاتی ملبے سے ٹکرا گئی جس نے شیلڈ اور بیٹری پیک کو چھید کر دیا۔ملبہ پولیمر الگ کرنے والوں میں گھس گیا اور کیتھوڈ اور اینوڈ کو براہ راست جوڑ دیا، جس سے بیٹری شارٹ سرکٹ ہو گئی اور آگ لگ گئی۔2016 میں، Samsung Note 7 کی بیٹری میں آگ کی وجہ جارحانہ طور پر الٹرا تھین سیپریٹر تھا جو کہ بیرونی دباؤ یا مثبت الیکٹروڈ پر ویلڈنگ کے burrs کی وجہ سے آسانی سے خراب ہو جاتا تھا، جس سے بیٹری شارٹ سرکٹ ہو جاتی تھی۔
مرحلہ 1 کے دوران، بیٹری کا آپریشن معمول سے غیر معمولی حالت میں بدل جاتا ہے، اور اوپر درج تمام مسائل بیٹری کو زیادہ گرم کرنے کا سبب بنیں گے۔جب اندرونی درجہ حرارت بڑھنا شروع ہوتا ہے، مرحلہ 1 ختم ہوتا ہے اور مرحلہ 2 شروع ہوتا ہے۔
حرارت جمع کرنے اور گیس کے اخراج کا عمل (مرحلہ 2)
جیسے ہی مرحلہ 2 شروع ہوتا ہے، اندرونی درجہ حرارت تیزی سے بڑھتا ہے، اور بیٹری درج ذیل رد عمل سے گزرتی ہے (یہ رد عمل بالکل دی گئی ترتیب میں نہیں ہوتے؛ ان میں سے کچھ بیک وقت ہو سکتے ہیں):
(1) ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس (SEI) زیادہ گرمی یا جسمانی دخول کی وجہ سے گلنا۔SEI پرت بنیادی طور پر مستحکم (جیسے LiF اور Li2CO3) اور میٹاسٹیبل [جیسے پولیمر، ROCO2Li، (CH2OCO2Li)2، اور ROLi] اجزاء پر مشتمل ہوتی ہے۔تاہم، میٹاسٹیبل اجزا تقریباً>90°C پر خارجی طور پر گل سکتے ہیں، آتش گیر گیسیں اور آکسیجن جاری کر سکتے ہیں۔مثال کے طور پر (CH2OCO2Li)2 لیں۔
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) SEI کے گلنے کے ساتھ، درجہ حرارت بڑھتا ہے، اور انوڈ میں لتیم دھات یا انٹرکیلیٹڈ لتیم الیکٹرولائٹ میں موجود نامیاتی سالوینٹس کے ساتھ رد عمل ظاہر کرے گا، جو آتش گیر ہائیڈرو کاربن گیسوں (ایتھین، میتھین اور دیگر) کو جاری کرے گا۔یہ ایک exothermic ردعمل ہے جو درجہ حرارت کو مزید بڑھاتا ہے۔
(3) کبT> ~130°C، پولی تھیلین (PE)/پولی پروپیلین (PP) الگ کرنے والا پگھلنا شروع کر دیتا ہے، جو صورتحال کو مزید بگاڑ دیتا ہے اور کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان شارٹ سرکٹ کا سبب بنتا ہے۔
(4) بالآخر، گرمی لیتھیم میٹل آکسائیڈ کیتھوڈ مواد کے گلنے کا سبب بنتی ہے اور اس کے نتیجے میں آکسیجن خارج ہوتی ہے۔مثال کے طور پر LiCoO2 کو لیں، جو ذیل میں ~180°C سے شروع ہوکر گل سکتا ہے۔
کیتھوڈ کا ٹوٹنا بھی انتہائی خارجی ہے، جس سے درجہ حرارت اور دباؤ میں مزید اضافہ ہوتا ہے اور اس کے نتیجے میں رد عمل میں مزید تیزی آتی ہے۔
مرحلہ 2 کے دوران، درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے اور آکسیجن بیٹریوں کے اندر جمع ہوتی ہے۔جیسے ہی بیٹری کے دہن کے لیے کافی آکسیجن اور حرارت جمع ہو جاتی ہے تھرمل بھاگنے کا عمل مرحلہ 2 سے مرحلہ 3 تک بڑھ جاتا ہے۔
دہن اور دھماکہ (مرحلہ 3)
مرحلہ 3 پر، دہن شروع ہوتا ہے۔LIBs کے الیکٹرولائٹس نامیاتی ہیں، جو تقریباً سائکلک اور لکیری الکائل کاربونیٹ کے عالمگیر امتزاج ہیں۔ان میں زیادہ اتار چڑھاؤ ہے اور یہ اندرونی طور پر انتہائی آتش گیر ہیں۔مثال کے طور پر مقبول طور پر استعمال شدہ کاربونیٹ الیکٹرولائٹ [ایتھیلین کاربونیٹ (EC) + ڈائمتھائل کاربونیٹ (DMC) (1:1 وزن کے لحاظ سے)] کو لے کر، یہ کمرے کے درجہ حرارت پر 4.8 kPa کے بخارات کے دباؤ اور انتہائی کم فلیش پوائنٹ کو ظاہر کرتا ہے۔ 1.013 بار کے ہوا کے دباؤ پر 25° ± 1°C۔اسٹیج 2 میں جاری ہونے والی آکسیجن اور حرارت آتش گیر نامیاتی الیکٹرولائٹس کے دہن کے لیے مطلوبہ حالات فراہم کرتی ہے، جس سے آگ لگنے یا دھماکے کے خطرات پیدا ہوتے ہیں۔
مراحل 2 اور 3 میں، ایکسوتھرمک رد عمل قریب قریب adiabatic حالات میں ہوتا ہے۔اس طرح، ایکسلریٹڈ ریٹ کیلوری میٹری (ARC) ایک وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والی تکنیک ہے جو LIBs کے اندر کے ماحول کی تقلید کرتی ہے، جو تھرمل رن وے ری ایکشن کینیٹکس کے بارے میں ہماری سمجھ میں سہولت فراہم کرتی ہے۔تصویر 2تھرمل ابیوز ٹیسٹ کے دوران ریکارڈ کردہ LIB کا ایک عام ARC وکر دکھاتا ہے۔درجہ 2 میں درجہ حرارت میں اضافے کی نقل کرتے ہوئے، حرارت کا ایک بیرونی ذریعہ بیٹری کے درجہ حرارت کو شروع ہونے والے درجہ حرارت تک بڑھاتا ہے۔اس درجہ حرارت کے اوپر، SEI گل جاتا ہے، جو مزید خارجی کیمیائی رد عمل کو متحرک کرے گا۔آخر کار، الگ کرنے والا پگھل جائے گا۔خود ہیٹنگ کی شرح بعد میں بڑھے گی، جس کے نتیجے میں تھرمل بھاگ جائے گا (جب خود گرم کرنے کی شرح>10°C/منٹ ہو) اور الیکٹرولائٹ دہن (مرحلہ 3)۔
انوڈ میسوکاربن مائکروبیڈ گریفائٹ ہے۔کیتھوڈ LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 ہے۔EC/PC/DMC میں الیکٹرولائٹ 1.2 M LiPF6 ہے۔سیلگارڈ 2325 ٹرائی لیئر سیپریٹر استعمال کیا گیا تھا۔الیکٹرو کیمیکل سوسائٹی انکارپوریشن سے اجازت کے ساتھ موافقت پذیر۔
واضح رہے کہ اوپر بیان کیے گئے رد عمل دی گئی ترتیب میں یکے بعد دیگرے سختی سے نہیں ہوتے ہیں۔وہ بلکہ پیچیدہ اور منظم مسائل ہیں۔
بیٹری کی بہتر حفاظت کے ساتھ مواد
بیٹری تھرمل رن وے کی سمجھ کی بنیاد پر، بیٹری کے اجزاء کے عقلی ڈیزائن کے ذریعے حفاظتی خطرات کو کم کرنے کے مقصد کے ساتھ، بہت سے طریقوں کا مطالعہ کیا جا رہا ہے۔آنے والے حصوں میں، ہم بیٹری کی حفاظت کو بہتر بنانے، مختلف تھرمل رن وے مراحل سے متعلق مسائل کو حل کرنے کے لیے مختلف مواد کے طریقوں کا خلاصہ کرتے ہیں۔
مرحلہ 1 میں مسائل کو حل کرنے کے لیے (زیادہ گرمی کا آغاز)
قابل اعتماد انوڈ مواد۔ایل آئی بی کے انوڈ پر لی ڈینڈرائٹ کی تشکیل تھرمل رن وے کے پہلے مرحلے کا آغاز کرتی ہے۔اگرچہ یہ مسئلہ تجارتی LIBs کے انوڈس (مثال کے طور پر کاربوناسیئس انوڈس) میں ختم کر دیا گیا ہے، لیکن لی ڈینڈرائٹ کی تشکیل کو مکمل طور پر روکا نہیں گیا ہے۔مثال کے طور پر، تجارتی LIBs میں، ڈینڈرائٹ جمع کرنا ترجیحی طور پر گریفائٹ الیکٹروڈ کناروں پر ہوتا ہے اگر انوڈس اور کیتھوڈس اچھی طرح سے جوڑے نہ ہوں۔اس کے علاوہ، LIBs کے آپریشن کے نامناسب حالات کے نتیجے میں ڈینڈرائٹ کی نمو کے ساتھ لی میٹل جمع ہو سکتی ہے۔یہ بات مشہور ہے کہ ڈینڈرائٹ آسانی سے بن سکتا ہے اگر بیٹری کو چارج کیا جائے (i) اعلی موجودہ کثافت پر جہاں لی دھات کا جمع بلک گریفائٹ میں لی آئنوں کے پھیلاؤ سے تیز ہوتا ہے۔(ii) اوور چارجنگ کے حالات کے تحت جب گریفائٹ کو حد سے زیادہ ختم کیا جاتا ہے۔اور (iii) کم درجہ حرارت پر [مثال کے طور پر، ذیلی درجہ حرارت (~0°C)]، مائع الیکٹرولائٹ کی بڑھتی ہوئی viscosity اور Li-ion کے پھیلاؤ کی مزاحمت میں اضافہ کی وجہ سے۔
مواد کی خصوصیات کے نقطہ نظر سے، انوڈ پر لی ڈینڈرائٹ کی نمو کے آغاز کا تعین کرنے والی جڑ غیر مستحکم اور غیر یکساں SEI ہے، جو مقامی کرنٹ کی غیر مساوی تقسیم کا سبب بنتی ہے۔الیکٹرولائٹ اجزاء، خاص طور پر اضافی، SEI یکسانیت کو بہتر بنانے اور لی ڈینڈرائٹ کی تشکیل کو ختم کرنے کے لیے تحقیق کی گئی ہے۔عام اضافی اشیاء میں غیر نامیاتی مرکبات [مثال کے طور پر CO2، LiI، وغیرہ] اور نامیاتی مرکبات شامل ہیں جن میں غیر سیر شدہ کاربن بانڈز جیسے vinylene carbonate اور maleimide additives؛غیر مستحکم چکراتی مالیکیولز جیسے کہ بیوٹائرولیکٹون، ایتھیلین سلفائٹ، اور ان کے مشتقات؛اور فلورینیٹڈ مرکبات جیسے فلوروتھیلین کاربونیٹ، دوسروں کے درمیان۔یہاں تک کہ پرزہ فی ملین کی سطح پر، یہ مالیکیول اب بھی SEI مورفولوجی کو بہتر بنا سکتے ہیں، اس طرح Li-ion کے بہاؤ کو ہم آہنگ کرتے ہیں اور Li dendrite کی تشکیل کے امکان کو ختم کرتے ہیں۔
مجموعی طور پر، لی ڈینڈرائٹ چیلنجز اب بھی گریفائٹ یا کاربوناس انوڈس اور سلکان/SiO میں موجود ہیں جن میں اگلی نسل کے انوڈس ہیں۔لی ڈینڈرائٹ کی ترقی کے مسئلے کو حل کرنا ایک چیلنج ہے جو مستقبل قریب میں اعلی توانائی کی کثافت لی آئن کیمسٹری کے موافقت کے لیے اہم ہے۔واضح رہے کہ، حال ہی میں، لی جمع کرنے کے دوران لی آئن فلوکس کو ہم آہنگ کرکے خالص لی میٹل اینوڈس میں لی ڈینڈرائٹ کی تشکیل کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے کافی کوششیں کی گئی ہیں۔مثال کے طور پر، حفاظتی تہہ کی کوٹنگ، مصنوعی SEI انجینئرنگ، وغیرہ۔ اس پہلو میں، کچھ طریقے ممکنہ طور پر اس بات پر روشنی ڈال سکتے ہیں کہ LIBs میں بھی کاربونیسیئس انوڈس کے مسئلے سے کیسے نمٹا جائے۔
ملٹی فنکشنل مائع الیکٹرولائٹس اور الگ کرنے والے.مائع الیکٹرولائٹ اور جداکار اعلی توانائی والے کیتھوڈ اور انوڈ کو جسمانی طور پر الگ کرنے میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔اس طرح، اچھی طرح سے ڈیزائن کردہ ملٹی فنکشنل الیکٹرولائٹس اور سیپریٹرز بیٹری کے تھرمل رن وے (مرحلہ 1) کے ابتدائی مرحلے میں نمایاں طور پر بیٹریوں کی حفاظت کر سکتے ہیں۔
بیٹریوں کو مکینیکل کرشنگ سے بچانے کے لیے، کاربونیٹ الیکٹرولائٹ (EC/DMC میں 1 M LiFP6) میں فیومڈ سلکا کے سادہ اضافے سے ایک قینچ گاڑھا کرنے والا مائع الیکٹرولائٹ حاصل کیا گیا ہے۔مکینیکل دباؤ یا اثر پر، سیال چپکنے کی صلاحیت میں اضافے کے ساتھ قینچ گاڑھا ہونے کا اثر ظاہر کرتا ہے، اس لیے اثر کی توانائی کو ختم کرتا ہے اور کچلنے کے لیے رواداری کا مظاہرہ کرتا ہے (تصویر 3A)
تصویر 3 اسٹیج 1 میں مسائل کو حل کرنے کی حکمت عملی۔
(A) قینچ گاڑھا کرنے والا الیکٹرولائٹ۔اوپر: عام الیکٹرولائٹ کے لیے، مکینیکل اثر بیٹری کی اندرونی کمی کا باعث بن سکتا ہے، جس سے آگ اور دھماکے ہو سکتے ہیں۔نیچے: دباؤ یا اثر کے تحت قینچ گاڑھا کرنے والے اثر کے ساتھ ناول سمارٹ الیکٹرولائٹ کرشنگ کے لیے بہترین رواداری کا مظاہرہ کرتا ہے، جو بیٹریوں کی میکانکی حفاظت کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے۔(B) لتیم ڈینڈرائٹس کی جلد پتہ لگانے کے لیے دو طرفہ جداکار۔روایتی لتیم بیٹری میں ڈینڈرائٹ کی تشکیل، جہاں لتیم ڈینڈرائٹ کے ذریعہ جداکار کے مکمل دخول کا پتہ صرف اس وقت ہوتا ہے جب اندرونی شارٹ سرکٹ کی وجہ سے بیٹری ناکام ہوجاتی ہے۔اس کے مقابلے میں، ایک لتیم بیٹری جس میں ایک دو فنکشنل سیپریٹر ہوتا ہے (دو روایتی سیپریٹروں کے درمیان سینڈویچ والی کنڈکٹنگ لیئر پر مشتمل ہوتا ہے)، جہاں زیادہ بڑھی ہوئی لیتھیم ڈینڈرائٹ سیپریٹر میں گھس جاتی ہے اور کنڈکٹنگ تانبے کی تہہ سے رابطہ کرتی ہے، جس کے نتیجے میں اس میں کمی واقع ہوتی ہے۔VCu−Li، جو اندرونی شارٹ سرکٹ کی وجہ سے آنے والی ناکامی کی وارننگ کے طور پر کام کرتا ہے۔تاہم، مکمل بیٹری غیر صفر صلاحیت کے ساتھ محفوظ طریقے سے کام کرتی ہے۔(A) اور (B) کو اسپرنگر نیچر کی اجازت سے ڈھال یا دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔(C) خطرناک لی ڈینڈرائٹس استعمال کرنے اور بیٹری کی زندگی کو بڑھانے کے لیے ٹریلیئر سیپریٹر۔بائیں: لیتھیم اینوڈس آسانی سے ڈینڈریٹک ڈپازٹس بنا سکتے ہیں، جو آہستہ آہستہ بڑے ہو سکتے ہیں اور غیر فعال پولیمر جداکار میں گھس سکتے ہیں۔جب ڈینڈرائٹس آخر کار کیتھوڈ اور اینوڈ کو جوڑ دیتے ہیں، تو بیٹری شارٹ سرکٹ ہوتی ہے اور ناکام ہوجاتی ہے۔دائیں: سیلیکا نینو پارٹیکلز کی ایک تہہ کو کمرشل پولیمر سیپریٹرز کی دو تہوں سے سینڈوچ کیا گیا تھا۔اس لیے، جب لیتھیم ڈینڈرائٹس بڑھتے ہیں اور الگ کرنے والے میں گھس جاتے ہیں، تو وہ سینڈوچڈ پرت میں موجود سلکا نینو پارٹیکلز سے رابطہ کریں گے اور الیکٹرو کیمیکل طور پر استعمال ہو جائیں گے۔(D) سیلیکا نینو پارٹیکل سینڈویچڈ سیپریٹر کی الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) امیج کو اسکین کرنا۔(E) عام وولٹیج بمقابلہ Li/L بیٹری کا ٹائم پروفائل جس میں روایتی جداکار (ریڈ وکر) اور سلیکا نینو پارٹیکل سینڈویچڈ ٹریلیئر سیپریٹر (سیاہ وکر) کا تجربہ انہی حالات میں کیا گیا۔(C)، (D)، اور (E) کو جان ولی اینڈ سنز کی اجازت سے دوبارہ پیش کیا گیا ہے۔(F) ریڈوکس شٹل ایڈیٹوز کے میکانزم کی اسکیمیٹک مثال۔زیادہ چارج شدہ کیتھوڈ کی سطح پر، ریڈوکس ایڈیٹیو کو [O] شکل میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے، جو بعد میں الیکٹرولائٹ کے ذریعے پھیلاؤ کے ذریعے انوڈ کی سطح پر اپنی اصل حالت [R] میں واپس آ جائے گا۔آکسیڈیشن-ڈفیوژن-ریڈکشن-ڈفیوژن کے الیکٹرو کیمیکل سائیکل کو غیر معینہ مدت تک برقرار رکھا جا سکتا ہے اور اس وجہ سے کیتھوڈ کی صلاحیت کو خطرناک حد سے زیادہ چارجنگ سے بند کر دیتا ہے۔(G) ریڈوکس شٹل ایڈیٹیو کے مخصوص کیمیائی ڈھانچے۔(H) شٹ ڈاؤن اوور چارج ایڈیٹوز کا طریقہ کار جو الیکٹرو کیمیکل طور پر اعلی صلاحیتوں پر پولیمرائز کر سکتا ہے۔(I) شٹ ڈاؤن اوور چارج ایڈیٹوز کے مخصوص کیمیائی ڈھانچے۔additives کے کام کرنے کی صلاحیتیں (G)، (H)، اور (I) میں ہر سالماتی ساخت کے تحت درج ہیں۔
الگ کرنے والے کیتھوڈ اور اینوڈ کو برقی طور پر موصل کر سکتے ہیں اور بیٹری کی صحت کی حالت کی نگرانی میں اہم کردار ادا کر سکتے ہیں تاکہ پچھلے مرحلے 1 میں مزید بگاڑ کو روکا جا سکے۔ مثال کے طور پر، پولیمر-میٹل-پولیمر ٹریلیئر کنفیگریشن کے ساتھ ایک "بائی فنکشنل سیپریٹر" (تصویر 3B) ایک نیا وولٹیج سینسنگ فنکشن فراہم کر سکتا ہے۔جب ایک ڈینڈرائٹ بڑھتا ہے اور درمیانی تہہ تک پہنچ جاتا ہے، تو یہ دھات کی تہہ اور اینوڈ کو اس طرح جوڑ دے گا کہ ان کے درمیان اچانک وولٹیج گرنے کا فوری طور پر آؤٹ پٹ کے طور پر پتہ لگایا جا سکے۔
پتہ لگانے کے علاوہ، ایک ٹریلیئر سیپریٹر کو خطرناک لی ڈینڈرائٹس کو استعمال کرنے اور الگ کرنے والے میں گھسنے کے بعد ان کی نشوونما کو سست کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔سیلیکا نینو پارٹیکلز کی ایک پرت، جو کمرشل پولی اولفن سیپریٹرز کی دو تہوں کے ذریعے سینڈویچ کی گئی ہے (تصویر 3, C اور D)، کسی بھی گھسنے والے خطرناک لی ڈینڈرائٹس کو کھا سکتے ہیں، اس طرح بیٹری کی حفاظت کو مؤثر طریقے سے بہتر بنا سکتے ہیں۔محفوظ بیٹری کی زندگی روایتی جداکاروں کے مقابلے میں تقریباً پانچ گنا بڑھا دی گئی۔تصویر 3E).
اوور چارجنگ تحفظ۔اوور چارجنگ کی تعریف بیٹری کو اس کے ڈیزائن کردہ وولٹیج سے زیادہ چارج کرنے کے طور پر کی جاتی ہے۔اوور چارجنگ اعلی مخصوص موجودہ کثافت، جارحانہ چارجنگ پروفائلز، وغیرہ سے متحرک ہو سکتی ہے، جس سے مسائل کا ایک سلسلہ پیدا ہو سکتا ہے، بشمول (i) انوڈ پر لی دھات کا جمع ہونا، جو بیٹری کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی اور حفاظت کو سنجیدگی سے متاثر کرتا ہے۔(ii) کیتھوڈ مواد کا گلنا، آکسیجن جاری کرنا؛اور (iii) نامیاتی الیکٹرولائٹ کا گلنا، حرارت اور گیسی مصنوعات (H2، ہائیڈرو کاربن، CO، وغیرہ) کا اخراج، جو تھرمل رن وے کے لیے ذمہ دار ہیں۔گلنے کے دوران الیکٹرو کیمیکل رد عمل پیچیدہ ہوتے ہیں، جن میں سے کچھ ذیل میں درج ہیں۔
ستارہ (*) اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ہائیڈروجن گیس پروٹک سے نکلتی ہے، جو کیتھوڈ پر کاربونیٹ کے آکسیکرن کے دوران پیدا ہونے والے گروہوں کو چھوڑ دیتی ہے، جو پھر انوڈ میں پھیل جاتی ہے تاکہ کم ہو کر H2 پیدا کرے۔
ان کے افعال میں فرق کی بنیاد پر، اوور چارج پروٹیکشن ایڈیٹوز کو ریڈوکس شٹل ایڈیٹوز اور شٹ ڈاؤن ایڈیٹوز کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔سابقہ سیل کو الٹ چارج سے بچاتا ہے، جب کہ مؤخر الذکر سیل کے آپریشن کو مستقل طور پر ختم کر دیتا ہے۔
ریڈوکس شٹل اضافی چارجز بیٹری میں لگائے گئے اضافی چارج کو الیکٹرو کیمیکل طور پر ختم کرکے کام کرتے ہیں جب زیادہ چارج ہوتا ہے۔جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 3 ایف، میکانزم ایک ریڈوکس ایڈیٹیو پر مبنی ہے جس میں الیکٹرولائٹ انوڈک سڑن کے مقابلے میں آکسیڈیشن کی صلاحیت قدرے کم ہے۔زیادہ چارج شدہ کیتھوڈ کی سطح پر، ریڈوکس ایڈیٹیو کو [O] شکل میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے، جو بعد میں الیکٹرولائٹ کے ذریعے پھیلاؤ کے بعد انوڈ کی سطح پر اپنی اصل حالت [R] میں واپس آ جائے گا۔اس کے بعد، کم کیا ہوا اضافہ دوبارہ کیتھوڈ میں پھیل سکتا ہے، اور "آکسیڈیشن-ڈفیوژن-ریڈکشن-ڈفیوژن" کے الیکٹرو کیمیکل سائیکل کو غیر معینہ مدت تک برقرار رکھا جا سکتا ہے اور اس وجہ سے کیتھوڈ کی صلاحیت کو مزید خطرناک اوور چارجنگ سے بند کر دیتی ہے۔مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ اضافی اشیاء کی ریڈوکس صلاحیت کیتھوڈ کی صلاحیت سے 0.3 سے 0.4 V زیادہ ہونی چاہئے۔
اچھی طرح سے تیار کردہ کیمیائی ڈھانچے اور ریڈوکس پوٹینشل کے ساتھ اضافی اشیاء کی ایک سیریز تیار کی گئی ہے، جس میں آرگنومیٹالک میٹالوسینز، فینوتھیازائنز، ٹرائیفینیلامینز، ڈائمتھوکسی بینزینس اور ان کے مشتقات، اور 2- (پینٹا فلوروفینائل) -ٹیٹرافلوورو-1,3,2-بینزوڈیوکستصویر 3 جی)۔مالیکیولر ڈھانچے کو ٹیلر کرکے، اضافی آکسیڈیشن پوٹینشلز کو 4 V سے اوپر بنایا جا سکتا ہے، جو تیزی سے ترقی پذیر ہائی وولٹیج کیتھوڈ مواد اور الیکٹرولائٹس کے لیے موزوں ہے۔بنیادی ڈیزائن کے اصول میں الیکٹران کو واپس لینے والے متبادل کو شامل کرنے کے ذریعہ اضافی کے سب سے زیادہ زیر قبضہ مالیکیولر مدار کو کم کرنا شامل ہے، جس سے آکسیڈیشن کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے۔نامیاتی اضافی اشیاء کے علاوہ، کچھ غیر نامیاتی نمکیات، جو نہ صرف الیکٹرولائٹ نمک کے طور پر کام کر سکتے ہیں بلکہ ایک ریڈوکس شٹل کے طور پر بھی کام کر سکتے ہیں، جیسے پرفلووروبورین کلسٹر سالٹس [یعنی لیتھیم فلوروڈوڈیکابوریٹس (Li2B12F)xH12−x)]، کو بھی موثر ریڈوکس شٹل ایڈیٹیو پایا گیا ہے۔
شٹ ڈاؤن اوور چارج ایڈیٹوز ناقابل واپسی اوور چارج پروٹیکشن ایڈیٹوز کی ایک کلاس ہیں۔وہ یا تو ہائی پوٹینشل پر گیس چھوڑ کر کام کرتے ہیں، جو بدلے میں کرنٹ انٹرپرٹر ڈیوائس کو چالو کرتا ہے، یا تباہ کن نتائج آنے سے پہلے بیٹری کے آپریشن کو ختم کرنے کے لیے ہائی پوٹینشل پر مستقل طور پر الیکٹرو کیمیکل پولیمرائز کر کے کام کرتا ہے (تصویر 3 ایچ)۔پہلے کی مثالوں میں xylene، cyclohexylbenzene، اور biphenyl شامل ہیں، جبکہ بعد کی مثالوں میں بائفنائل اور دیگر متبادل خوشبو دار مرکبات شامل ہیں (تصویر 3)۔شٹ ڈاؤن ایڈیٹوز کے منفی اثرات اب بھی LIBs کے طویل مدتی آپریشن اور اسٹوریج کی کارکردگی ہیں کیونکہ ان مرکبات کے ناقابل واپسی آکسیکرن ہیں۔
مرحلہ 2 میں مسائل کو حل کرنے کے لیے (گرمی جمع اور گیس کے اخراج کا عمل)
قابل اعتماد کیتھوڈ مواد۔لیتھیم ٹرانزیشن میٹل آکسائیڈز، جیسے تہہ دار آکسائیڈز LiCoO2، LiNiO2، اور LiMnO2؛ریڑھ کی ہڈی کی قسم کا آکسائیڈ LiM2O4؛اور polyanion قسم LiFePO4، مقبول طور پر استعمال ہونے والے کیتھوڈ مواد ہیں، تاہم، خاص طور پر اعلی درجہ حرارت پر حفاظتی مسائل کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ان میں سے، زیتون کی ساخت والا LiFePO4 نسبتاً محفوظ ہے، جو 400°C تک مستحکم ہے، جبکہ LiCoO2 250°C پر گلنا شروع ہو جاتا ہے۔LiFePO4 کی بہتر حفاظت کی وجہ یہ ہے کہ تمام آکسیجن آئن P5+ کے ساتھ مضبوط covalent بانڈز بناتے ہیں تاکہ PO43− tetrahedral polyanions بن سکیں، جو پورے سہ جہتی فریم ورک کو مستحکم کرتے ہیں اور دیگر کیتھوڈ مواد کے مقابلے میں بہتر استحکام فراہم کرتے ہیں، حالانکہ ابھی بھی موجود ہیں۔ بیٹری میں آگ لگنے کے کچھ حادثات رپورٹ ہوئے ہیں۔حفاظت کی بڑی تشویش ان کیتھوڈ مواد کے بلند درجہ حرارت پر گلنے اور بیک وقت آکسیجن کے اخراج سے پیدا ہوتی ہے، جو مل کر دہن اور دھماکوں کا باعث بن سکتے ہیں، جس سے بیٹری کی حفاظت پر سنجیدگی سے سمجھوتہ ہو سکتا ہے۔مثال کے طور پر، پرتوں والے آکسائیڈ LiNiO2 کا کرسٹل ڈھانچہ Ni2+ کے وجود کی وجہ سے غیر مستحکم ہے، جس کا آئنک سائز Li+ سے ملتا جلتا ہے۔معزول لیxNiO2 (x<1) زیادہ مستحکم اسپنل قسم کے مرحلے LiNi2O4 (اسپنل) اور راکسالٹ قسم کے NiO میں تبدیل ہوتا ہے، جس میں تقریباً 200°C پر آکسیجن مائع الیکٹرولائٹ میں خارج ہوتی ہے، جس سے الیکٹرولائٹ دہن ہوتا ہے۔
ایٹم ڈوپنگ اور سطح کی حفاظتی ملعمع کاری کے ذریعے ان کیتھوڈ مواد کے تھرمل استحکام کو بہتر بنانے کے لیے کافی کوششیں کی گئی ہیں۔
ایٹم ڈوپنگ کے نتیجے میں مستحکم کرسٹل ڈھانچے کی وجہ سے تہوں والے آکسائڈ مواد کے تھرمل استحکام کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے۔LiNiO2 یا Li1.05Mn1.95O4 کے تھرمل استحکام کو دیگر دھاتی کیشنز، جیسے Co, Mn, Mg، اور Al کے ساتھ Ni یا Mn کے جزوی متبادل کے ذریعے نمایاں طور پر بہتر کیا جا سکتا ہے۔LiCoO2 کے لیے، ڈوپنگ اور ملاوٹ کرنے والے عناصر جیسے Ni اور Mn کا تعارف سڑن شروع ہونے والے درجہ حرارت میں زبردست اضافہ کر سکتا ہے۔Tdec، جبکہ اعلی درجہ حرارت پر الیکٹرولائٹ کے ساتھ رد عمل سے بھی گریز کریں۔تاہم، عام طور پر کیتھوڈ تھرمل استحکام میں اضافہ مخصوص صلاحیت میں قربانیوں کے ساتھ آتا ہے۔اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، ایک تہہ دار لتیم نکل کوبالٹ مینگنیز آکسائیڈ پر مبنی ریچارج ایبل لیتھیم بیٹریوں کے لیے ایک ارتکاز-گریڈینٹ کیتھوڈ مواد تیار کیا گیا ہے (تصویر 4A)اس مواد میں، ہر ذرے میں ایک Ni امیر مرکزی بلک اور ایک Mn سے بھرپور بیرونی تہہ ہے، جس میں Ni کا ارتکاز کم ہوتا ہے اور Mn اور Co کے ارتکاز میں اضافہ ہوتا ہے جیسے جیسے سطح قریب آتی ہے (تصویر 4B)۔سابقہ اعلی صلاحیت فراہم کرتا ہے، جب کہ مؤخر الذکر تھرمل استحکام کو بہتر بناتا ہے۔یہ ناول کیتھوڈ مواد بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر سمجھوتہ کیے بغیر ان کی حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے دکھایا گیا تھا۔تصویر 4 سی).
تصویر 4 مرحلے 2 میں مسائل کو حل کرنے کی حکمت عملی: قابل اعتماد کیتھوڈس۔
(A) ایک مثبت الیکٹروڈ پارٹیکل کا اسکیمیٹک ڈایاگرام جس میں ایک Ni-rich کور ہے جس کے چاروں طرف ارتکاز-گریڈینٹ بیرونی تہہ ہے۔ہر ذرہ میں Ni کی مقدار میں کمی کے ساتھ مرکزی بلک Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 اور Mn سے بھرپور بیرونی تہہ [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] ہے جیسا کہ سطح کے قریب ہے.سابقہ اعلی صلاحیت فراہم کرتا ہے، جب کہ مؤخر الذکر تھرمل استحکام کو بہتر بناتا ہے۔اوسط مرکب Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 ہے۔ایک عام ذرہ کا سکیننگ الیکٹران مائکروگراف بھی دائیں طرف دکھایا گیا ہے۔(B) الیکٹران پروب ایکس رے مائیکرو تجزیہ کے نتائج حتمی لیتھیٹیڈ آکسائڈ Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2۔انٹرلیئر میں Ni، Mn، اور Co کی بتدریج ارتکاز کی تبدیلیاں واضح ہیں۔Ni کا ارتکاز کم ہو جاتا ہے، اور Co اور Mn کا ارتکاز سطح کی طرف بڑھتا ہے۔(C) ڈیفرینشل اسکیننگ کیلوری میٹری (DSC) ٹریسز جو الیکٹرولائٹ کے رد عمل سے حرارت کے بہاؤ کو ظاہر کرتے ہوئے ارتکاز-گریڈینٹ مواد Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2، Ni سے بھرپور مرکزی مواد Li(Ni0.8Co0.1Mn0)۔ 1)O2، اور Mn سے بھرپور بیرونی تہہ [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2]۔مواد کو 4.3 V پر چارج کیا گیا تھا۔ (A)، (B) اور (C) کو Springer Nature کی اجازت سے دوبارہ تیار کیا گیا ہے۔(D) بائیں: ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (TEM) AlPO4 نینو پارٹیکل – لیپت LiCoO2 کی روشن فیلڈ امیج؛توانائی کے منتشر ایکس رے سپیکٹرو میٹری کوٹنگ پرت میں Al اور P اجزاء کی تصدیق کرتی ہے۔دائیں: ہائی ریزولوشن TEM امیج نانوسکل کوٹنگ پرت میں AlPO4 نینو پارٹیکلز (~ 3 nm قطر) دکھا رہی ہے۔تیر AlPO4 پرت اور LiCoO2 کے درمیان انٹرفیس کی نشاندہی کرتے ہیں۔(E) بائیں: 12-V اوور چارج ٹیسٹ کے بعد ایک ننگے LiCoO2 کیتھوڈ پر مشتمل سیل کی تصویر۔اس وولٹیج پر سیل جل گیا اور پھٹ گیا۔دائیں: 12-V اوور چارج ٹیسٹ کے بعد AlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2 پر مشتمل سیل کی تصویر۔(D) اور (E) کو جان ولی اینڈ سنز کی اجازت سے دوبارہ پیش کیا گیا ہے۔
تھرمل استحکام کو بہتر بنانے کے لیے ایک اور حکمت عملی یہ ہے کہ کیتھوڈ میٹریل کو تھرمل طور پر مستحکم Li+ کنڈکٹنگ مرکبات کی حفاظتی پتلی تہہ کے ساتھ کوٹ کیا جائے، جو الیکٹرولائٹ کے ساتھ کیتھوڈ مواد کے براہ راست رابطے کو روک سکتا ہے اور اس طرح سائیڈ ری ایکشن اور گرمی کی پیداوار کو کم کر سکتا ہے۔کوٹنگز یا تو غیر نامیاتی فلمیں ہو سکتی ہیں [مثال کے طور پر، ZnO، Al2O3، AlPO4، AlF3، وغیرہ]، جو لیتھیٹ ہونے کے بعد لی آئنوں کو چلا سکتی ہیں (تصویر 4، D اور E)، یا نامیاتی فلمیں، جیسے پولی(diallyldimethylammonium chloride)، حفاظتی فلمیں جو γ-butyrolactone additives سے بنتی ہیں، اور multicomponent additives (vinylene carbonate، 1,3-propylene سلفائٹ، اور dimethylacetamide پر مشتمل)۔
کیتھوڈ کی حفاظت کو بڑھانے کے لیے مثبت درجہ حرارت کے گتانک کے ساتھ کوٹنگ متعارف کرانا بھی کارگر ہے۔مثال کے طور پر، پولی(3-decylthiophene)–coated LiCoO2 کیتھوڈز الیکٹرو کیمیکل ری ایکشنز اور سائڈ ری ایکشنز کو بند کر سکتے ہیں جب درجہ حرارت >80°C تک بڑھ جاتا ہے، کیونکہ کنڈکٹیو پولیمر کی تہہ تیزی سے انتہائی مزاحمتی حالت میں تبدیل ہو سکتی ہے۔ہائپر برانچڈ آرکیٹیکچر کے ساتھ سیلف ٹرمینیٹڈ اولیگومرز کی کوٹنگز بھی کیتھوڈ سائیڈ سے بیٹری کو بند کرنے کے لیے تھرمل طور پر ریسپانسیو بلاکنگ لیئر کے طور پر کام کر سکتی ہیں۔
تھرمل طور پر سوئچ ایبل کرنٹ کلیکٹر۔اسٹیج 2 پر بیٹری کے درجہ حرارت میں اضافے کے دوران الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو بند کرنے سے درجہ حرارت کو مزید بڑھنے سے مؤثر طریقے سے روکا جا سکتا ہے۔ایک تیز اور الٹنے والا تھرمور اسپانسیو پولیمر سوئچنگ (TRPS) موجودہ کلیکٹر میں اندرونی طور پر شامل کیا گیا ہے۔تصویر 5A)TRPS پتلی فلم conductive graphene-coated spiky nanostructured nickel (GrNi) کے ذرات پر مشتمل ہوتی ہے بطور کنڈکٹو فلر اور ایک PE میٹرکس جس میں تھرمل ایکسپینشن گتانک (α ~ 10−4 K−1) ہوتا ہے۔جیسا کہ من گھڑت پولیمر مرکب فلمیں کمرے کے درجہ حرارت پر اعلی چالکتا (σ) دکھاتی ہیں، لیکن جب درجہ حرارت سوئچنگ درجہ حرارت کے قریب پہنچتا ہے (Ts)، پولیمر والیوم کی توسیع کے نتیجے میں چالکتا 1 سیکنڈ کے اندر اندر سات سے آٹھ آرڈرز تک کم ہو جاتی ہے، جو کنڈکٹیو ذرات کو الگ کر دیتی ہے اور کنڈکٹیو راستے ٹوٹ جاتی ہے (تصویر 5B)۔فلم فوری طور پر موصل بن جاتی ہے اور اس طرح بیٹری کے آپریشن کو ختم کر دیتی ہے (تصویر 5C)۔یہ عمل انتہائی الٹنے والا ہے اور کارکردگی پر سمجھوتہ کیے بغیر متعدد زیادہ گرمی کے واقعات کے بعد بھی کام کر سکتا ہے۔
تصویر 5 اسٹیج 2 میں مسائل کو حل کرنے کی حکمت عملی۔
(A) TRPS موجودہ کلکٹر کے تھرمل سوئچنگ میکانزم کی اسکیمیٹک مثال۔محفوظ بیٹری میں ایک یا دو موجودہ کلیکٹر ہوتے ہیں جو ایک پتلی TRPS پرت کے ساتھ لیپت ہوتے ہیں۔یہ عام طور پر کمرے کے درجہ حرارت پر کام کرتا ہے۔تاہم، زیادہ درجہ حرارت یا بڑے کرنٹ کی صورت میں، پولیمر میٹرکس پھیلتا ہے، اس طرح کنڈکٹیو ذرات کو الگ کرتا ہے، جو اس کی چالکتا کو کم کر سکتا ہے، اس کی مزاحمت کو بہت زیادہ بڑھاتا ہے اور بیٹری کو بند کر دیتا ہے۔اس طرح بیٹری کی ساخت کو بغیر کسی نقصان کے محفوظ کیا جا سکتا ہے۔ٹھنڈا ہونے پر، پولیمر سکڑ جاتا ہے اور اصل ترسیلی راستے دوبارہ حاصل کر لیتا ہے۔(B) مختلف TRPS فلموں کی مزاحمتی تبدیلیاں درجہ حرارت کے فعل کے طور پر، بشمول PE/GrNi مختلف GrNi لوڈنگ کے ساتھ اور PP/GrNi 30% (v/v) GrNi کی لوڈنگ کے ساتھ۔(C) 25°C اور شٹ ڈاؤن کے درمیان محفوظ LiCoO2 بیٹری سائیکلنگ کی صلاحیت کا خلاصہ۔70°C پر صفر کے قریب گنجائش مکمل بند ہونے کی نشاندہی کرتی ہے۔(A)، (B)، اور (C) کو Springer Nature کی اجازت سے دوبارہ پیش کیا گیا ہے۔(D) LIBs کے لیے مائکرو اسپیئر پر مبنی شٹ ڈاؤن تصور کی منصوبہ بندی کی نمائندگی۔الیکٹروڈز تھرمور اسپانسیو مائیکرو اسپیئرز کے ساتھ فعال ہوتے ہیں جو بیٹری کے اہم درجہ حرارت کے اوپر، تھرمل منتقلی (پگھل) سے گزرتے ہیں۔پگھلے ہوئے کیپسول الیکٹروڈ کی سطح پر کوٹ کرتے ہیں، ایک ionically موصلی رکاوٹ بناتے ہیں اور بیٹری سیل کو بند کر دیتے ہیں۔(E) 94% ایلومینا ذرات اور 6% اسٹائرین-بوٹاڈین ربڑ (SBR) بائنڈر پر مشتمل ایک پتلی اور خود کھڑی غیر نامیاتی جامع جھلی کو حل کاسٹنگ طریقہ سے تیار کیا گیا تھا۔دائیں: غیر نامیاتی مرکب جداکار اور PE الگ کرنے والے کے تھرمل استحکام کو ظاہر کرنے والی تصاویر۔الگ کرنے والوں کو 40 منٹ کے لیے 130 ° C پر رکھا گیا تھا۔PE نقطہ دار مربع والے علاقے سے نمایاں طور پر سکڑ گیا۔تاہم، جامع جداکار نے واضح سکڑاؤ نہیں دکھایا۔ایلسیویئر کی اجازت سے دوبارہ پیش کیا گیا۔(F) کچھ زیادہ پگھلنے والے درجہ حرارت والے پولیمر کی مالیکیولر ڈھانچہ کم اعلی درجہ حرارت سکڑنے والے الگ کرنے والے مواد کے طور پر۔اوپر: پولیمائڈ (PI)۔درمیانی: سیلولوز۔نیچے: پولی (بیٹیلین) ٹیریفتھلیٹ۔(G) بائیں: PI کے DSC سپیکٹرا کا PE اور PP الگ کرنے والے کے ساتھ موازنہ؛PI الگ کرنے والا درجہ حرارت کی حد میں 30° سے 275°C تک بہترین تھرمل استحکام دکھاتا ہے۔دائیں: ڈیجیٹل کیمرہ کی تصاویر جس میں کمرشل سیپریٹر اور جیسا کہ ترکیب شدہ PI الگ کرنے والا پروپیلین کاربونیٹ الیکٹرولائٹ کے ساتھ گیلا پن کا موازنہ کیا گیا ہے۔امریکن کیمیکل سوسائٹی کی اجازت سے دوبارہ پیش کیا گیا۔
تھرمل شٹ ڈاؤن جداکار۔اسٹیج 2 کے دوران بیٹریوں کو تھرمل رن وے سے روکنے کے لیے ایک اور حکمت عملی یہ ہے کہ لی آئنوں کی ترسیل کے راستے کو الگ کرنے والے کے ذریعے بند کیا جائے۔علیحدگی کار LIBs کی حفاظت کے لیے کلیدی اجزاء ہیں، کیونکہ یہ اعلی توانائی والے کیتھوڈ اور اینوڈ مواد کے درمیان براہ راست برقی رابطے کو روکتے ہیں جبکہ آئنک نقل و حمل کی اجازت دیتے ہیں۔PP اور PE سب سے زیادہ استعمال ہونے والے مواد ہیں، لیکن ان کا تھرمل استحکام ناقص ہے، بالترتیب ~165° اور ~135°C کے پگھلنے والے پوائنٹس کے ساتھ۔کمرشل LIB کے لیے، PP/PE/PP ٹریلیئر ڈھانچے والے الگ کرنے والے پہلے ہی کمرشلائز ہو چکے ہیں، جہاں PE ایک حفاظتی درمیانی تہہ ہے۔جب بیٹری کا اندرونی درجہ حرارت ایک اہم درجہ حرارت (~130 °C) سے زیادہ بڑھ جاتا ہے تو، غیر محفوظ پی ای پرت جزوی طور پر پگھل جاتی ہے، فلمی سوراخوں کو بند کر دیتی ہے اور مائع الیکٹرولائٹ میں آئنوں کی منتقلی کو روکتی ہے، جبکہ پی پی پرت اندرونی سے بچنے کے لیے مکینیکل مدد فراہم کرتی ہے۔ مختصر کرنامتبادل طور پر، LIB کے تھرمل طور پر حوصلہ افزائی شدہ شٹ ڈاؤن کو بیٹری کے انوڈس یا جداکاروں کی حفاظتی تہہ کے طور پر تھرمور اسپانسیو PE یا پیرافین ویکس مائیکرو اسپیئرز کا استعمال کر کے بھی حاصل کیا جا سکتا ہے۔جب اندرونی بیٹری کا درجہ حرارت ایک اہم قدر تک پہنچ جاتا ہے تو، مائکرو اسپیرز پگھلتے ہیں اور انوڈ/سیپریٹر کو غیر پارگمی رکاوٹ کے ساتھ لپیٹ دیتے ہیں، لی آئن کی نقل و حمل کو روکتے ہیں اور سیل کو مستقل طور پر بند کر دیتے ہیں (تصویر 5D).
اعلی تھرمل استحکام کے ساتھ جداکار۔بیٹری الگ کرنے والوں کے تھرمل استحکام کو بہتر بنانے کے لیے، پچھلے کئی سالوں کے دوران دو طریقے تیار کیے گئے ہیں:
(1) سیرامک سے بڑھے ہوئے جداکار، جو یا تو براہ راست کوٹنگ کے ذریعے یا سیرامک تہوں جیسے SiO2 اور Al2O3 کی موجودہ پولی اولیفین الگ کرنے والی سطحوں پر یا سیرامک پاؤڈرز کو پولیمرک مواد میں سرایت کر کے من گھڑت ہیں۔تصویر 5E)، بہت زیادہ پگھلنے والے پوائنٹس اور اعلی مکینیکل طاقت دکھاتے ہیں اور نسبتاً زیادہ تھرمل چالکتا بھی رکھتے ہیں۔اس حکمت عملی کے ذریعے بنائے گئے کچھ جامع علیحدگی کاروں کو تجارتی بنا دیا گیا ہے، جیسے Separion (ایک تجارتی نام)۔
(2) الگ کرنے والے مواد کو پولی اولفن سے ہائی پگھلنے والے درجہ حرارت والے پولیمر میں تبدیل کرنا جس میں گرم ہونے پر کم سکڑ جاتا ہے، جیسے پولیمائیڈ، سیلولوز، پولی (بیوٹلین) ٹیریفتھلیٹ، اور دیگر مشابہ پولی (ایسٹرز)، تھرمل استحکام کو بہتر بنانے کے لیے ایک اور موثر حکمت عملی ہے۔ جدا کرنے والوں کا (تصویر 5 ایف)۔مثال کے طور پر، پولیمائیڈ ایک تھرموسیٹنگ پولیمر ہے جسے وسیع پیمانے پر ایک امید افزا متبادل سمجھا جاتا ہے کیونکہ اس کی بہترین تھرمل استحکام (400 ° C سے زیادہ مستحکم)، اچھی کیمیائی مزاحمت، اعلی تناؤ کی طاقت، اچھی الیکٹرولائٹ گیلا ہونے کی صلاحیت، اور شعلہ ریٹارڈنسی (تصویر 5 جی)
کولنگ فنکشن کے ساتھ بیٹری پیکجز۔بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنانے اور درجہ حرارت میں اضافے کو سست کرنے کے لیے ہوا یا مائع کولنگ کی گردش کے ذریعے فعال ہونے والے ڈیوائس پیمانے کے تھرمل مینجمنٹ سسٹمز کا استعمال کیا گیا ہے۔اس کے علاوہ، فیز چینج مواد جیسے پیرافین ویکس کو بیٹری پیک میں ضم کر دیا گیا ہے تاکہ ان کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کے لیے حرارت کے سنک کے طور پر کام کیا جا سکے، اس لیے درجہ حرارت کے غلط استعمال سے گریز کیا جائے۔
مرحلہ 3 میں مسائل کو حل کرنے کے لیے (دہن اور دھماکہ)
حرارت، آکسیجن اور ایندھن، جسے "آگ کا مثلث" کہا جاتا ہے، زیادہ تر آگ کے لیے ضروری اجزاء ہیں۔مرحلہ 1 اور 2 کے دوران پیدا ہونے والی حرارت اور آکسیجن کے جمع ہونے سے، ایندھن (یعنی انتہائی آتش گیر الیکٹرولائٹس) خود بخود دہن ہونا شروع ہو جائیں گے۔الیکٹرولائٹ سالوینٹس کی آتش گیریت کو کم کرنا بیٹری کی حفاظت اور LIBs کے مزید بڑے پیمانے پر استعمال کے لیے بہت ضروری ہے۔
شعلہ retardant additives.مائع الیکٹرولائٹس کی آتش گیریت کو کم کرنے کے لیے شعلہ retardant additives کی ترقی کے لیے زبردست تحقیقی کوششیں وقف کی گئی ہیں۔مائع الیکٹرولائٹس میں استعمال ہونے والے زیادہ تر شعلہ retardant additives نامیاتی فاسفورس مرکبات یا نامیاتی halogenated مرکبات پر مبنی ہیں۔چونکہ ہالوجن ماحول اور انسانی صحت کے لیے مضر ہیں، اس لیے نامیاتی فاسفورس مرکبات اپنی اعلی شعلہ بند کرنے کی صلاحیت اور ماحولیاتی دوستی کی وجہ سے شعلہ مزاحمت کے طور پر زیادہ امید افزا امیدوار ہیں۔عام نامیاتی فاسفورس مرکبات میں ٹرائیمتھائل فاسفیٹ، ٹرائیفینائل فاسفیٹ، bis(2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate، tris(2,2,2-trifluoroethyl) فاسفائٹ، (ethoxy) pentafluorocyclotriphaylneethylphosphate، etc.تصویر 6A)۔ان فاسفورس پر مشتمل مرکبات کے شعلے کی روک تھام کے اثرات کا طریقہ کار عام طور پر ایک کیمیکل ریڈیکل اسکیوینگنگ عمل سمجھا جاتا ہے۔دہن کے دوران، فاسفورس پر مشتمل مالیکیولز فاسفورس پر مشتمل فری ریڈیکل پرجاتیوں میں گل سکتے ہیں، جو پھر زنجیر کے رد عمل کے پھیلاؤ کے دوران پیدا ہونے والے ریڈیکلز (مثال کے طور پر H اور OH ریڈیکلز) کو ختم کر سکتے ہیں جو مسلسل دہن کے لیے ذمہ دار ہیں۔تصویر 6، بی اور سی)۔بدقسمتی سے، ان فاسفورس پر مشتمل شعلہ retardants کے اضافے کے ساتھ آتش گیریت میں کمی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کی قیمت پر آتی ہے۔اس تجارت کو بہتر بنانے کے لیے، دوسرے محققین نے ان کے مالیکیولر ڈھانچے میں کچھ تبدیلیاں کی ہیں: (i) الکائل فاسفیٹس کی جزوی فلورینیشن ان کے تخفیف کے استحکام اور ان کی شعلہ تابکاری کی تاثیر کو بہتر بنا سکتی ہے۔(ii) حفاظتی فلم بنانے اور شعلے کو روکنے والی دونوں خصوصیات کے حامل مرکبات کا استعمال، جیسے کہ bis(2-methoxyethoxy)methylallylphosphonate، جہاں ایلیلک گروپ پولیمرائز کر سکتے ہیں اور گریفائٹ کی سطحوں پر ایک مستحکم SEI فلم بنا سکتے ہیں، اس طرح مؤثر طریقے سے مؤثر طریقے سے روکا جا سکتا ہے۔ رد عمل؛(iii) P(V) فاسفیٹ کا P(III) فاسفائٹس میں تبدیلی، جو SEI کی تشکیل میں سہولت فراہم کرتے ہیں اور خطرناک PF5 کو غیر فعال کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں [مثال کے طور پر، tris(2,2,2-trifluoroethyl) فاسفائٹ]؛اور (iv) organophosphorus additives کی جگہ cyclic phosphazenes، خاص طور پر fluorinated cyclophosphazene، جس نے الیکٹرو کیمیکل مطابقت کو بڑھایا ہے۔
تصویر 6 اسٹیج 3 میں مسائل کو حل کرنے کی حکمت عملی۔
(A) شعلہ retardant additives کے مخصوص سالماتی ڈھانچے۔(B) ان فاسفورس پر مشتمل مرکبات کے شعلے کی روک تھام کے اثرات کا طریقہ کار عام طور پر ایک کیمیکل ریڈیکل اسکیوینجنگ عمل سمجھا جاتا ہے، جو گیس کے مرحلے میں دہن کے رد عمل کے لیے ذمہ دار ریڈیکل چین ری ایکشنز کو ختم کر سکتا ہے۔TPP، triphenyl فاسفیٹ.(C) عام کاربونیٹ الیکٹرولائٹ کے خود بجھانے کے وقت (SET) کو ٹرائیفینائل فاسفیٹ کے اضافے سے نمایاں طور پر کم کیا جا سکتا ہے۔(D) LIBs کے لئے تھرمل ٹرگرڈ شعلہ retardant خصوصیات کے ساتھ "سمارٹ" الیکٹرو اسپن جداکار کا منصوبہ۔فری اسٹینڈنگ سیپریٹر مائیکرو فائبرز پر مشتمل ہے جس میں کور شیل ڈھانچہ ہے، جہاں شعلہ ریٹارڈنٹ کور ہے اور پولیمر شیل ہے۔تھرمل ٹرگرنگ پر، پولیمر شیل پگھل جاتا ہے اور پھر انکیپسلیٹڈ شعلہ ریٹارڈنٹ الیکٹرولائٹ میں جاری ہوتا ہے، اس طرح الیکٹرولائٹس کے اگنیشن اور جلنے کو مؤثر طریقے سے دباتا ہے۔(E) اینچنگ کے بعد TPP@PVDF-HFP مائیکرو فائبر کی SEM تصویر واضح طور پر ان کی بنیادی شیل ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔اسکیل بار، 5 μm۔(F) کمرے کے درجہ حرارت کے آئنک مائع کی مخصوص سالماتی ساختیں جو LIBs کے لیے غیر آتش گیر الیکٹرولائٹس کے طور پر استعمال ہوتی ہیں۔(G) PFPE کا سالماتی ڈھانچہ، ایک غیر آتش گیر پرفلورینیٹڈ پی ای او اینالاگ۔دو میتھائل کاربونیٹ گروپوں کو پولیمر چینز کے ٹرمینلز پر تبدیل کیا گیا ہے تاکہ موجودہ بیٹری سسٹمز کے ساتھ مالیکیولز کی مطابقت کو یقینی بنایا جا سکے۔
واضح رہے کہ الیکٹرولائٹ کی کم آتش گیریت اور درج کردہ ایڈیٹیو کے لیے سیل کی کارکردگی کے درمیان ہمیشہ ایک تجارت ہوتی ہے، حالانکہ مذکورہ مالیکیولر ڈیزائن کے ذریعے اس سمجھوتہ کو بہتر بنایا گیا ہے۔اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے ایک اور مجوزہ حکمت عملی میں مائیکرو فائبر کے حفاظتی پولیمر شیل کے اندر شعلہ retardant کو شامل کرنا شامل ہے، جنہیں مزید اسٹیک کیا جاتا ہے تاکہ ایک غیر بنے ہوئے جداکار (تصویر 6D)LIBs کے لیے تھرمل ٹرگرڈ شعلہ retardant خصوصیات کے ساتھ ایک ناول الیکٹرو اسپن غیر بنے ہوئے مائیکرو فائبر الگ کرنے والا بنایا گیا تھا۔حفاظتی پولیمر شیل کے اندر شعلہ retardant کا انکیپسولیشن شعلہ retardant کے الیکٹرولائٹ کو براہ راست نمائش سے روکتا ہے، بیٹری کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر retardants کے منفی اثرات کو روکتا ہے (تصویر 6E)۔تاہم، اگر LIB بیٹری کا تھرمل رن وے ہوتا ہے، تو پولی (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) شیل درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ پگھل جائے گا۔پھر encapsulated triphenyl فاسفیٹ شعلہ retardant الیکٹرولائٹ میں جاری کیا جائے گا، اس طرح انتہائی آتش گیر الیکٹرولائٹس کے دہن کو مؤثر طریقے سے دبایا جائے گا۔
اس مخمصے کو حل کرنے کے لیے ایک "نمک مرکوز الیکٹرولائٹ" کا تصور بھی تیار کیا گیا تھا۔ریچارج ایبل بیٹریوں کے لیے یہ آگ بجھانے والے نامیاتی الیکٹرولائٹس میں نمک کے طور پر LiN(SO2F)2 اور ٹرائیمتھائل فاسفیٹ (TMP) کا واحد سالوینٹ کے طور پر مقبول شعلہ ریٹارڈنٹ ہوتا ہے۔انوڈ پر ایک مضبوط نمک سے ماخوذ غیر نامیاتی SEI کی بے ساختہ تشکیل مستحکم الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے لیے اہم ہے۔اس نئی حکمت عملی کو مختلف دیگر شعلے retardants تک بڑھایا جا سکتا ہے اور محفوظ LIBs کے لیے نئے شعلہ retardant سالوینٹس تیار کرنے کا ایک نیا راستہ کھل سکتا ہے۔
غیر آتش گیر مائع الیکٹرولائٹس۔الیکٹرولائٹ کے حفاظتی مسائل کا حتمی حل اندرونی طور پر غیر آتش گیر الیکٹرولائٹس تیار کرنا ہوگا۔غیر آتش گیر الیکٹرولائٹس کا ایک گروپ جس کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے وہ آئنک مائعات ہیں، خاص طور پر کمرے کے درجہ حرارت کے آئنک مائعات، جو غیر متزلزل ہوتے ہیں (200 ° C سے کم بخارات کا کوئی پتہ لگانے والا دباؤ نہیں) اور غیر آتش گیر اور وسیع درجہ حرارت کی کھڑکی (تصویر 6 ایف)تاہم، ان کی اعلی viscosity، کم Li ٹرانسفرنس نمبر، کیتھوڈک یا reductive عدم استحکام، اور ionic مائعات کی زیادہ قیمت سے پیدا ہونے والے کم شرح کی صلاحیت کے مسائل کو حل کرنے کے لیے مسلسل تحقیق کی ضرورت ہے۔
کم مالیکیولر ویٹ ہائیڈرو فلورو ایتھرز غیر آتش گیر مائع الیکٹرولائٹس کی ایک اور کلاس ہیں کیونکہ ان کے زیادہ یا بغیر فلیش پوائنٹ، غیر آتش گیریت، کم سطح کا تناؤ، کم وسکوسیٹی، کم منجمد درجہ حرارت وغیرہ۔بیٹری الیکٹرولائٹس کے معیار پر پورا اترنے کے لیے ان کی کیمیائی خصوصیات کو ڈھالنے کے لیے مناسب مالیکیولر ڈیزائن بنایا جانا چاہیے۔ایک دلچسپ مثال جس کی حال ہی میں اطلاع دی گئی ہے وہ ہے perfluoropolyether (PFPE)، ایک perfluorinated polyethylene oxide (PEO) ینالاگ جو کہ اپنی غیر آتش گیریت کے لیے مشہور ہے۔تصویر 6 جی)PFPE چینز (PFPE-DMC) کے ٹرمینل گروپس پر دو میتھائل کاربونیٹ گروپس میں ترمیم کی گئی ہے تاکہ موجودہ بیٹری سسٹمز کے ساتھ مالیکیولز کی مطابقت کو یقینی بنایا جا سکے۔اس طرح، PFPEs کی غیر آتش گیریت اور تھرمل استحکام LIBs کی حفاظت کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے جبکہ منفرد مالیکیولر ڈھانچے کے ڈیزائن کی وجہ سے الیکٹرولائٹ ٹرانسفرنس نمبر میں اضافہ کر سکتا ہے۔
مرحلہ 3 تھرمل بھاگنے کے عمل کا حتمی لیکن خاص طور پر اہم مرحلہ ہے۔واضح رہے کہ اگرچہ جدید ترین مائع الیکٹرولائٹ کی آتش گیریت کو کم کرنے کے لیے بڑی کوششیں کی گئی ہیں، لیکن سالڈ سٹیٹ الیکٹرولائٹس جو کہ غیر متزلزل ہیں ان کا استعمال بہت اچھا وعدہ ظاہر کرتا ہے۔ٹھوس الیکٹرولائٹس بنیادی طور پر دو قسموں میں آتی ہیں: غیر نامیاتی سیرامک الیکٹرولائٹس [سلفائڈز، آکسائیڈز، نائٹرائڈز، فاسفیٹس، وغیرہ] اور ٹھوس پولیمر الیکٹرولائٹس [لی نمکیات کا پولیمر کے ساتھ مرکب، جیسے پولی(ایتھیلین آکسائیڈ)، پولی ایکریلونیٹریل وغیرہ]۔ٹھوس الیکٹرولائٹس کو بہتر بنانے کی کوششوں کی تفصیل یہاں نہیں دی جائے گی، کیونکہ اس موضوع کا پہلے ہی کئی حالیہ جائزوں میں خلاصہ کیا جا چکا ہے۔
آؤٹ لک
ماضی میں، بیٹری کی حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے بہت سے نئے مواد تیار کیے گئے ہیں، حالانکہ ابھی تک یہ مسئلہ مکمل طور پر حل نہیں ہوا ہے۔اس کے علاوہ، حفاظتی مسائل کے بنیادی میکانزم ہر ایک مختلف بیٹری کیمسٹری کے لیے مختلف ہوتے ہیں۔اس طرح، مختلف بیٹریوں کے لیے مخصوص مواد کو ڈیزائن کیا جانا چاہیے۔ہمیں یقین ہے کہ مزید موثر طریقے اور اچھی طرح سے ڈیزائن کردہ مواد دریافت ہونا باقی ہے۔یہاں، ہم مستقبل کی بیٹری کی حفاظت کی تحقیق کے لیے کئی ممکنہ سمتوں کی فہرست دیتے ہیں۔
سب سے پہلے، یہ ضروری ہے کہ LIBs کی اندرونی صحت کی حالتوں کا پتہ لگانے اور ان کی نگرانی کرنے کے لیے حالات میں یا اوپرینڈو طریقوں کو تیار کیا جائے۔مثال کے طور پر، تھرمل بھاگنے کا عمل LIBs کے اندرونی درجہ حرارت یا دباؤ میں اضافے سے گہرا تعلق رکھتا ہے۔تاہم، بیٹریوں کے اندر درجہ حرارت کی تقسیم کافی پیچیدہ ہے، اور الیکٹرولائٹس اور الیکٹروڈز کے ساتھ ساتھ جداکاروں کی قدروں کو درست طریقے سے مانیٹر کرنے کے لیے طریقوں کی ضرورت ہے۔اس طرح، مختلف اجزاء کے لیے ان پیرامیٹرز کی پیمائش کرنے کے قابل ہونا بیٹری کی حفاظت کے خطرات کی تشخیص اور اس طرح سے روکنے کے لیے اہم ہے۔
بیٹری کی حفاظت کے لیے الگ کرنے والوں کا تھرمل استحکام بہت اہم ہے۔اعلی پگھلنے والے پوائنٹس کے ساتھ نئے تیار کردہ پولیمر الگ کرنے والے کی تھرمل سالمیت کو بڑھانے میں موثر ہیں۔تاہم، ان کی مکینیکل خصوصیات اب بھی کمتر ہیں، بیٹری کی اسمبلی کے دوران ان کے عمل کو بہت کم کر دیتی ہے۔مزید یہ کہ قیمت بھی ایک اہم عنصر ہے جس پر عملی اطلاق کے لیے غور کیا جانا چاہیے۔
ایسا لگتا ہے کہ ٹھوس الیکٹرولائٹس کی ترقی LIBs کے حفاظتی مسائل کا حتمی حل ہے۔ٹھوس الیکٹرولائٹ آگ اور دھماکوں کے خطرے کے ساتھ ساتھ بیٹری کے اندرونی شارٹ ہونے کے امکان کو بہت حد تک کم کر دے گا۔اگرچہ ٹھوس الیکٹرولائٹس کی ترقی کے لیے بڑی کوششیں وقف کی گئی ہیں، لیکن ان کی کارکردگی مائع الیکٹرولائٹس سے بہت پیچھے ہے۔غیر نامیاتی اور پولیمر الیکٹرولائٹس کے مرکبات بڑی صلاحیت کو ظاہر کرتے ہیں، لیکن انہیں نازک ڈیزائن اور تیاری کی ضرورت ہوتی ہے۔ہم اس بات پر زور دیتے ہیں کہ غیر نامیاتی پولیمر انٹرفیس کا مناسب ڈیزائن اور ان کی صف بندی کی انجینئرنگ موثر Li-ion ٹرانسپورٹ کے لیے اہم ہیں۔
واضح رہے کہ مائع الیکٹرولائٹ بیٹری کا واحد جزو نہیں ہے جو آتش گیر ہے۔مثال کے طور پر، جب LIBs کو بہت زیادہ چارج کیا جاتا ہے، تو آتش گیر لیتھیٹیڈ اینوڈ مواد (مثال کے طور پر، لیتھیٹیڈ گریفائٹ) بھی حفاظت کا ایک بڑا مسئلہ ہوتا ہے۔شعلہ retardants جو ٹھوس ریاستی مواد کی آگ کو مؤثر طریقے سے روک سکتے ہیں ان کی حفاظت کو بڑھانے کے لیے بہت زیادہ مطالبہ کیا جاتا ہے۔شعلہ retardants کو پولیمر بائنڈر یا conductive فریم ورک کی شکل میں گریفائٹ کے ساتھ ملایا جا سکتا ہے۔
بیٹری کی حفاظت ایک پیچیدہ اور نفیس مسئلہ ہے۔بیٹری کی حفاظت کا مستقبل مزید جدید خصوصیات کے طریقوں کے علاوہ گہرائی سے سمجھنے کے لیے بنیادی میکانکی مطالعات میں مزید کوششوں کا مطالبہ کرتا ہے، جو مواد کے ڈیزائن کی رہنمائی کے لیے مزید معلومات پیش کر سکتے ہیں۔اگرچہ یہ جائزہ مواد کی سطح کی حفاظت پر توجہ مرکوز کرتا ہے، لیکن یہ یاد رکھنا چاہیے کہ LIBs کے حفاظتی مسئلے کو حل کرنے کے لیے ایک جامع نقطہ نظر کی مزید ضرورت ہے، جہاں مواد، سیل کے اجزاء اور فارمیٹ، اور بیٹری ماڈیول اور پیک بیٹریوں کو قابل اعتماد بنانے کے لیے یکساں کردار ادا کرتے ہیں۔ وہ مارکیٹ میں جاری کیے جاتے ہیں.
حوالہ جات اور نوٹس
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, Lithium-ion بیٹری کی حفاظت کے لیے مواد, Science Advances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
پوسٹ ٹائم: جون 05-2021
