ایک لیتھیم آئن بیٹری یا لی آئن بیٹری (مختصر طور پر LIB) ایک قسم کی ریچارج ایبل بیٹری ہے۔لیتھیم آئن بیٹریاں عام طور پر پورٹیبل الیکٹرانکس اور الیکٹرک گاڑیوں کے لیے استعمال ہوتی ہیں اور فوجی اور ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے مقبولیت میں بڑھ رہی ہیں۔ایک پروٹوٹائپ لی آئن بیٹری اکیرا یوشینو نے 1985 میں تیار کی تھی، جو جان گوڈینوف، ایم اسٹینلے وائٹنگھم، راچڈ یزامی اور کوئچی میزوشیما کی 1970-1980 کی دہائی کے دوران پہلے کی تحقیق پر مبنی تھی، اور پھر ایک کمرشل لی آئن بیٹری تیار کی گئی۔ 1991 میں یوشیو نیشی کی قیادت میں سونی اور آساہی کیسئی کی ٹیم۔ 2019 میں، کیمسٹری کا نوبل انعام یوشینو، گڈینوف، اور وِٹنگھم کو "لیتھیم آئن بیٹریوں کی ترقی کے لیے" دیا گیا۔

بیٹریوں میں، لیتھیم آئن خارج ہونے کے دوران الیکٹرولائٹ کے ذریعے منفی الیکٹروڈ سے مثبت الیکٹروڈ میں منتقل ہوتے ہیں، اور چارج کرتے وقت واپس آتے ہیں۔لی آئن بیٹریاں ایک انٹرکیلیٹڈ لتیم مرکب کو مثبت الیکٹروڈ پر مواد کے طور پر استعمال کرتی ہیں اور عام طور پر منفی الیکٹروڈ پر گریفائٹ۔بیٹریوں میں توانائی کی کثافت زیادہ ہوتی ہے، کوئی میموری اثر نہیں ہوتا ہے (LFP سیلز کے علاوہ) اور کم از خود خارج ہونے والا مادہ۔تاہم یہ حفاظتی خطرہ ہو سکتے ہیں کیونکہ ان میں آتش گیر الیکٹرولائٹس ہوتے ہیں، اور اگر نقصان پہنچا یا غلط چارج کیا جائے تو دھماکے اور آگ لگ سکتی ہے۔سام سنگ کو لیتھیم آئن میں آگ لگنے کے بعد گلیکسی نوٹ 7 ہینڈ سیٹس کو واپس منگوانے پر مجبور کیا گیا، اور بوئنگ 787s پر بیٹریاں شامل ہونے کے کئی واقعات ہو چکے ہیں۔

کیمسٹری، کارکردگی، قیمت اور حفاظتی خصوصیات LIB کی اقسام میں مختلف ہوتی ہیں۔ہینڈ ہیلڈ الیکٹرانکس زیادہ تر لیتھیم پولیمر بیٹریاں (الیکٹرولائٹ کے طور پر پولیمر جیل کے ساتھ) لیتھیم کوبالٹ آکسائڈ (LiCoO2) کے ساتھ کیتھوڈ مواد کے طور پر استعمال کرتے ہیں، جو کہ اعلی توانائی کی کثافت پیش کرتے ہیں، لیکن حفاظتی خطرات پیش کرتے ہیں، خاص طور پر جب نقصان پہنچا ہو۔لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4)، لیتھیم مینگنیج آکسائیڈ (LiMn2O4، Li2MnO3، یا LMO)، اور لیتھیم نکل مینگنیج کوبالٹ آکسائیڈ (LiNiMnCoO2 یا NMC) کم توانائی کی کثافت لیکن طویل زندگی اور آگ یا دھماکے کے کم امکانات پیش کرتے ہیں۔اس طرح کی بیٹریاں برقی آلات، طبی آلات اور دیگر کرداروں کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں۔NMC اور اس کے مشتقات الیکٹرک گاڑیوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔

لیتھیم آئن بیٹریوں کے تحقیقی شعبوں میں زندگی بھر بڑھانا، توانائی کی کثافت میں اضافہ، حفاظت کو بہتر بنانا، لاگت کو کم کرنا، اور چارجنگ کی رفتار میں اضافہ شامل ہیں۔غیر آتش گیر الیکٹرولائٹس کے علاقے میں عام الیکٹرولائٹ میں استعمال ہونے والے نامیاتی سالوینٹس کی آتش گیریت اور اتار چڑھاؤ کی بنیاد پر حفاظت کو بڑھانے کے راستے کے طور پر تحقیق جاری ہے۔حکمت عملیوں میں آبی لتیم آئن بیٹریاں، سیرامک ​​ٹھوس الیکٹرولائٹس، پولیمر الیکٹرولائٹس، آئنک مائعات، اور بھاری فلورینیٹڈ نظام شامل ہیں۔

بیٹری بمقابلہ سیل

سیل ایک بنیادی الیکٹرو کیمیکل یونٹ ہے جس میں الیکٹروڈ، الگ کرنے والا اور الیکٹرولائٹ ہوتا ہے۔

بیٹری یا بیٹری پیک سیلز یا سیل اسمبلیوں کا مجموعہ ہے، جس میں رہائش، برقی کنکشن، اور کنٹرول اور تحفظ کے لیے ممکنہ طور پر الیکٹرانکس ہیں۔

انوڈ اور کیتھوڈ الیکٹروڈ
ریچارج ایبل سیلز کے لیے، انوڈ (یا منفی الیکٹروڈ) کی اصطلاح الیکٹروڈ کو متعین کرتی ہے جہاں ڈسچارج سائیکل کے دوران آکسیڈیشن ہو رہی ہے۔دوسرا الیکٹروڈ کیتھوڈ (یا مثبت الیکٹروڈ) ہے۔چارج سائیکل کے دوران، مثبت الیکٹروڈ انوڈ بن جاتا ہے اور منفی الیکٹروڈ کیتھوڈ بن جاتا ہے.زیادہ تر لتیم آئن خلیوں کے لیے، لتیم آکسائیڈ الیکٹروڈ مثبت الیکٹروڈ ہے۔titanate lithium-ion خلیات (LTO) کے لیے، لتیم آکسائیڈ الیکٹروڈ منفی الیکٹروڈ ہے۔

تاریخ

پس منظر

ورٹا لیتھیم آئن بیٹری، میوزیم آٹو ویژن، الٹلوشیم، جرمنی
1970 کی دہائی میں Exxon کے لیے کام کرتے ہوئے لیتھیم بیٹریاں برطانوی کیمیا دان اور کیمسٹری کے لیے 2019 کے نوبل انعام کے شریک وصول کنندہ M. Stanley Whittingham، جو اب Binghamton University میں ہیں، نے تجویز کی تھیں۔وائٹنگھم نے ٹائٹینیم (IV) سلفائیڈ اور لتیم دھات کو الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کیا۔تاہم، اس ریچارج ایبل لیتھیم بیٹری کو کبھی عملی نہیں بنایا جا سکا۔ٹائٹینیم ڈسلفائیڈ ایک ناقص انتخاب تھا، کیونکہ اسے مکمل طور پر مہربند حالات میں ترکیب کرنا پڑتا ہے، یہ بھی کافی مہنگا ہے (1970 کی دہائی میں ٹائٹینیم ڈسلفائیڈ خام مال کے لیے ~$1,000 فی کلوگرام)۔ہوا کے سامنے آنے پر، ٹائٹینیم ڈسلفائیڈ ہائیڈروجن سلفائیڈ مرکبات بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتا ہے، جس کی بدبو ناگوار ہوتی ہے اور زیادہ تر جانوروں کے لیے زہریلا ہوتا ہے۔اس اور دیگر وجوہات کی بناء پر، Exxon نے وائٹنگھم کی لتیم ٹائٹینیم ڈسلفائیڈ بیٹری کی ترقی کو روک دیا۔دھاتی لتیم الیکٹروڈ کے ساتھ بیٹریاں حفاظتی مسائل پیش کرتی ہیں، کیونکہ لیتھیم دھات پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہے، آتش گیر ہائیڈروجن گیس جاری کرتی ہے۔نتیجتاً، تحقیق نے ایسی بیٹریاں تیار کیں جن میں دھاتی لتیم کے بجائے صرف لتیم مرکبات موجود ہیں، جو لتیم آئنوں کو قبول کرنے اور جاری کرنے کے قابل ہیں۔

1974-76 کے دوران TU میونخ میں JO Besenhard کے ذریعے گریفائٹ اور کیتھوڈک آکسائڈز میں انٹرکیلیشن میں الٹ جانے والا تعامل دریافت ہوا۔بیسن ہارڈ نے لتیم خلیوں میں اس کی درخواست کی تجویز پیش کی۔الیکٹرولائٹ کا گلنا اور گریفائٹ میں سالوینٹ کا باہمی تعامل بیٹری کی زندگی کے لیے ابتدائی خرابیاں تھیں۔

ترقی

1973 - ایڈم ہیلر نے لیتھیم تھیونائل کلورائد بیٹری تجویز کی، جو اب بھی لگائے گئے طبی آلات اور دفاعی نظاموں میں استعمال ہوتی ہے جہاں 20 سال سے زیادہ کی شیلف لائف، اعلی توانائی کی کثافت، اور/یا انتہائی آپریٹنگ درجہ حرارت کے لیے رواداری کی ضرورت ہوتی ہے۔
1977 - سمر باسو نے پنسلوانیا یونیورسٹی میں گریفائٹ میں لیتھیم کے الیکٹرو کیمیکل انٹرکلیشن کا مظاہرہ کیا۔اس کی وجہ سے بیل لیبز (LiC6) میں ایک قابل عمل لتیم انٹرکیلیٹڈ گریفائٹ الیکٹروڈ تیار ہوا تاکہ لیتھیم میٹل الیکٹروڈ بیٹری کا متبادل فراہم کیا جا سکے۔
1979 - الگ الگ گروپس میں کام کرتے ہوئے، Ned A. Godshall et al.، اور، اس کے فوراً بعد، John B. Goodenough (Oxford University) اور Koichi Mizushima (Tokyo University) نے لیتھیم کا استعمال کرتے ہوئے 4 V رینج میں وولٹیج کے ساتھ ایک ریچارج ایبل لیتھیم سیل کا مظاہرہ کیا۔ کوبالٹ ڈائی آکسائیڈ (LiCoO2) بطور مثبت الیکٹروڈ اور لیتھیم دھات بطور منفی الیکٹروڈ۔اس اختراع نے مثبت الیکٹروڈ مواد فراہم کیا جس نے ابتدائی تجارتی لتیم بیٹریوں کو فعال کیا۔LiCoO2 ایک مستحکم مثبت الیکٹروڈ مواد ہے جو لتیم آئنوں کے عطیہ دہندہ کے طور پر کام کرتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ اسے لیتھیم دھات کے علاوہ منفی الیکٹروڈ مواد کے ساتھ استعمال کیا جا سکتا ہے۔مستحکم اور آسانی سے ہینڈل کرنے والے منفی الیکٹروڈ مواد کے استعمال کو فعال کرکے، LiCoO2 نے نئے ریچارج ایبل بیٹری سسٹم کو فعال کیا۔Godshall et al.مزید ٹرنری کمپاؤنڈ لیتھیم ٹرانزیشن میٹل آکسائیڈز جیسے اسپنل LiMn2O4، Li2MnO3، LiMnO2، LiFeO2، LiFe5O8، اور LiFe5O4 (اور بعد میں لتیم-کاپر-آکسائیڈ اور لیتھیم-نکل-آکسائیڈ کیتھوڈ مواد) کی اسی قدر کی نشاندہی کی
1980 - راشد یزامی نے گریفائٹ میں لتیم کے الٹنے والے الیکٹرو کیمیکل انٹرکلیشن کا مظاہرہ کیا، اور لتیم گریفائٹ الیکٹروڈ (انوڈ) ایجاد کیا۔اس وقت دستیاب نامیاتی الیکٹرولائٹس گریفائٹ منفی الیکٹروڈ کے ساتھ چارج کرنے کے دوران گل جائیں گی۔یزامی نے یہ ظاہر کرنے کے لیے ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال کیا کہ لیتھیم کو الیکٹرو کیمیکل میکانزم کے ذریعے گریفائٹ میں الٹ کر باہم ملایا جا سکتا ہے۔2011 تک، یزامی کا گریفائٹ الیکٹروڈ تجارتی لتیم آئن بیٹریوں میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا الیکٹروڈ تھا۔
منفی الیکٹروڈ کی ابتدا 1980 کی دہائی کے اوائل میں ٹوکیو یامابے اور بعد ازاں شجزوکونی یاٹا کے ذریعہ دریافت کردہ PAS (پولیسینک سیمی کنڈکٹیو مواد) سے ہوئی ہے۔اس ٹیکنالوجی کا بیج پروفیسر ہیدیکی شیراکاوا اور ان کے گروپ کے ذریعے کنڈکٹو پولیمر کی دریافت تھی، اور یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ ایلن میک ڈیارمڈ اور ایلن جے ہیگر وغیرہ کی تیار کردہ پولی ایسٹیلین لیتھیم آئن بیٹری سے شروع ہوئی تھی۔
1982 - Godshall et al.گوڈ شال کی سٹینفورڈ یونیورسٹی پی ایچ ڈی کی بنیاد پر لیتھیم بیٹریوں میں کیتھوڈز کے طور پر LiCoO2 کے استعمال کے لیے 4,340,652 امریکی پیٹنٹ سے نوازا گیا۔مقالہ اور 1979 کی اشاعتیں۔
1983 - مائیکل ایم ٹھاکرے، پیٹر بروس، ولیم ڈیوڈ، اور جان گوڈینوف نے لیتھیم آئن بیٹریوں کے لیے تجارتی لحاظ سے متعلقہ چارج شدہ کیتھوڈ مواد کے طور پر مینگنیج اسپنل تیار کیا۔
1985 - اکیرا یوشینو نے کاربونیسیئس مواد کا استعمال کرتے ہوئے ایک پروٹوٹائپ سیل کو جمع کیا جس میں لیتھیم آئنوں کو ایک الیکٹروڈ کے طور پر اور دوسرے کے طور پر لیتھیم کوبالٹ آکسائیڈ (LiCoO2) داخل کیا جا سکتا ہے۔اس سے ڈرامائی طور پر حفاظت میں بہتری آئی۔LiCoO2 نے صنعتی پیمانے پر پیداوار کو فعال کیا اور تجارتی لتیم آئن بیٹری کو فعال کیا۔
1989 - ارومگم مانتھیرم اور جان بی گوڈینف نے کیتھوڈس کی پولیئنین کلاس دریافت کی۔انہوں نے ظاہر کیا کہ پولیئنئنز پر مشتمل مثبت الیکٹروڈز، مثلاً، سلفیٹ، پولیئنین کے انڈکٹو اثر کی وجہ سے آکسائیڈ سے زیادہ وولٹیج پیدا کرتے ہیں۔اس پولیئنین کلاس میں لتیم آئرن فاسفیٹ جیسے مواد شامل ہیں۔

<جاری ہے…>