वर्तमान में, स्मृति प्रभाव लिथियम-आयन बैटरी में भी पाया जाता है।

यह लेख का एक अनुवाद है मेमोरी प्रभाव अब लिथियम आयन बैटरी में भी पाया जाता है , जो संस्थान की आधिकारिक वेबसाइट पर वैज्ञानिकों द्वारा प्रकाशित किया गया है। हाल ही में, खबर थी कि लिथियम-आयन बैटरी में एक स्मृति प्रभाव का पता चला था। अधिक विस्तार से जानकारी की समीक्षा करने के बाद, मुझे कुछ भी समझदार नहीं मिला, केवल लघु समाचार (रूसी में) को छोड़कर। इसलिए, मैं आधिकारिक साइट से लेख का अनुवाद लाता हूं।

लिथियम आयन बैटरी कई विद्युत उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले उच्च-प्रदर्शन ऊर्जा भंडारण उपकरण हैं। वे अपेक्षाकृत कम मात्रा में बड़ी मात्रा में ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं। पहले, यह व्यापक रूप से माना जाता था कि उनके पास स्मृति प्रभाव नहीं था। इसलिए विशेषज्ञ अपूर्ण चार्जिंग या डिस्चार्जिंग के कारण बैटरी के ऑपरेटिंग वोल्टेज में विचलन को कहते हैं, जिसके परिणामस्वरूप संग्रहीत ऊर्जा का केवल एक हिस्सा उपलब्ध है, साथ ही बैटरी चार्ज स्तर को सटीक रूप से निर्धारित करने में असमर्थता है। पॉल शेरेर इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने जापान में टोयोटा की अनुसंधान प्रयोगशाला के सहयोगियों के साथ मिलकर अब यह पता लगाया है कि लिथियम आयन बैटरी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला स्मृति प्रभाव है। यह खोज इलेक्ट्रिक वाहन बाजार में लिथियम आयन बैटरी के उपयोग में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। यह काम 14 अप्रैल, 2013 को वैज्ञानिक पत्रिका नेचर मैटेरियल्स में प्रकाशित हुआ था

हमारे रोजमर्रा के कई बैटरी चालित उपकरण हमेशा "स्मार्ट" नहीं होते हैं, जैसा कि विज्ञापित किया जाता है, अक्सर स्मृति प्रभाव होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक शेवर या इलेक्ट्रिक टूथब्रश जो पूरी तरह से डिस्चार्ज होने से पहले चार्ज करते हैं, बाद में उपयोगकर्ता से बदला ले सकते हैं। बैटरी याद रखें कि आपने उनकी क्षमता का केवल एक हिस्सा इस्तेमाल किया है - और, अंत में, वे अब अपनी पूरी ऊर्जा नहीं देते हैं। विशेषज्ञ इसे "मेमोरी इफेक्ट" कहते हैं, जो इस तथ्य से समझाया जाता है कि अपूर्ण चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के कारण बैटरी का ऑपरेटिंग वोल्टेज समय के साथ गिरता है। इसका मतलब यह है कि यद्यपि बैटरी को अभी तक छुट्टी नहीं दी गई है, लेकिन यह जिस वोल्टेज की आपूर्ति करता है वह डिवाइस को काम करने की स्थिति में रखने के लिए कभी-कभी बहुत कम होता है। नतीजतन, मेमोरी प्रभाव के दो नकारात्मक परिणाम होते हैं: सबसे पहले, बैटरी की उपयोगी क्षमता कम हो जाती है, और दूसरी बात, वोल्टेज और चार्ज शिफ्ट की स्थिति के बीच संबंध, इसलिए उत्तरार्द्ध को वोल्टेज के आधार पर मज़बूती से निर्धारित नहीं किया जा सकता है। यह लंबे समय से ज्ञात है कि निकेल-कैडमियम और निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरियों में मेमोरी इफेक्ट मौजूद है। चूंकि 1990 के दशक में लिथियम-आयन बैटरी सफलतापूर्वक बेचना शुरू कर दिया था, इसलिए इस प्रकार की बैटरी में एक स्मृति प्रभाव के अस्तित्व को खारिज कर दिया गया है। इस नए अध्ययन से पता चलता है कि राय गलत थी।

मेमोरी का प्रभाव इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों पर पड़ता है

लिथियम-आयन बैटरी, लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) में एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किए जाने वाले सबसे आम सामग्रियों में से एक में मेमोरी ऑपरेटिंग और असामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज से संबंधित असामान्यताओं की पुष्टि पहले ही हो चुकी है। लिथियम आयरन फॉस्फेट के साथ, वोल्टेज वस्तुतः आवेश की एक विस्तृत श्रृंखला पर अपरिवर्तित रहता है। इसका मतलब यह है कि ऑपरेटिंग वोल्टेज में भी एक छोटी विसंगति का गलत अर्थ लगाया जा सकता है (प्रभारी में महत्वपूर्ण परिवर्तन के रूप में)। या, इसे दूसरे तरीके से लगाने के लिए: जब आवेश की स्थिति वोल्टेज द्वारा निर्धारित की जाती है, तो वोल्टेज में एक छोटे से विचलन के कारण एक बड़ी त्रुटि हो सकती है। विद्युत परिवहन क्षेत्र में लिथियम आयन बैटरी के उपयोग के लिए लेखांकन के दौरान मेमोरी प्रभाव का अस्तित्व विशेष रूप से प्रासंगिक है। हाइब्रिड वाहनों में, विशेष रूप से, सामान्य ऑपरेशन के दौरान होने वाले कई चार्ज / डिस्चार्ज चक्रों के कारण प्रभाव हो सकता है। ऐसे वाहनों में इंजन ब्रेकिंग के दौरान और जनरेटर मोड में काम करने के दौरान बैटरी को आंशिक रूप से रिचार्ज किया जाता है। और बदले में, यह त्वरण चरण के दौरान, आमतौर पर केवल आंशिक रूप से छुट्टी दे दी जाती है। आंशिक रूप से लगातार चक्रण और डिस्चार्जिंग के लगातार चक्रों के कारण व्यक्ति की छोटी मेमोरी प्रभाव से लेकर बड़े मेमोरी इफेक्ट तक जुड़ जाते हैं, क्योंकि यह नया प्रदर्शन दर्शाता है। यह बैटरी के आवेश की वर्तमान स्थिति का आकलन करने में त्रुटि की ओर जाता है, उस स्थिति में जब आवेश की स्थिति की गणना वर्तमान वोल्टेज मान के आधार पर की जाती है।

स्मृति प्रभाव क्यों होता है

शोधकर्ताओं ने लिथियम-आयन बैटरी में मेमोरी प्रभाव के मुख्य कारण के रूप में चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान होने वाले सूक्ष्म तंत्र को उजागर किया। इलेक्ट्रोड सामग्री - इस मामले में, लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) - में बड़ी संख्या में छोटे, माइक्रोन आकार, कण होते हैं जो चार्ज किए जाते हैं और एक के बाद एक व्यक्तिगत रूप से छुट्टी दे दी जाती है। शोधकर्ताओं ने चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के इस मॉडल को "कई कण मॉडल" के रूप में संदर्भित किया है। कण-दर-कण चार्जिंग होता है और इसमें लिथियम आयनों की रिहाई शामिल होती है। एक पूरी तरह से चार्ज किए गए कण में लिथियम आयन (लिथियम-मुक्त) नहीं होते हैं और केवल लोहे के फॉस्फेट (FePO4) होते हैं। डिस्चार्ज, बदले में, कणों की संरचना में लिथियम परमाणुओं के पुन: उत्पादन को शामिल करता है, ताकि आयरन फॉस्फेट (FePO4) फिर से लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO 4) बन जाए। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग से जुड़े लिथियम की मात्रा में बदलाव से व्यक्तिगत कणों की रासायनिक क्षमता में बदलाव होता है, जिससे बैटरी वोल्टेज में बदलाव होता है। हालांकि, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग रैखिक प्रक्रिया नहीं हैं। चार्जिंग के दौरान, रासायनिक क्षमता पहले बढ़ जाती है, लिथियम आयनों के प्रगतिशील रिलीज के साथ। लेकिन फिर, कण एक महत्वपूर्ण लिथियम सामग्री (लिथियम-सामग्री) तक पहुंचते हैं, और तदनुसार रासायनिक क्षमता। इस बिंदु पर, एक तेज संक्रमण होता है: कण अपने शेष लिथियम आयनों को बहुत जल्दी छोड़ देते हैं, लेकिन उनकी रासायनिक क्षमता को नहीं बदलते हैं। यह संक्रमण अवधि बताती है कि बैटरी वोल्टेज एक व्यापक क्षेत्र (वोल्टेज पठार - वोल्टेज पठार) पर लगभग अपरिवर्तित क्यों रहता है।

"अमीर" और "गरीब" के बीच की बाधा

स्मृति प्रभाव के प्रकटन के लिए इस संभावित अवरोध का अस्तित्व महत्वपूर्ण है। जैसे ही पहले कणों ने संभावित अवरोध को पार किया और लिथियम-मुक्त हो गए, इलेक्ट्रोड के कणों को दो समूहों में विभाजित किया गया। दूसरे शब्दों में, वर्तमान में लिथियम-समृद्ध और लिथियम-गरीब कणों के बीच एक स्पष्ट अंतर है। यदि बैटरी पूरी तरह से चार्ज नहीं होती है, तो लिथियम-समृद्ध कणों की एक निश्चित मात्रा जो बाधा से नहीं गुजरी है, वापस आ जाएगी। ये कण लंबे समय तक बैरियर के किनारे पर नहीं रहते हैं, क्योंकि यह स्थिति अस्थिर है, और वे "ढलान नीचे स्लाइड" करेंगे, अर्थात, उनकी रासायनिक क्षमता कम हो जाएगी। यहां तक ​​कि जब बैटरी को फिर से डिस्चार्ज किया जाता है और सभी कण बैरियर के सामने "आराम" पर जाते हैं, तो यह दो समूहों में अलग हो जाएगा। एक महत्वपूर्ण बिंदु: अगली चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, पहला समूह (लिथियम-गरीब कण) पहले की बाधा को दूर करेगा, जबकि दूसरा समूह (लिथियम-समृद्ध) "पिछड़ जाएगा"। बाधा को दूर करने के लिए "आस्थगित" समूह के लिए, उनकी रासायनिक क्षमता को बढ़ाया जाना चाहिए, और यही वह कारण है जो ग्राफ़ पर "टक्कर" का कारण बनता है, जो स्मृति प्रभाव की विशेषता है। इस प्रकार, मेमोरी प्रभाव कण आबादी के दो समूहों में अलग होने का एक परिणाम है, बहुत अलग लिथियम सांद्रता के साथ जो संभावित बाधा के माध्यम से कणों के "कूद" का पालन करते हैं, एक के बाद एक। यह ओवरवॉल्टेज, जिसके माध्यम से प्रभाव ध्यान देने योग्य है, एक अतिरिक्त कार्य के बराबर है जो कि आंशिक चार्ज के बाद संभावित बाधा के माध्यम से लैगिंग कणों को स्थानांतरित करने के लिए किया जाना चाहिए।

इस प्रभाव को खत्म करने के लिए आवश्यक ठहराव।

इन प्रक्रियाओं के अंत में बैटरी की स्थिति को निर्धारित करने में बैटरी को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के बीच का समय महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग एक बैटरी के थर्मोडायनामिक संतुलन को बदलने वाली प्रक्रियाएं हैं, और इस संतुलन को कुछ समय बाद हासिल किया जा सकता है। वैज्ञानिकों ने पता लगाया है कि स्मृति प्रभाव को दूर करने के लिए पर्याप्त रूप से लंबा निष्क्रिय स्ट्रोक का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, कई कणों के मॉडल के अनुसार, यह केवल कुछ शर्तों के तहत होता है। आंशिक चार्ज चक्र और बाद में पूर्ण निर्वहन के बीच पर्याप्त लंबे ब्रेक के बाद ही स्मृति प्रभाव गायब हो जाएगा। ऐसे मामलों में, कणों के समूह अभी भी एक पूर्ण निर्वहन के बाद अलग हो जाते हैं, लेकिन संभावित अवरोध के एक ही तरफ होते हैं। इस प्रकार, पृथक्करण गायब हो जाएगा क्योंकि कण एक संतुलन स्थिति में पहुंच जाते हैं जिसमें वे सभी एक ही लिथियम सामग्री होते हैं। स्मृति प्रभाव को रोकने के लिए, आपको आंशिक चार्जिंग के बाद और अपूर्ण निर्वहन से पहले इंतजार करना होगा। इस मामले में, कण संभावित अवरोध के विपरीत दिशा में होंगे, इससे "लिथियम-रिच" और "लिथियम-गरीब" में उनके रिवर्स पृथक्करण को रोका जा सकेगा।

PSI में PSI के इलेक्ट्रोकेमिकल एनर्जी स्टोरेज सेक्शन के प्रमुख और प्रकाशन के सह-लेखक पेट्र नोवाक के अनुसार, अध्ययन अच्छी तरह से स्थापित गलत धारणा का खंडन करता है: “यह हमारा पहला अध्ययन है जिसमें हमने विशेष रूप से लिथियम-आयन में मेमोरी प्रभाव के लिए देखा बैटरी। यह सिर्फ एक धारणा थी कि एक समान प्रभाव नहीं होगा। ” अनुसंधान के माध्यम से ज्ञान प्राप्त करने के लिए प्रतिबिंब और कड़ी मेहनत का एक संयोजन अक्सर फलदायी होता है: “हमारे खोज परिणामों में महत्वपूर्ण शोध और सावधान अवलोकन का संयोजन होता है। प्रभाव वास्तव में छोटा है: सापेक्ष वोल्टेज विचलन प्रति हजार केवल कुछ कण हैं। लेकिन कुंजी इसे सामान्य रूप से खोजने का विचार था। सामान्य बैटरी परीक्षण आमतौर पर आंशिक चार्ज / डिस्चार्ज चक्रों के बजाय पूर्ण जांच करते हैं।
हालांकि, ऑटोमोबाइल में लिथियम आयन बैटरी के भविष्य के उपयोग के लिए यह हालिया खोज अंतिम शब्द नहीं है। यह वास्तव में काफी संभव है कि प्रभाव का पता लगाया जा सकता है और बैटरी प्रबंधन प्रणालियों में सॉफ्टवेयर के स्मार्ट अनुकूलन के माध्यम से ध्यान में रखा जाएगा। सफल होने पर, मेमोरी प्रभाव इलेक्ट्रिक वाहनों में लिथियम-आयन बैटरी के विश्वसनीय और सुरक्षित उपयोग के रास्ते में नहीं खड़ा होगा। तो अब, इंजीनियरों को एक तरह की बैटरी मेमोरी के साथ सही उपचार खोजने की समस्या का सामना करना पड़ रहा है।
पाठ: लियोनिद लीवा

यहां वर्णित कई कणों के मॉडल के बाद, यह माना जाता है कि बैटरी के चार्ज और डिस्चार्जिंग में कण द्वारा कण होता है। इस संदर्भ में, कण, हमारा मतलब एक प्रकार का "अनाज" है। इसका मतलब यह है कि सामग्री (LiFePO4) एक नहीं है, बल्कि इसमें कणिकाओं का एक सेट होता है जिसकी क्रिस्टल संरचना समान होती है, लेकिन कणिकाओं के आकार, आकार या अभिविन्यास में छोटे अंतर होते हैं। यह एक विशिष्ट पाउडर संरचना है। तकनीकी दृष्टिकोण से, उन्हें क्रिस्टलीय कहा जाता है। यह बराबर आकार के क्यूब्स के रूप में कल्पना की जा सकती है। प्रत्येक घन को उसके पड़ोसियों के सापेक्ष थोड़ा घुमाया जाएगा, अर्थात, क्यूब्स को कड़ाई से गठबंधन नहीं किया जाता है, लेकिन क्रिस्टल संरचना (षट्भुज का आकार) सभी के लिए समान है।

पुनश्च
निमंत्रण के लिए मिथोल को धन्यवाद।

अनुवादक से: कुछ वाक्यों को समझना बहुत मुश्किल है (पहली बार पढ़ते समय), मैंने उन्हें सुधारने और सरल बनाने की कोशिश की, लेकिन मुझे डर था कि इस मामले में अर्थ विकृत हो जाएगा। इसलिए, मैंने उन्हें छोड़ दिया है।
यदि अधिक सक्षम अनुवाद के लिए सुझाव हैं, तो मुझे इसे ठीक करने में खुशी होगी।