ہائی نکل لتیم بیٹری کی حفاظت ایک اتفاق رائے بن گئی ہے، لیکن ٹھوس ریاست لتیم بیٹریاں اب تقسیم ہیں
ایک الیکٹرک گاڑیوں کی مارکیٹ جو توانائی کی کثافت کا احترام کرتی ہے، بیٹری پیک اور مکمل گاڑیوں کی حفاظت کے لیے بہت بڑے چیلنجز لے کر آئی ہے۔ 2018 میں، چین میں فی ملین الیکٹرک گاڑیوں پر 52 حفاظتی حادثات ہوئے۔ مناظر کے لحاظ سے، چارجنگ، ڈرائیونگ، اور پارکنگ وہ تمام مناظر ہیں جہاں حفاظتی حادثات پیش آتے ہیں۔
اگر وجوہات کا تجزیہ کیا جائے تو آگ لگنے کے 58% حادثات لیتھیم بیٹریوں کے تھرمل بھاگنے کی وجہ سے ہوتے ہیں۔ تقریباً 90% تھرمل بھاگنے کی وجہ شارٹ سرکٹ ہوتی ہے۔ سیل کی سطح پر، مثبت اور منفی مواد، الیکٹرولائٹ، اور ڈایافرام تھرمل رن وے کے لیے براہ راست فیوز ہیں۔ گروپ بندی کے بعد، ساختی ڈیزائن، کولنگ، اور برقی کنٹرول میں تھرمل بازی کو کیسے دبانا ہے اس سے متعلق ہے کہ آیا تھرمل بھاگنے کے خطرے کو کم کیا جا سکتا ہے یا دبایا جا سکتا ہے۔
16 سے 17 اکتوبر 2019 تک، 2019 چین-جاپان-کوریا نیکسٹ جنریشن نیو انرجی وہیکل بیٹری ٹیکنالوجی کانفرنس شنگھائی میں منعقد ہوئی۔ کانفرنس کو دو فورمز میں تقسیم کیا گیا ہے، موضوعات بیٹری تھرمل سیفٹی اور حل اور سالڈ سٹیٹ بیٹری کلیدی ٹیکنالوجی اور صنعت کاری کے چیلنجز ہیں۔
فورم 1، OEMs، پاور بیٹری کمپنیاں، معروف یونیورسٹیاں، لیبارٹریز، اور ٹیسٹنگ ادارے ہائی نکل بیٹریوں کے تھرمل رن وے کے اسباب اور حل پر بات کریں گے کیونکہ پاور بیٹریوں کی مخصوص توانائی کی سطح میں مسلسل اضافہ ہوتا جا رہا ہے۔ فورم 2 مختلف سالڈ سٹیٹ بیٹری ٹکنالوجی کے راستوں اور جمود کے تجزیہ کے بارے میں ہے۔
تھرمل سیفٹی کو دیکھنے کے لیے سسٹم
پاور بیٹری کا مکمل لائف سائیکل میٹریل سسٹم کے انتخاب سے شروع ہوتا ہے، بیٹری سیل کی تکمیل، ماڈیولز اور پیک کی مولڈنگ، انسٹالیشن اور ایپلیکیشن کے بعد بیٹری کا انتظام، گاڑی کے آپریشن میں استعمال تک۔
تھرمل بھاگنے کی بنیادی وجہ بیٹری سیل ہے۔ مثبت اور منفی الیکٹروڈز ہیں" fuse" اور الیکٹرولائٹ"؛ ایندھن کا ذخیرہ"؛ ہے۔ اسے صرف ایک"spark" تھرمل بھگوڑے یا آگ کا سبب بننا۔
& quot; چنگاریاں" یا تو سیل کے اندر سے آتے ہیں یا باہر سے اٹھتے ہیں۔ اندرونی عوامل بنیادی طور پر بیٹری کے ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ کے دوران پیدا ہونے والے غیر مستحکم عوامل کا حوالہ دیتے ہیں۔ بیرونی عوامل بنیادی طور پر بیٹری کی نقل و حمل، تنصیب، اور آپریشن اور دیکھ بھال کے دوران اہلکاروں اور بیرونی حالات کی وجہ سے ہونے والی وجوہات کا حوالہ دیتے ہیں۔
بیٹری کی تھرمل سیفٹی ناکامی بنیادی طور پر مقامی حد سے زیادہ گرم ہونے کی وجہ سے ہوتی ہے، جس کی وجہ سے بیٹری کے اندر شارٹ سرکٹ ہوتا ہے، یا مائیکرو شارٹ سرکٹ بیٹری کے ڈایافرام اور بڑے ایریا کے شارٹ سرکٹ کو نقصان پہنچاتا ہے۔
لیتھیم آئن بیٹریوں کو NCM111 اور NCM523 سے NCM622 اور NCM811 میں اپ گریڈ کیا گیا ہے۔ مثبت الیکٹروڈ ٹرنری مواد کا نکل مواد مسلسل بڑھتا جا رہا ہے، آکسیجن کی رہائی کا درجہ حرارت مسلسل گرتا جا رہا ہے، اور مثبت الیکٹروڈ مواد کا تھرمل استحکام بد سے بدتر ہوتا جا رہا ہے۔ آکسیجن کی رہائی کے درجہ حرارت میں کمی کا مطلب ہے کہ لتیم بیٹری زیادہ گرمی سے مزاحم ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، مثبت الیکٹروڈ مواد تہہ دار ڈھانچے سے ریڑھ کی ہڈی کی ساخت میں بدل جاتا ہے، اور پھر چٹانی نمک بناتا ہے اور فعال آکسیجن جاری کرتا ہے۔ پتھری نمک کی افزائش اور آکسیجن کا اخراج تھرمل رن وے کی وجہ سے ہونے والے بنیادی مسائل ہیں۔
الیکٹرو کیمیکل کا غلط استعمال بیٹری سیل فیکٹریوں کے لیے سر درد کا سب سے بڑا مسئلہ ہے۔ بدسلوکی کے حالات جیسے کہ تھرمل شاک، اوور چارج، اور اوور ڈسچارج، بیٹری کے اندر فعال مواد اور الیکٹرولائٹ لیتھیم ڈینڈرائٹس پیدا کریں گے، جو ڈایافرام کو چھیدتے ہیں اور اندرونی شارٹ سرکٹ کا سبب بنتے ہیں۔ منفی الیکٹروڈ میں لیتھیم کا ارتقاء لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کا ایک بڑا سبب ہے۔ لہذا، لیتھیم ڈینڈرائٹس کو کیسے روکا جائے یہ ایک اہم مسئلہ ہے۔
ڈایافرام کی ناکامی کی وجہ سے مثبت اور منفی الیکٹروڈ کا شارٹ سرکٹ تھرمل رن وے کا ایک اہم حصہ ہے۔ جب SEI فلم کی حفاظتی فلم تباہ ہو جاتی ہے، تو الیکٹرولائٹ گرمی پیدا کرنے کے لیے الیکٹروڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، جس سے ڈایافرام پگھل جائے گا۔ مزید یہ کہ، ڈایافرام کا سامنا کرنے والا دشمن لیتھیم ڈینڈرائٹس ہے، جو اس کی سالمیت اور استحکام کو خطرہ ہے۔
اندرونی شارٹ سرکٹ، اوور چارج، بیٹری کی عمر بڑھنے وغیرہ کی وجہ سے بیٹری کی خرابی کے علاوہ، انتہائی حالات جیسے کہ بیرونی شارٹ سرکٹ، اخراج، آگ، وسرجن، اور نقلی تصادم میں مکینیکل خرابی بھی اندرونی شارٹ سرکٹ میں تبدیل ہو جائے گی اور بجلی کی خرابی کا سبب بن جائے گی۔ ناکامی، جو آخر کار تھرمل بھگوڑے کا باعث بنے گی۔
بیٹری کے مکمل لائف سائیکل کے دوران ہونے والی کچھ ناکامیاں اور کارکردگی میں کمی بیٹریوں کو محفوظ استعمال کی حد سے باہر استعمال کرنے اور کچھ حفاظتی حادثات کا سبب بن سکتی ہے۔
بیٹری فیکٹری اور OEM مل کر کام کرتے ہیں۔
تھرمل بھاگ جانے کی اندرونی اور بیرونی وجوہات کے لیے بیٹری مینوفیکچررز اور OEMs کے تعاون کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ مجموعی حل فراہم کیا جا سکے، بشمول مثبت اور منفی مواد، الگ کرنے والے، الیکٹرولائٹ، بیٹری کا انتظام، اور PACK ڈھانچہ ڈیزائن۔
بیٹری فیکٹریوں کے لیے، ہائی پریشر اور ہائی ٹمپریچر مزاحم شعلہ ریٹارڈنٹ الیکٹرولائٹس، ہائی ٹمپریچر ریزسٹنٹ سنگل کرسٹل کیتھوڈ میٹریل، انوڈ میٹریل جو لیتھیم ڈینڈرائٹس کو روکتا ہے، یا خشکی کو بہتر بنانے کے لیے سیفنر کے ساتھ لیپت والے NMC811 کیتھوڈس کا استعمال کریں۔ فرانسیسی ڈایافرام کا اطلاق سیل کی سطح پر تھرمل رن وے کو دبانے کے لیے سیرامک ڈایافرام متعارف کرایا جاتا ہے۔
OEMs کے لیے، خود بیٹری کی حفاظت پر توجہ دینا کافی نہیں ہے۔ خود بیٹری کے مسائل کے علاوہ، بیٹری کا الیکٹریکل کنکشن، مکینیکل سیفٹی، چارجنگ کنکشن، روزمرہ کے استعمال کے مسائل، اور مسائل کا تیزی سے نمٹنا الیکٹرک گاڑی کی حفاظت کا بنیادی حصہ ہیں۔
OEM's پاور بیٹری سیفٹی پروٹیکشن سسٹم چار پہلوؤں سے ڈیزائن اور تصدیق شدہ ہے: مونومر، ماڈیول، BMS اور سسٹم۔ ایک طرف، بیٹری بنانے والے خود ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ لنکس سے حفاظت کو یقینی بناتے ہیں۔ دوسری طرف، OEMs ماڈیول سیفٹی کے نقطہ نظر سے مکینیکل، الیکٹریکل اور تھرمل سیفٹی پر غور کرتے ہیں، جیسے سیفٹی کلیئرنس، فورس ڈیزائن، اور تحفظ۔
اسمبلی کے ڈھانچے کے لحاظ سے، OEMs کو گاڑی کے مختلف آپریٹنگ حالات کے ساتھ ساتھ کولنگ پائپ لائنز، نئی کولنگ ٹیکنالوجیز، تھرمل رن وے کی ابتدائی وارننگ، اور عدم پھیلاؤ پر غور کرنا چاہیے۔ ایک ہی وقت میں، انہیں فعال آگ بجھانے اور بیرونی ڈھانچے کے ذریعے آگ بجھانے کے طریقے پر غور کرنا چاہیے۔
OEMs عام طور پر اس بارے میں سوچتے ہیں کہ سسٹم کی سطح سے بیٹری پیک سیفٹی کے ڈیزائن کو کیسے بہتر بنایا جائے۔ چاہے یہ مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد، الیکٹرولائٹس، ڈایافرام، ساختی ڈیزائن، کولنگ، تھرمل مینجمنٹ، اور گروپ کے بعد پیک کی احتیاطی انتباہات OEM تجزیہ کی تمام چیزیں ہیں۔
لیتھیم بیٹریوں کی حفاظت ایک بڑا موضوع ہے، جس میں مواد، پیداوار سے لے کر ایپلی کیشنز تک تمام پہلو شامل ہیں۔ الیکٹرک گاڑیوں کی تھرمل سیفٹی کو یقینی بنانے کے لیے تھرمل رن وے کے طریقہ کار کا تجزیہ کرنے اور تھرمل رن وے کی موجودگی میں تاخیر کے لیے نئی ٹیکنالوجیز دریافت کرنے کے لیے OEMs، بیٹری فیکٹریوں اور ٹیسٹنگ اداروں کے تعاون کی ضرورت ہے۔
سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی مختلف آوازیں۔
الیکٹرک گاڑیوں کی آگے کی حرکت اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ پاور بیٹریوں کا مخصوص توانائی کا معیار پیچھے کی طرف نہیں جائے گا۔ اعلی ممکنہ مثبت اور منفی مواد کا اطلاق ایک رجحان بن گیا ہے، اور NCM811 اور سلکان کاربن اینوڈز بیٹری فیکٹریوں کے تکنیکی راستوں میں تیزی سے ظاہر ہو رہے ہیں۔ لیکن آگ لگنے کا خطرہ اب بھی ہائی نکل بیٹریوں کے استعمال سے خطرہ ہے۔ لہذا، بیٹری بنانے والوں اور OEMs نے اپنی توجہ شعلہ مزاحمت، ہائی پریشر مزاحم سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس کی طرف مبذول کرائی ہے، اس امید پر کہ مخصوص توانائی اور حفاظت کے درمیان توازن کا مسئلہ حل ہو جائے گا۔
تاہم، اس چین-جاپان-کوریا کانفرنس میں، سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی تحقیق اور اطلاق پر چینی اور جاپانی مہمانوں کے خیالات بہت مختلف ہیں، جو سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے بارے میں صنعت کے موروثی خیالات کو چیلنج کر رہے ہیں۔ . ہائی نکل سیفٹی سلوشن سائٹ کی ٹھوس کوششوں کی نسبت، سالڈ اسٹیٹ بیٹری سائٹ اختلافات میں آگے بڑھ رہی ہے۔
جاپان کے 30 سالہ سالڈ سٹیٹ بیٹری کے ماہر ڈاکٹر تاداہیکو کوبوٹا، جاپان کے سابق ٹویوٹا اور ہونڈا بیٹری کور کے ماہر اوگی ایکی، سالڈ سٹیٹ بیٹری ریسرچ کی موجودہ حالت پر تبصرے کو" مایوسی" کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔ ;. الیکٹرک گاڑیوں پر سالڈ سٹیٹ بیٹریاں لگانا کافی مشکل ہے۔ دوسری طرف، گھریلو بیٹری کے کارخانے جیسے چنگ تاؤ، ویلان، ہیویننگ، گوکسوان ہائی ٹیک، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز، ٹونگجی یونیورسٹی، اور شنگھائی جیاوٹونگ یونیورسٹی سبھی سالڈ سٹیٹ بیٹریوں پر انتھک کام کر رہی ہیں۔
جاپانی ماہرین کی آراء کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے: ٹویوٹا سلفائیڈ ابھی تحقیق اور ترقی کے مرحلے میں ہے، اور ٹیکنالوجی کی موجودہ سطح کے ساتھ بڑے پیمانے پر پیداوار ناممکن ہے۔ سالڈ سٹیٹ بیٹریاں تیار کرنے کا اس کا اصل مقصد ہائبرڈ گاڑیوں کی بیٹریوں کو کم کرنا تھا۔ بیرونی دنیا غلطی سے مانتی ہے کہ سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں الیکٹرک گاڑیوں میں استعمال ہوتی ہیں۔ ٹویوٹا کی اندرونی سوچ اور بیرونی رائے عامہ میں یہی فرق ہے۔
حفاظت کے لحاظ سے، سالڈ اسٹیٹ بیٹریاں لتیم ڈینڈرائٹس بھی پیدا کرسکتی ہیں، اور حفاظت بہت پریشان کن ہے۔ اور اس کی حفاظت کا اندازہ اس بات سے نہیں لگایا جا سکتا کہ آیا الیکٹرولائٹ آتش گیر ہے۔ سب سے اہم مسئلہ مثبت الیکٹروڈ اور اعلی توانائی کی کثافت والے منفی الیکٹروڈ کے درمیان براہ راست رابطہ ہے۔
آل سالڈ سٹیٹ بیٹریاں توانائی کی کثافت میں اضافہ کر سکتی ہیں، اس کی ایک وجہ یہ ہے کہ بیرونی مواد کو کم کیا جا سکتا ہے۔ لیکن یہ صرف تمام ٹھوس ریاست بیٹریوں کی خصوصیت نہیں ہے۔
تیز رفتار چارجنگ کے لحاظ سے، ٹویوٹا's پیپر اور زیادہ تر محققین نے کسی ثبوت کی تصدیق نہیں کی ہے کہ تمام سالڈ سٹیٹ بیٹریاں تیزی سے چارج ہو سکتی ہیں۔ ان سب نے کہا کہ چارجنگ کے دوران لیتھیم ڈینڈرائٹس بنتے ہیں۔ جتنے زیادہ لوگ آل سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کو سمجھتے ہیں، اتنا ہی وہ اس بات سے انکار کرتے ہیں کہ اسے تیزی سے چارج کیا جا سکتا ہے۔
گزشتہ دہائی میں ٹویوٹا کے زیادہ تر پیٹنٹ رکاوٹ سے متعلق ہیں۔ یہ دس سال پہلے سے اس مسئلے کا مطالعہ کر رہا ہے، اور یہ اب بھی ایک بڑا مسئلہ ہے۔
گھریلو بیٹری فیکٹریوں کے مناظر: حقیقی آگ کے پھیلاؤ کا براہ راست تعلق نامیاتی مائع الیکٹرولائٹس سے ہے۔ پولیمر سے لے کر سیرامک الیکٹرولائٹس تک کے ٹھوس الیکٹرولائٹس بیٹری کی حفاظت کو مختلف ڈگریوں تک بہتر بنا سکتے ہیں۔ حفاظت اور توانائی کی کثافت کے لحاظ سے، سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کو ماضی میں روایتی روایتی لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں بہتر بنایا گیا ہے۔ بنیاد یہ ہے کہ انٹرفیس کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے ہمارے پاس اچھی ٹکنالوجی ہونی چاہیے، اور اس بات کو یقینی بنانا چاہیے کہ ٹھوس الیکٹرولائٹ بیٹری کے ڈیزائن کے مطابق ہو سکے اور اعلی تناسب سے توانائی کی بیٹری کی ضروریات کو پورا کر سکے۔
ہمیں یقین ہے کہ سالڈ اسٹیٹ بیٹریوں کے کچھ پہلوؤں میں فوائد ہوتے ہیں۔ جب ڈایافرام اور الیکٹرولائٹ کو ٹھوس مادوں سے تبدیل کیا جائے گا، تو اس کی حفاظت زیادہ ہوگی۔ جب پورے نظام کی حفاظت کی حد بڑھ جاتی ہے، تو یہ نظام اعلیٰ ممکنہ مثبت اور منفی مواد، جیسے لیتھیم میٹل نیگیٹو الیکٹروڈ استعمال کر سکتا ہے، اور مستقبل میں اس کی توانائی کی کثافت زیادہ ہوگی۔
موجودہ سوچ یہ ہے کہ موجودہ لتیم بیٹری کے آلات اور لتیم بیٹری ٹکنالوجی کے ساتھ زیادہ سے زیادہ ہم آہنگ ہو، اور زیادہ سے زیادہ لاگت کو کم کیا جائے۔ چونکہ سالڈ سٹیٹ بیٹریوں میں توانائی کی کثافت اور اعلیٰ حفاظت ہوتی ہے، اس لیے انہیں کچھ خاص حالات میں پہلے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
سالڈ اسٹیٹ بیٹریوں کا توانائی کی کثافت کا فائدہ سیل کی سطح پر نسبتاً واضح نہیں ہے، اور PACK کی سطح پر زیادہ نمایاں ہے۔ 2021 تک، سالڈ سٹیٹ بیٹریاں زیادہ استعمال کی شرح کے ساتھ فعال مواد استعمال کریں گی، اور سیل کی سطح پر توانائی کی کثافت مائع بیٹریوں کی طرح ہوگی، اور پھر آہستہ آہستہ اس سے آگے نکل جائے گی۔
اگرچہ گھریلو اور غیر ملکی ماہرین میں سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی توانائی کی کثافت اور حفاظت کے بارے میں تنازعات ہیں، لیکن وہ بنیادی طور پر یہ سمجھتے ہیں کہ سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کا تجارتی استعمال ایک طویل عمل ہے تاکہ مائع بیٹریوں کی کچھ خامیوں کو دور کیا جا سکے۔ لہذا، سالڈ سٹیٹ بیٹریاں پہلے موٹرسائیکل اور کنزیومر الیکٹرانکس فیلڈ سے درآمد کی جا سکتی ہیں، اور پھر حفاظت، کارکردگی اور لاگت کی تین جہتیں مکمل ہونے پر الیکٹرک وہیکل فیلڈ میں داخل ہو سکتی ہیں۔
