لتیم ایئر بیٹریوں اور لیتھیم سلفر بیٹریوں کے بنیادی اصولوں کو سمجھنے کے لیے ایک مضمون

01 لیتھیم ایئر بیٹریاں اور لیتھیم سلفر بیٹریاں کیا ہیں؟

① لی ایئر بیٹری

لتیم ایئر بیٹری آکسیجن کو مثبت الیکٹروڈ ری ایکٹنٹ کے طور پر اور دھاتی لیتھیم کو منفی الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کرتی ہے۔اس میں اعلی نظریاتی توانائی کی کثافت (3500wh/kg) ہے، اور اس کی اصل توانائی کی کثافت 500-1000wh/kg تک پہنچ سکتی ہے، جو روایتی لیتھیم آئن بیٹری سسٹم سے بہت زیادہ ہے۔لیتھیم ایئر بیٹریاں مثبت الیکٹروڈ، الیکٹرولائٹس اور منفی الیکٹروڈ پر مشتمل ہیں۔غیر آبی بیٹری کے نظام میں، خالص آکسیجن فی الحال رد عمل گیس کے طور پر استعمال ہوتی ہے، اس لیے لیتھیم ایئر بیٹریوں کو لیتھیم آکسیجن بیٹریاں بھی کہا جا سکتا ہے۔

1996 میں، ابراہیم وغیرہ۔لیبارٹری میں پہلی غیر آبی لتیم ایئر بیٹری کو کامیابی کے ساتھ اسمبل کیا۔پھر محققین نے غیر آبی لتیم ایئر بیٹریوں کے اندرونی الیکٹرو کیمیکل رد عمل اور میکانزم پر توجہ دینا شروع کی۔2002 میں، پڑھیں وغیرہ۔پتہ چلا کہ لیتھیم ایئر بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی الیکٹرولائٹ سالوینٹس اور ایئر کیتھوڈ مواد پر منحصر ہے؛2006 میں، Ogasawara et al.ماس سپیکٹرو میٹر کا استعمال کیا، یہ پہلی بار ثابت ہوا کہ Li2O2 کو آکسیڈائز کیا گیا تھا اور چارجنگ کے دوران آکسیجن خارج کی گئی تھی، جس نے Li2O2 کی الیکٹرو کیمیکل ریورسبلٹی کی تصدیق کی۔لہذا، لتیم ایئر بیٹریاں بہت زیادہ توجہ اور تیزی سے ترقی حاصل کرتی ہیں.

② لیتھیم سلفر بیٹری

 لیتھیم سلفر بیٹری ایک ثانوی بیٹری سسٹم ہے جس کی بنیاد اعلی مخصوص صلاحیت کے سلفر (1675mAh/g) اور لیتھیم میٹل (3860mAh/g) کے الٹنے والے رد عمل پر مبنی ہے، جس کا اوسط ڈسچارج وولٹیج تقریباً 2.15V ہے۔اس کی نظریاتی توانائی کی کثافت 2600wh/kg تک پہنچ سکتی ہے۔اس کے خام مال میں کم قیمت اور ماحولیاتی دوستی کے فوائد ہیں، اس لیے اس میں ترقی کی بڑی صلاحیت ہے۔لیتھیم سلفر بیٹریوں کی ایجاد کا پتہ 1960 کی دہائی سے لگایا جا سکتا ہے، جب ہربرٹ اور اولم نے بیٹری کے پیٹنٹ کے لیے درخواست دی تھی۔اس لتیم سلفر بیٹری کے پروٹوٹائپ میں لیتھیم یا لیتھیم الائے کو منفی الیکٹروڈ میٹریل کے طور پر، سلفر کو مثبت الیکٹروڈ میٹریل کے طور پر اور الیفاٹک سیچوریٹڈ امائنز پر مشتمل ہے۔الیکٹرولائٹ کی.کچھ سال بعد، پی سی، ڈی ایم ایس او، اور ڈی ایم ایف جیسے نامیاتی سالوینٹس متعارف کروا کر لیتھیم سلفر بیٹریاں بہتر کی گئیں، اور 2.35-2.5V بیٹریاں حاصل کی گئیں۔1980 کی دہائی کے آخر تک، ایتھر لتیم سلفر بیٹریوں میں کارآمد ثابت ہوئے۔بعد کے مطالعے میں، ایتھر پر مبنی الیکٹرولائٹس کی دریافت، LiNO3 کا الیکٹرولائٹ ایڈیٹیو کے طور پر استعمال، اور کاربن/سلفر مرکب مثبت الیکٹروڈ کی تجویز نے لیتھیم سلفر بیٹریوں کی تحقیقی تیزی کو کھول دیا ہے۔

02 لتیم ایئر بیٹری اور لتیم سلفر بیٹری کے کام کرنے والے اصول

① لی ایئر بیٹری

استعمال شدہ الیکٹرولائٹ کی مختلف حالتوں کے مطابق، لتیم ایئر بیٹریوں کو پانی کے نظام، نامیاتی نظام، پانی کے نامیاتی ہائبرڈ نظام، اور تمام ٹھوس ریاست لتیم ایئر بیٹریوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ان میں، پانی پر مبنی الیکٹرولائٹس کا استعمال کرتے ہوئے لیتھیم ایئر بیٹریوں کی کم مخصوص صلاحیت، لیتھیم دھات کی حفاظت میں مشکلات، اور نظام کی خراب الٹنے کی صلاحیت، غیر آبی نامیاتی لیتھیم ایئر بیٹریاں اور تمام ٹھوس ریاست لیتھیم ایئر بیٹریاں۔ بیٹریاں اس وقت زیادہ استعمال ہوتی ہیں۔تحقیق۔غیر آبی لیتھیم ایئر بیٹریاں سب سے پہلے 1996 میں ابراہیم اور زیڈ جیانگ نے تجویز کی تھیں۔ خارج ہونے والے رد عمل کی مساوات کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ چارج کرنے کا رد عمل اس کے برعکس ہے۔الیکٹرولائٹ بنیادی طور پر نامیاتی الیکٹرولائٹ یا ٹھوس الیکٹرولائٹ کا استعمال کرتا ہے، اور خارج ہونے والی مصنوعات بنیادی طور پر Li2O2 ہے، مصنوعات الیکٹرولائٹ میں ناقابل حل ہے، اور لتیم ایئر بیٹری کی خارج ہونے والے مادہ کی صلاحیت کو متاثر کرنے والے ایئر مثبت الیکٹروڈ پر جمع کرنا آسان ہے.

لیتھیم ایئر بیٹریوں میں انتہائی اعلی توانائی کی کثافت، ماحولیاتی دوستی اور کم قیمت کے فوائد ہیں، لیکن ان کی تحقیق ابھی ابتدائی مراحل میں ہے، اور ابھی بھی بہت سے مسائل کو حل کرنا باقی ہے، جیسے کہ آکسیجن میں کمی کے رد عمل کا کیٹالیسس، آکسیجن پارگمیتا اور ہوا کے الیکٹروڈ کی ہائیڈروفوبیسیٹی، اور ایئر الیکٹروڈ کا غیر فعال ہونا وغیرہ۔

② لیتھیم سلفر بیٹری

لیتھیم سلفر بیٹریاں بنیادی طور پر عنصری سلفر یا سلفر پر مبنی مرکبات کو بیٹری کے مثبت الیکٹروڈ مواد کے طور پر استعمال کرتی ہیں، اور دھاتی لتیم بنیادی طور پر منفی الیکٹروڈ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔خارج ہونے کے عمل کے دوران، منفی الیکٹروڈ پر واقع دھاتی لتیم کو الیکٹران کھونے اور لتیم آئن پیدا کرنے کے لیے آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔پھر الیکٹران کو بیرونی سرکٹ کے ذریعے مثبت الیکٹروڈ میں منتقل کیا جاتا ہے، اور پیدا ہونے والے لیتھیم آئنوں کو بھی الیکٹرولائٹ کے ذریعے مثبت الیکٹروڈ میں منتقل کیا جاتا ہے تاکہ پولی سلفائیڈ بنانے کے لیے سلفر کے ساتھ رد عمل ظاہر کیا جا سکے۔لیتھیم (LiPSs)، اور پھر خارج ہونے کے عمل کو مکمل کرنے کے لیے لتیم سلفائیڈ پیدا کرنے کے لیے مزید رد عمل ظاہر کرتا ہے۔چارجنگ کے عمل کے دوران، LiPSs میں لتیم آئن الیکٹرولائٹ کے ذریعے منفی الیکٹروڈ میں واپس آتے ہیں، جبکہ الیکٹران ایک بیرونی سرکٹ کے ذریعے منفی الیکٹروڈ میں واپس آتے ہیں تاکہ لتیم آئنوں کے ساتھ لتیم دھات بن سکیں، اور LiPSs کو مثبت الیکٹروڈ پر مکمل کرنے کے لیے سلفر میں تبدیل کر دیا جاتا ہے۔ چارج کرنے کا عمل.

لیتھیم سلفر بیٹریوں کے خارج ہونے کا عمل بنیادی طور پر سلفر کیتھوڈ پر ملٹی سٹیپ، ملٹی الیکٹران، ملٹی فیز کمپلیکس الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن ہے، اور چارج ڈسچارج کے عمل کے دوران مختلف زنجیر کی لمبائی والے LiPSs ایک دوسرے میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔خارج ہونے والے عمل کے دوران، مثبت الیکٹروڈ پر ہونے والا ردعمل تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے، اور منفی الیکٹروڈ پر رد عمل شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

لتیم سلفر بیٹریوں کے فوائد بہت واضح ہیں، جیسے کہ بہت زیادہ نظریاتی صلاحیت؛مواد میں کوئی آکسیجن نہیں ہے، اور آکسیجن ارتقاء کا ردعمل نہیں ہوگا، لہذا حفاظت کی کارکردگی اچھی ہے؛سلفر کے وسائل وافر ہیں اور عنصری سلفر سستا ہے۔یہ ماحول دوست ہے اور کم زہریلا ہے.تاہم، لیتھیم سلفر بیٹریوں میں کچھ مشکل مسائل بھی ہوتے ہیں، جیسے کہ لیتھیم پولی سلفائیڈ شٹل اثر؛عنصری سلفر اور اس سے خارج ہونے والی مصنوعات کی موصلیت؛بڑے حجم میں تبدیلی کا مسئلہ؛غیر مستحکم SEI اور لتیم انوڈس کی وجہ سے حفاظتی مسائل؛خود خارج ہونے کا رجحان، وغیرہ

ثانوی بیٹری سسٹم کی ایک نئی نسل کے طور پر، لتیم ایئر بیٹریاں اور لتیم سلفر بیٹریاں بہت زیادہ نظریاتی مخصوص صلاحیت کی اقدار رکھتی ہیں، اور محققین اور ثانوی بیٹری مارکیٹ کی طرف سے وسیع توجہ حاصل کی ہے۔اس وقت ان دونوں بیٹریوں کو اب بھی بہت سے سائنسی اور تکنیکی مسائل کا سامنا ہے۔وہ بیٹری کی ترقی کے ابتدائی تحقیقی مرحلے میں ہیں۔بیٹری کیتھوڈ مواد کی مخصوص صلاحیت اور استحکام کو مزید بہتر کرنے کی ضرورت کے علاوہ، بیٹری کی حفاظت جیسے اہم مسائل کو بھی فوری طور پر حل کرنے کی ضرورت ہے۔مستقبل میں، ان دو نئی قسم کی بیٹریوں کو اب بھی اپنے نقائص کو ختم کرنے کے لیے مسلسل تکنیکی بہتری کی ضرورت ہے تاکہ اطلاق کے وسیع تر امکانات کو کھولا جا سکے۔