எங்கள் சாதனங்களில் உள்ள இந்த ஆற்றல் சக்தி நிலையங்களால் நான் ஈர்க்கப்பட்டேன். அவற்றை இவ்வளவு புரட்சிகரமாக்குவது எது? நான் கண்டுபிடித்ததைப் பகிர்ந்து கொள்கிறேன்.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளின் போது அனோட் மற்றும் கேத்தோடு இடையே லித்தியம்-அயன் இயக்கம் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. அவற்றின் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் ரீசார்ஜ் செய்யும் திறன், ஒருமுறை பயன்படுத்தும் மாற்றுகளைப் போலன்றி, எடுத்துச் செல்லக்கூடிய மின்னணுவியல் மற்றும் மின்சார வாகனங்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.
ஆனால் மேற்பரப்புக்குக் கீழே இன்னும் நிறைய இருக்கிறது. அவற்றின் இயக்கவியலைப் புரிந்துகொள்வது, அவை ஏன் நவீன தொழில்நுட்பத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன என்பதையும், நாம் என்ன வரம்புகளை நிவர்த்தி செய்ய வேண்டும் என்பதையும் வெளிப்படுத்துகிறது.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் உண்மையில் எப்படி வேலை செய்கின்றன?
என் மடிக்கணினி பேட்டரிக்குள் இருக்கும் மாயாஜாலத்தைப் பற்றி நான் யோசித்துக்கொண்டிருந்தேன். யதார்த்தம் மாயாஜாலத்தை விட மிகவும் கவர்ச்சிகரமானது.
ஒரு மின்னாற்பகுப்பு வழியாக சார்ஜ் செய்யும்போது லித்தியம் அயனிகள் கேத்தோடு முதல் அனோடு வரை சென்று ஆற்றலைச் சேமிக்கின்றன. வெளியேற்றத்தின் போது, அயனிகள் கேத்தோடுக்குத் திரும்பி, வெளிப்புற சுற்று வழியாக எலக்ட்ரான்களை வெளியிடுகின்றன. இந்த மீளக்கூடிய மின்வேதியியல் எதிர்வினை மீண்டும் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்குகிறது.
மூலக்கூறு மட்டத்தில், சார்ஜ் செய்யத் தொடங்கும் போது கேத்தோடு (பொதுவாக லித்தியம் உலோக ஆக்சைடு) லித்தியம் அயனிகளை வெளியிடுகிறது. இந்த அயனிகள் திரவ எலக்ட்ரோலைட் வழியாக பயணித்து, இன்டர்கலேஷன் எனப்படும் செயல்பாட்டில் அனோடின் கிராஃபைட் அடுக்குகளில் பதிக்கப்படுகின்றன. அதே நேரத்தில், எலக்ட்ரான்கள் உங்கள் சார்ஜர் வழியாக அனோடில் பாய்கின்றன.
வெளியேற்றப்படும்போது, செயல்முறை தலைகீழாக மாறுகிறது: லித்தியம் அயனிகள் அனோடை விட்டு வெளியேறி, பிரிப்பான் சவ்வைக் கடந்து, கேத்தோடு கட்டமைப்பிற்குள் மீண்டும் நுழைகின்றன. வெளியிடப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் சுற்று வழியாக உங்கள் சாதனத்திற்கு சக்தி அளிக்கின்றன. முக்கிய கண்டுபிடிப்புகளில் பின்வருவன அடங்கும்:
- எலக்ட்ரோலைட் உகப்பாக்கம்: புதிய சேர்க்கைகள் குறுகிய சுற்றுகளை ஏற்படுத்தும் டென்ட்ரைட் உருவாவதைக் குறைக்கின்றன
- திட-நிலை வடிவமைப்புகள்: கசிவுகளைத் தடுக்க திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளை பீங்கான்/பாலிமர் கடத்திகளால் மாற்றவும்.
- அனோட் மேம்பாடுகள்: கிராஃபைட்டை விட சிலிக்கான் கலவைகள் லித்தியம் சேமிப்பு திறனை 10 மடங்கு அதிகரிக்கின்றன.
பிரிப்பான் ஒரு முக்கியமான பாதுகாப்புப் பாத்திரத்தை வகிக்கிறது - அதன் நுண்ணிய துளைகள் மின்முனைகளுக்கு இடையேயான உடல் தொடர்பைத் தடுக்கும் அதே வேளையில் அயனி கடந்து செல்வதை அனுமதிக்கின்றன. அதிக சார்ஜ் செய்வதைத் தடுக்க பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகள் தொடர்ந்து மின்னழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையைக் கண்காணிக்கின்றன, இது வெப்ப ஓட்டத்தைத் தூண்டும்.
பல்வேறு வகையான லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கு இடையிலான வேறுபாடு என்ன?
எல்லா லித்தியம் பேட்டரிகளும் சமமாக உருவாக்கப்படவில்லை. கடந்த ஆண்டு EV மாடல்களை ஒப்பிடும்போது இதை நான் கற்றுக்கொண்டேன்.
முக்கிய மாறுபாடுகளில் கேத்தோடு வேதியியல் (LCO, NMC, LFP), ஆற்றல் அடர்த்தி மதிப்பீடுகள், சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மை ஆகியவை அடங்கும். LFP பேட்டரிகள் நீண்ட ஆயுட்காலம் மற்றும் சிறந்த பாதுகாப்பை வழங்குகின்றன, அதே நேரத்தில் NMC நீண்ட தூரத்திற்கு அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகிறது.
கத்தோட் கலவை செயல்திறன் பண்புகளை வரையறுக்கிறது:
- LCO (லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு): அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி ஆனால் குறைந்த ஆயுட்காலம் (500-800 சுழற்சிகள்). ஸ்மார்ட்போன்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- NMC (நிக்கல் மாங்கனீசு கோபால்ட்): சமநிலையான ஆற்றல்/சக்தி அடர்த்தி (1,500-2,000 சுழற்சிகள்). டெஸ்லா போன்ற மின்சார வாகனங்களில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது.
- LFP (லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட்): விதிவிலக்கான வெப்ப நிலைத்தன்மை (3,000+ சுழற்சிகள்). BYD மற்றும் டெஸ்லா தரநிலை வரம்பால் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.
- NCA (நிக்கல் கோபால்ட் அலுமினியம்): அதிகபட்ச ஆற்றல் அடர்த்தி ஆனால் குறைந்த நிலைத்தன்மை. சிறப்பு பயன்பாடுகள்
| ஒப்பீட்டு பரிமாணம் | எல்.சி.ஓ. | என்.எம்.சி. | எல்.எஃப்.பி. | என்.சி.ஏ. |
| வேதியியல் சூத்திரம் | லிகோஓ₂ | லினிம்ன்கோஓ₂ | வாழ்க்கைமுறைPO₄ | லினிகோஅல்ஓ₂ |
| ஆற்றல் அடர்த்தி | 150-200 Wh/கிலோ | 180-250 Wh/கிலோ | 120-160 Wh/கிலோ | 220-280 Wh/கிலோ |
| சுழற்சி வாழ்க்கை | 500-800 சுழற்சிகள் | 1,500-2,000 சுழற்சிகள் | 3,000-7,000 சுழற்சிகள் | 800-1,200 சுழற்சிகள் |
| வெப்ப ஓட்டப் பரவல் ஆரம்பம் | 150°C வெப்பநிலை | 210°C வெப்பநிலை | 270°C வெப்பநிலை | 170°C வெப்பநிலை |
| செலவு (ஒரு kWh க்கு) | $130-$150 | $100-$120 | $80-$100 | $140-$160 |
| கட்டண விகிதம் | 0.7C (தரநிலை) | 2-4C (வேகமான சார்ஜ்) | 1-3C (வேகமான சார்ஜ்) | 1C (தரநிலை) |
| குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறன் | -20°C (60% வரம்பு.) | -30°C (70% அதிகபட்சம்.) | -20°C (80% அதிகபட்சம்.) | -20°C (50% வரம்பு.) |
| முதன்மை பயன்பாடுகள் | ஸ்மார்ட்போன்கள்/டேப்லெட்டுகள் | மின்சார வாகனங்கள் (டெஸ்லா, முதலியன) | மின் பேருந்துகள்/ஆற்றல் சேமிப்பு | பிரீமியம் EVகள் (ரோட்ஸ்டர்) |
| முக்கிய நன்மை | அதிக கனஅளவு அடர்த்தி | ஆற்றல்/சக்தி சமநிலை | மிகுந்த நீண்ட ஆயுள் & பாதுகாப்பு | மேல்-நிலை ஆற்றல் அடர்த்தி |
| முக்கியமான வரம்பு | கோபால்ட் விலை ஏற்ற இறக்கம் | வாயு வீக்கம் (உயர்-நிக்கல் பதிப்புகள்) | மோசமான குளிர் செயல்திறன்/அதிகமானது | சிக்கலான உற்பத்தி |
| பிரதிநிதித்துவ தயாரிப்பு | ஆப்பிள் ஐபோன் பேட்டரிகள் | CATL இன் கிரின் பேட்டரி | BYD பிளேடு பேட்டரி | பானாசோனிக் 21700 செல்கள் |
அனோட் கண்டுபிடிப்புகள் மேலும் வகைகளை வேறுபடுத்துகின்றன:
- கிராஃபைட்: நல்ல நிலைத்தன்மை கொண்ட நிலையான பொருள்.
- சிலிக்கான்-கலவை: 25% அதிக திறன் ஆனால் விரிவாக்க சிக்கல்கள்
- லித்தியம்-டைட்டனேட்: மிக வேகமாக சார்ஜ் செய்தல் (10 நிமிடங்கள்) ஆனால் குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி
எலக்ட்ரோலைட் சூத்திரங்கள் வெப்பநிலை செயல்திறனை பாதிக்கின்றன. புதிய ஃப்ளோரினேட்டட் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் -40°C இல் இயங்குகின்றன, அதே நேரத்தில் பீங்கான் சேர்க்கைகள் மிக வேகமாக சார்ஜ் செய்ய உதவுகின்றன. விலையும் கணிசமாக வேறுபடுகிறது - LFP செல்கள் NMC ஐ விட 30% மலிவானவை ஆனால் கனமானவை.
மின்சார வாகனங்களில் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் ஏன் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன?
மின்சார வாகனங்களை சோதனை ஓட்டும்போது, அவற்றின் பேட்டரிகள் வெறும் கூறுகள் மட்டுமல்ல - அவைதான் அடித்தளம் என்பதை உணர்ந்தேன்.
ஒப்பிடமுடியாத ஆற்றல்-எடை விகிதங்கள் (200+ Wh/kg), வேகமாக சார்ஜ் செய்யும் திறன் மற்றும் குறைந்து வரும் செலவுகள் (2010 முதல் 89% குறைப்பு) காரணமாக லித்தியம்-அயன் மின்சார வாகனங்களில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. லீட்-அமிலம் அல்லது நிக்கல்-மெட்டல் ஹைட்ரைடு மாற்றுகளுடன் சாத்தியமற்ற 300+ மைல் தூரங்களை அவை வழங்குகின்றன.
மூன்று தொழில்நுட்ப நன்மைகள் அவற்றின் ஆதிக்கத்தை உறுதிப்படுத்துகின்றன:
- ஆற்றல் அடர்த்தி மேன்மை: பெட்ரோல் 12,000 Wh/kg கொண்டுள்ளது, ஆனால் ICE இயந்திரங்கள் 30% மட்டுமே திறமையானவை. நவீன NMC பேட்டரிகள் நிக்கல் அடிப்படையிலான மாற்றுகளை விட ஒரு கிலோவிற்கு 4-5 மடங்கு அதிக பயன்படுத்தக்கூடிய ஆற்றலை வழங்குகின்றன, இது நடைமுறை வரம்புகளை செயல்படுத்துகிறது.
- சார்ஜ் திறன்: குறைந்த உள் எதிர்ப்பு காரணமாக லித்தியம்-அயன் 350kW+ வேகமான சார்ஜிங்கை ஏற்றுக்கொள்கிறது (15 நிமிடங்களில் 200 மைல்கள் சேர்க்கிறது). ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல்களுக்கு சமமான வரம்பிற்கு 3 மடங்கு நீண்ட எரிபொருள் நிரப்புதல் தேவைப்படுகிறது.
- மீளுருவாக்க பிரேக்கிங் சினெர்ஜி: லித்தியம் வேதியியல் தனித்துவமாக 90% பிரேக்கிங் ஆற்றலை மீண்டும் பெறுகிறது, அதே நேரத்தில் லீட்-அமிலத்திற்கு 45% பிரேக்கிங் ஆற்றலை மீண்டும் பெறுகிறது. இது நகர வாகனம் ஓட்டும்போது வரம்பை 15-20% வரை நீட்டிக்கிறது.
CATL இன் செல்-டு-பேக் தொழில்நுட்பம் போன்ற உற்பத்தி கண்டுபிடிப்புகள் மட்டு கூறுகளை நீக்கி, பேக் அடர்த்தியை 200Wh/kg ஆக அதிகரிக்கின்றன, அதே நேரத்தில் செலவுகளை $97/kWh ஆகக் குறைக்கின்றன (2023). திட-நிலை முன்மாதிரிகள் 2030 ஆம் ஆண்டளவில் 500Wh/kg ஐ உறுதியளிக்கின்றன.
முக்கியமான லித்தியம்-அயன் பேட்டரி பாதுகாப்பு கவலைகள் என்ன?
செய்திகளில் EV பேட்டரி தீப்பிடிப்பதைப் பார்த்ததும், உண்மையான அபாயங்கள் அல்லது பரபரப்பு குறித்து ஆராயத் தூண்டியது.
வெப்ப ஓட்டம் - ஷார்ட் சர்க்யூட்கள் அல்லது சேதத்தால் ஏற்படும் கட்டுப்பாடற்ற அதிக வெப்பம் - முதன்மை ஆபத்து. நவீன பாதுகாப்புகளில் பீங்கான் பூசப்பட்ட பிரிப்பான்கள், சுடர்-தடுப்பு எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் ஒவ்வொரு செல்லையும் 100x/வினாடி கண்காணிக்கும் பல அடுக்கு பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகள் ஆகியவை அடங்கும்.
வெப்பநிலை 150°C ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது வெப்ப ஓட்டம் தொடங்குகிறது, இது சிதைவு எதிர்வினைகளைத் தூண்டுகிறது:
- SEI அடுக்கு முறிவு (80-120°C)
- அனோடுடன் (120-150°C) எலக்ட்ரோலைட் வினை
- கத்தோட் சிதைவு ஆக்ஸிஜனை வெளியிடுகிறது (180-250°C)
- எலக்ட்ரோலைட் எரிப்பு (200°C+)
உற்பத்தியாளர்கள் ஐந்து பாதுகாப்பு அடுக்குகளை செயல்படுத்துகின்றனர்:
- தடுப்பு வடிவமைப்பு: எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் டென்ட்ரைட்-அடக்கும் சேர்க்கைகள்
- "கண்டெய்ன்மென்ட் சிஸ்டம்ஸ்": செல்கள் மற்றும் ஃபயர்வால்களுக்கு இடையே உள்ள குளிரூட்டும் சேனல்கள்.
- கண்காணிப்பு: ஒவ்வொரு செல்லிலும் மின்னழுத்தம்/வெப்பநிலை உணரிகள்
- மென்பொருள் கட்டுப்பாடுகள்”: சேதமடைந்த செல்களை மில்லி விநாடிகளுக்குள் தனிமைப்படுத்துதல்
- கட்டமைப்பு பாதுகாப்பு”: மோதலை உறிஞ்சும் பேட்டரி கூண்டுகள்
இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP) வேதியியல், NMC-க்கு 150°C வெப்பநிலையுடன் ஒப்பிடும்போது சிதைவதற்கு முன்பு 300°C வெப்பநிலையைத் தாங்கும். புதிய சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் தீ அபாயங்களை முற்றிலுமாக நீக்குகின்றன, ஆனால் குறைந்த அடர்த்தியை வழங்குகின்றன. எப்போதும் உற்பத்தியாளர் சான்றளிக்கப்பட்ட சார்ஜர்களைப் பயன்படுத்துங்கள் - 78% தோல்விகள் சந்தைக்குப்பிறகான உபகரணங்களை உள்ளடக்கியது.
முடிவுரை
லித்தியம்-அயன் தொழில்நுட்பம் ஆற்றல் அடர்த்தி, செலவு மற்றும் பாதுகாப்பை சமநிலைப்படுத்துகிறது - ஆனால் தொடர்ந்து உருவாகி வருகிறது. நாளைய திட-நிலை பேட்டரிகள் நமது நிலையான எதிர்காலத்திற்கு சக்தி அளிக்கும் அதே வேளையில் இன்றைய வரம்புகளையும் தீர்க்கக்கூடும்.
இடுகை நேரம்: ஆகஸ்ட்-05-2025