பேட்டரி திறன் சிதைவு பொறிமுறை என்றால் என்ன?
பொருள் கட்டமைப்பில் மாற்றம்
தற்போது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கேத்தோடு பொருட்களில் முக்கியமாக LiMO2 இன் அறுகோண அடுக்கு அமைப்பு (M=Co, Ni, Mn), LiMn2O4 இன் ஸ்பைனல் அமைப்பு மற்றும் LiFePO4 இன் ஆலிவின் அமைப்பு ஆகியவை அடங்கும். கட்டமைப்பைப் பொருட்படுத்தாமல், லித்தியம் அயனிகள் கேத்தோடிலிருந்து பிரிக்கும்போது, பொருளில் மின் நிலையை பராமரிக்க, உலோக உறுப்பு தவிர்க்க முடியாமல் அதிக வேலன்ஸ் நிலைக்கு ஆக்ஸிஜனேற்றப்படுகிறது, இது ஒரு கட்ட மாற்ற செயல்முறையுடன் உள்ளது. கட்ட மாறுதல்கள் பெரும்பாலும் கட்ட மாற்றங்களுக்கு வழிவகுக்கும், எனவே லித்தியம் அயனிகள் தொடர்ச்சியாக ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்படுவதால், நிலை மாற்றம் தொடர்கிறது, மேலும் நீண்ட காலத்திற்கு, இது படிக நிலைத்தன்மைக்கு அச்சுறுத்தலாக இருக்கும். அனோடுடன் ஒப்பிடும்போது, கட்ட மாற்றங்கள் மற்றும் கேத்தோடு பொருளின் மொத்த கட்டமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றங்களால் ஏற்படும் சமமற்ற மீளக்கூடிய திறன் பேட்டரி ஆயுளில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. கிராஃபைட் ஒரு அடுக்கு அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. பல அடுக்குகள் தடிமனாக இருக்கும் போது, லித்தியம் அயனிகள் பேட்டரி சார்ஜிங்கின் போது இன்டர்லேயர்களில் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டு, வெளிப்புற சுற்றுகளில் இருந்து கொண்டு செல்லப்படும் எலக்ட்ரான்களுடன் இணைந்து லித்தியேட்டட் கிராஃபைட்டை உருவாக்குகிறது, மேலும் இந்த நேரத்தில் இடைவெளி இடைவெளி அதிகரிக்கிறது; வெளியேற்றத்தின் போது, லித்தியம் அயனிகள் கிராஃபைட் இன்டர்லேயர்களை விட்டு வெளியேறி எலக்ட்ரான்களை வெளிப்புற சுற்றுக்கு வெளியிடுகின்றன, இது ஒரு இடைநீக்கம் மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்ற எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது, மேலும் இந்த நேரத்தில் இடைவெளி இடைவெளி குறைகிறது.
செயலில் உள்ள பொருளின் கலைப்பு
கத்தோட் பொருளின் கலைப்பு என்பது எலக்ட்ரோலைட்டில் அரிப்பு காரணமாக செயலில் உள்ள பொருள் படிப்படியாக குறையும் செயல்முறையைக் குறிக்கிறது. அதிக வெப்பநிலையில் கேத்தோடு பொருள் கரைவது பேட்டரி திறன் சிதைவதற்கான காரணங்களில் ஒன்றாகும், குறிப்பாக அதிக வெப்பநிலையில் பேட்டரிகளின் சுழற்சி செயல்திறன் மற்றும் சேமிப்பக செயல்திறன் ஆகியவற்றில் அதிக தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. சில நிபந்தனைகளின் கீழ் மாற்றம் உலோகங்கள் கரைவது அனைத்து LiMO2 கேத்தோடு பொருட்களிலும் இருக்கும் ஒரு பிரச்சனையாகும். செயலில் உள்ள பொருளின் கலைப்பு பேட்டரி செயல்திறன் மோசமடைய வழிவகுக்கும் முக்கிய காரணங்கள்: $\\textcircled{1}$ உலோக உறுப்புகளின் கரைப்பு நேரடியாக செயலில் உள்ள பொருட்களின் குறைப்புக்கு வழிவகுக்கிறது, இதனால் பேட்டரி திறன் இழப்பு ஏற்படுகிறது; $\\textcircled{2}$ கத்தோட் பொருளின் கரைப்பு, பொருள் கட்டமைப்பின் சிதைவை ஏற்படுத்துகிறது மற்றும் துகள்களின் மேற்பரப்பில் வேதியியல் ரீதியாக செயலற்ற பொருட்கள் உருவாகிறது, இது எலக்ட்ரோடு பொருளில் லித்தியம் அயனிகளின் போக்குவரத்துக்கு இடையூறாக உள்ளது; $\\textcircled{3}$ எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள கரைந்த உலோக அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள அனோடிற்கு இடம்பெயர்ந்து, உலோகம் அல்லது உப்பு வடிவில் அனோட் மேற்பரப்பில் வைப்பது தவிர்க்க முடியாமல் ஆனோட் பேட்டரி மேற்பரப்பில் உள்ள SEI படத்தின் நிலைத்தன்மையையும் தடிமனையும் பாதிக்கிறது. எனவே, எலக்ட்ரோலைட்டில் செயலில் உள்ள பொருள் கலைப்பின் விளைவு கரைப்பதில் இருந்து மட்டுமல்ல, மாறுதல் உலோகங்களின் கலைப்பினால் ஏற்படும் அதிக பாதகமான விளைவுகளிலிருந்தும் வருகிறது.
லித்தியம் அயனிகளின் நுகர்வு
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் வடிவமைப்பில், பேட்டரியின் திறன் பொதுவாக கேத்தோடைக் காட்டிலும் சற்று அதிகமாக இருக்கும், மேலும் மறுசுழற்சி செய்யக்கூடிய லித்தியம் அயனிகளும் கேத்தோடால் வழங்கப்படுகின்றன. எனவே, கேத்தோடிற்கும் அனோடிற்கும் இடையே உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் மீளக்கூடிய இடைக்கணிப்பு மற்றும் டிஇன்டர்கலேஷன் ஆகியவை பேட்டரி திறனை தீர்மானிக்கிறது. முதல் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செயல்பாட்டின் போது, அனோட் மேற்பரப்பில் ஒரு SEI படம் உருவாகிறது. Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH போன்ற பல்வேறு கனிமப் பொருட்கள் மற்றும் ROCO2Li, ROLi, மற்றும் (ROCO2)2Li போன்ற பல்வேறு கரிமக் கூறுகள் இந்த செயலற்ற படத்தின் முக்கிய கூறுகளாகும். இதனால், சில லித்தியம் அயனிகள் நுகரப்படுகின்றன, மேலும் இந்த திறன் இழப்பு மீள முடியாதது. அனோடின் செயல்திறன் SEI படத்தின் உருவவியல் மற்றும் நிலைத்தன்மையுடன் மிகவும் தொடர்புடையது, மேலும் அனோட் மேற்பரப்பில் ஒரு நிலையான SEI ஃபிலிமை உருவாக்கும் திறன் பேட்டரி செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. SEI படத்தின் உருவாக்கம் பேட்டரியில் உள்ள வரையறுக்கப்பட்ட லித்தியம் அயனிகளை பயன்படுத்துகிறது. சுழற்சியின் போது SEI படம் தொடர்ந்து சேதமடைந்தால், நேர்மின்வாயில்/எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தில் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை ஒரு புதிய SEI படத்தை உருவாக்குவதற்கு தொடர்ந்து நிகழும். இந்த செயல்முறையானது கணினியில் கேத்தோடால் வழங்கப்பட்ட வரையறுக்கப்பட்ட லித்தியம் அயனிகளை உட்கொள்கிறது, மேலும் செயலில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் குறைப்பு திறன் சிதைவுக்கு வழிவகுக்கிறது. எலக்ட்ரோலைட்டில் லித்தியம் அயனிகளின் குறைப்பு எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் குறைவதற்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் கேத்தோடு பொருளில் லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு பேட்டரியின் இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் ஏற்றத்தாழ்வை ஏற்படுத்துகிறது.
உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பு
பேட்டரியின் நீண்ட-கால சுழற்சியின் போது, உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பும் திறன் சிதைவுக்கு ஒரு முக்கிய காரணமாகும். உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்புக்கு பல காரணங்கள் உள்ளன, முக்கியமாக இரண்டு அம்சங்களில் இருந்து: $\\textcircled{1}$ எலக்ட்ரோலைட்டில் எலக்ட்ரோடு/எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தில் நிகழும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை மின்முனையின் மேற்பரப்பு பட எதிர்ப்பின் அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் நேர்மின்வாயில் SEI படத்தின் உறுதியற்ற தன்மை, தொடர்ந்து அதிகரிப்பு, துருவமுனைப்பு போன்ற அனைத்து சுழற்சியின் போது புதிய மேற்பரப்பு படலத்தை உருவாக்குகிறது. $\\textcircled{2}$ மின்னாற்றில் உள்ள உலோக அயனிகளை எலக்ட்ரோலைட்டில் கரைப்பது மற்றும் கரைந்த அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட உலோக அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாக நேர்மின்முனைக்கு இடம்பெயர்ந்து உலோகம் அல்லது உப்பு வடிவத்தில் நேர்மின்வாயில் மேற்பரப்பில் படிவதால், மின்முனை துருவமுனைப்பு அதிகரிக்கும். கூடுதலாக, தற்போதைய சேகரிப்பாளரின் அரிப்பு உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கும் என்பதையும் ஆராய்ச்சி நிரூபித்துள்ளது, ஆனால் தற்போதைய சேகரிப்பாளரின் முன் சிகிச்சையின் அடிப்படையில் இந்த விளைவு ஒப்பீட்டளவில் சிறியது. உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பு ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் திறன் குறைவதற்கு வழிவகுக்கிறது, குறிப்பாக அனோடிற்கு, மின்முனை/எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தில் நிகழும் எதிர்வினை அனோட் வயதானதற்கு முக்கிய காரணமாகும்.
