బ్యాటరీ కెపాసిటీ డిగ్రేడేషన్ మెకానిజం అంటే ఏమిటి?
మెటీరియల్ నిర్మాణంలో మార్పు
ప్రస్తుతం అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్న కాథోడ్ పదార్థాలలో ప్రధానంగా LiMO2 యొక్క షట్కోణ లేయర్డ్ నిర్మాణం (ఇక్కడ M=Co, Ni, Mn), LiMn2O4 యొక్క స్పినెల్ నిర్మాణం మరియు LiFePO4 యొక్క ఆలివిన్ నిర్మాణం ఉన్నాయి. నిర్మాణంతో సంబంధం లేకుండా, లిథియం అయాన్లు కాథోడ్ నుండి డీఇంటర్కలేట్ అయినప్పుడు, పదార్థంలో విద్యుత్ స్థితిని నిర్వహించడానికి, లోహ మూలకం అనివార్యంగా అధిక వాలెన్స్ స్థితికి ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, ఇది దశ పరివర్తన ప్రక్రియతో కూడి ఉంటుంది. దశ పరివర్తనాలు తరచుగా దశల మార్పులకు దారితీస్తాయి, కాబట్టి లిథియం అయాన్లు పదార్థంలో నిరంతరం పరస్పరం మరియు విడదీయడం వలన, దశ మార్పు కొనసాగుతుంది మరియు దీర్ఘకాలంలో, ఇది క్రిస్టల్ స్థిరత్వానికి ముప్పును కలిగిస్తుంది. యానోడ్తో పోలిస్తే, కాథోడ్ మెటీరియల్ యొక్క బల్క్ స్ట్రక్చర్లో ఫేజ్ షిఫ్ట్లు మరియు మార్పుల వల్ల ఏర్పడే అసమాన రివర్సిబుల్ సామర్థ్యం బ్యాటరీ జీవితంపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. గ్రాఫైట్ పొరల నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అనేక పొరలు మందంగా ఉన్నప్పుడు, బ్యాటరీ ఛార్జింగ్ సమయంలో లిథియం అయాన్లు ఇంటర్లేయర్లలోకి కలుస్తాయి మరియు లిథియేటెడ్ గ్రాఫైట్ను ఏర్పరచడానికి బాహ్య సర్క్యూట్ నుండి రవాణా చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లతో మిళితం అవుతాయి మరియు ఈ సమయంలో ఇంటర్లేయర్ అంతరం పెరుగుతుంది; ఉత్సర్గ సమయంలో, లిథియం అయాన్లు గ్రాఫైట్ ఇంటర్లేయర్లను వదిలి ఎలక్ట్రాన్లను బాహ్య సర్క్యూట్కు విడుదల చేస్తాయి, డీఇంటర్కలేషన్ మరియు ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్యకు లోనవుతాయి మరియు ఈ సమయంలో ఇంటర్లేయర్ అంతరం తగ్గుతుంది.
యాక్టివ్ మెటీరియల్ యొక్క రద్దు
ఎలక్ట్రోలైట్లో తుప్పు పట్టడం వల్ల క్రియాశీల పదార్థం క్రమంగా తగ్గే ప్రక్రియను కాథోడ్ పదార్థం యొక్క రద్దు సూచిస్తుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్యాథోడ్ పదార్థం కరిగిపోవడం బ్యాటరీ సామర్థ్యం క్షీణతకు ఒక కారణం, ప్రత్యేకించి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీల సైకిల్ పనితీరు మరియు నిల్వ పనితీరుపై ఎక్కువ ప్రభావం చూపుతుంది. కొన్ని పరిస్థితులలో పరివర్తన లోహాల రద్దు అనేది అన్ని LiMO2 కాథోడ్ పదార్థాలలో ఉన్న సమస్య. యాక్టివ్ మెటీరియల్ కరిగిపోవడం బ్యాటరీ పనితీరు క్షీణతకు దారితీసే ప్రధాన కారణాలు: $\\టెక్స్ట్ సర్కిల్డ్{1}$ మెటల్ మూలకాల రద్దు నేరుగా క్రియాశీల పదార్థాన్ని తగ్గించడానికి దారితీస్తుంది, దీనివల్ల బ్యాటరీ సామర్థ్యం తగ్గుతుంది; $\\టెక్స్ట్ సర్కిల్డ్{2}$ కాథోడ్ పదార్థం కరిగిపోవడం వల్ల పదార్థ నిర్మాణం క్షీణించడం మరియు కణాల ఉపరితలంపై రసాయనికంగా క్రియారహిత పదార్థాలు ఏర్పడతాయి, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంలో లిథియం అయాన్ల రవాణాకు ఆటంకం కలిగిస్తుంది; $\\టెక్స్ట్ సర్కిల్డ్{3}$ ఎలక్ట్రోలైట్లో ఉన్న సాల్వేటెడ్ మెటల్ అయాన్లు ఎలెక్ట్రోలైట్లోని యానోడ్కు వెళ్లి తక్కువ పొటెన్షియల్లో లోహం లేదా ఉప్పు రూపంలో యానోడ్ ఉపరితలంపై జమ అవుతాయి మరియు ఈ డిపాజిట్లు అనివార్యంగా యానోడ్ బ్యాటరీ ఉపరితలంపై SEI ఫిల్మ్ యొక్క స్థిరత్వం మరియు మందాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితల పోలరైజేషన్ పెరగడానికి దారితీస్తుంది. అందువల్ల, ఎలక్ట్రోలైట్పై క్రియాశీల పదార్ధాల కరిగిన ప్రభావం కేవలం కరిగిపోవడం వల్ల మాత్రమే కాకుండా పరివర్తన లోహాల కరిగిపోవడం వల్ల కలిగే మరింత ప్రతికూల ప్రభావాల నుండి కూడా వస్తుంది.
లిథియం అయాన్ల వినియోగం
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల రూపకల్పనలో, బ్యాటరీ సామర్థ్యం సాధారణంగా కాథోడ్ కంటే కొంచెం ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు రీసైకిల్ చేయగల లిథియం అయాన్లు కూడా కాథోడ్ ద్వారా అందించబడతాయి. అందువల్ల, క్యాథోడ్ మరియు యానోడ్ మధ్య లిథియం అయాన్ల రివర్సిబుల్ ఇంటర్కలేషన్ మరియు డీఇంటర్కలేషన్ బ్యాటరీ సామర్థ్యాన్ని నిర్ణయిస్తాయి. మొదటి ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో, యానోడ్ ఉపరితలంపై SEI ఫిల్మ్ ఏర్పడుతుంది. ఈ పాసివేషన్ ఫిల్మ్లోని ప్రధాన భాగాలు Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH వంటి వివిధ అకర్బన పదార్థాలు మరియు ROCO2Li, ROLi మరియు (ROCO2)2Li వంటి వివిధ సేంద్రీయ భాగాలు. అందువలన, కొన్ని లిథియం అయాన్లు వినియోగించబడతాయి మరియు ఈ సామర్థ్య నష్టం కోలుకోలేనిది. యానోడ్ యొక్క పనితీరు SEI ఫిల్మ్ యొక్క పదనిర్మాణం మరియు స్థిరత్వానికి అత్యంత సంబంధించినది మరియు యానోడ్ ఉపరితలంపై స్థిరమైన SEI ఫిల్మ్ను రూపొందించే సామర్థ్యం బ్యాటరీ పనితీరుపై-తక్కువ ప్రభావం చూపుతుంది. SEI ఫిల్మ్ ఏర్పడటం బ్యాటరీలోని పరిమిత లిథియం అయాన్లను వినియోగిస్తుంది. చక్రంలో SEI ఫిల్మ్ నిరంతరం దెబ్బతింటుంటే, యానోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్ వద్ద ఆక్సీకరణ చర్య నిరంతరంగా కొత్త SEI ఫిల్మ్ను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ ప్రక్రియ వ్యవస్థలో కాథోడ్ అందించిన పరిమిత లిథియం అయాన్లను వినియోగిస్తుంది మరియు క్రియాశీల లిథియం అయాన్ల తగ్గింపు సామర్థ్యం క్షీణతకు దారితీస్తుంది. ఎలక్ట్రోలైట్లోని లిథియం అయాన్ల తగ్గింపు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది మరియు కాథోడ్ పదార్థంలో లిథియం అయాన్ల నష్టం బ్యాటరీ యొక్క రెండు ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య అసమతుల్యతకు కారణమవుతుంది.
అంతర్గత ప్రతిఘటనలో పెరుగుదల
బ్యాటరీ యొక్క దీర్ఘ-కాల సైక్లింగ్ సమయంలో, అంతర్గత నిరోధం పెరగడం కూడా సామర్థ్యం క్షీణించడానికి ఒక ముఖ్యమైన కారణం. అంతర్గత నిరోధం పెరగడానికి అనేక కారణాలు ఉన్నాయి, ప్రధానంగా రెండు అంశాల నుండి: $\\టెక్స్ట్ సర్కిల్డ్{1}$ ఎలక్ట్రోలైట్లోని ఎలక్ట్రోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్లో సంభవించే ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్య ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఉపరితల ఫిల్మ్ రెసిస్టెన్స్లో పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది మరియు యానోడ్ SEI ఫిల్మ్ యొక్క అస్థిరత, నిరంతరంగా పెరుగుతున్న అంతర్గత పోలారైజేషన్ ఫిల్మ్లు. $\\టెక్స్ట్ సర్కిల్డ్{2}$ కాథోడ్లోని లోహ అయాన్లను ఎలక్ట్రోలైట్లోకి కరిగించడం మరియు కరిగిన అయనీకరణం చేయబడిన లోహ అయాన్లు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా యానోడ్కి వలస వెళ్లి యానోడ్ ఉపరితలంపై లోహం లేదా ఉప్పు రూపంలో జమ చేస్తాయి, ఫలితంగా ఎలక్ట్రోడ్ పోలరైజేషన్ పెరుగుతుంది. అదనంగా, ప్రస్తుత కలెక్టర్ యొక్క తుప్పు కూడా అంతర్గత ప్రతిఘటన పెరుగుదలకు దారితీస్తుందని పరిశోధన నిరూపించబడింది, అయితే ప్రస్తుత కలెక్టర్ యొక్క ముందస్తు చికిత్స యొక్క ఆవరణలో ఈ ప్రభావం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. అంతర్గత నిరోధం పెరుగుదల శక్తి సాంద్రత మరియు సామర్థ్యంలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది, ముఖ్యంగా యానోడ్ కోసం, ఎలక్ట్రోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్లో సంభవించే ప్రతిచర్య యానోడ్ వృద్ధాప్యానికి ప్రధాన కారణం.
