لیتھیم-آئن بیٹری الیکٹرولائٹ کا مطلب؟

◆آبی الیکٹرولائٹس کیا ہیں؟

◆ٹھوس الیکٹرولائٹس کا تعارف

الیکٹرولائٹ، کا ایک ناگزیر جزولیتھیم-آئن بیٹریاں، بیٹری کے چارج-ڈسچارج سائیکل میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔

یہ نہ صرف لتیم آئنوں کی موثر نقل و حمل اور کرنٹ کی ترسیل کے لیے ذمہ دار ہے، بلکہ مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان براہ راست الیکٹران کے بہاؤ کو مؤثر طریقے سے روکنے کے لیے الیکٹرانک موصلیت کی خصوصیات بھی رکھتا ہے۔ علامتی طور پر، الیکٹرولائٹ لیتھیم-آئن بیٹری کے اندر "خون" کی طرح ہے، جو مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد کے درمیان رابطے کو یقینی بناتا ہے، اس طرح پورے چارج-خارج کے عمل کی ہموار پیش رفت کی ضمانت دیتا ہے۔

لتیم-آئن بیٹری کے لیے ایک مثالی الیکٹرولائٹ کو درج ذیل پانچ تقاضوں کو پورا کرنا چاہیے:

بیٹری کی توانائی کی کثافت اور طاقت کی کثافت کے لیے بڑھتے ہوئے مطالبات کے ساتھ، بیٹری ٹیکنالوجی تیزی سے ترقی کر رہی ہے، اور الیکٹروڈ مواد نے زبردست ترقی کی ہے۔ اس کے برعکس الیکٹرولائٹ سسٹمز کی ترقی پیچھے رہ گئی ہے۔ فی الحال، لیتھیم-آئن بیٹری الیکٹرولائٹس کی ترقی کو وسیع طور پر تین اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: غیر-آبی سالوینٹ الیکٹرولائٹس، ایکویوس الیکٹرولائٹس، اور ٹھوس- اسٹیٹ الیکٹرولائٹس۔

غیر-پانی سالوینٹ الیکٹرولائٹ

 

لیتھیم-آئن بیٹریوں میں غیر-پانی سالوینٹ الیکٹرولائٹس کا حوالہ دیتے ہیں الیکٹرولائٹ سسٹم جس میں پانی نہیں ہوتا ہے، بنیادی طور پر سالوینٹس، محلول (عام طور پر لتیم نمکیات) اور اضافی اشیاء پر مشتمل ہوتا ہے۔ یہ غیر-آبی سالوینٹس پانی کے برقی تجزیہ یا الیکٹروڈ مواد کے ساتھ منفی رد عمل سے بچنے کے لیے، پانی کے سالوینٹس کے بجائے، عام طور پر نامیاتی سالوینٹس ہوتے ہیں۔ لتیم نمکیات لتیم-آئن کی نقل و حمل کے لیے بنیادی کیریئر ہیں، سالوینٹس لتیم نمکیات کے لیے تحلیل، بازی، اور معاونت کے طور پر کام کرتے ہیں، اور اضافی چیزیں بنیادی طور پر لیتھیم-آئن بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی یا حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے کام کرتی ہیں۔

تجارتی طور پر دستیاب الیکٹرولائٹس (یعنی مائع الیکٹرولائٹس) جو لیتھیم-آئن بیٹریوں میں استعمال ہوتی ہیں بنیادی طور پر دو یا زیادہ نامیاتی سالوینٹس میں تحلیل ہونے والے ایک یا زیادہ لتیم نمکیات پر مشتمل ہوتے ہیں۔ ایک واحد سالوینٹس پر مشتمل الیکٹرولائٹس بہت نایاب ہیں۔ ایک سے زیادہ سالوینٹس استعمال کرنے کی وجہ یہ ہے کہ حقیقی دنیا کی بیٹریاں مختلف، حتیٰ کہ متضاد، ضروریات رکھتی ہیں جنہیں ایک سالوینٹ کے استعمال سے پورا کرنا مشکل ہے۔ مثال کے طور پر، الیکٹرولائٹس کو زیادہ روانی کی ضرورت ہو سکتی ہے جبکہ ایک اعلی ڈائی الیکٹرک مستقل بھی ہو سکتا ہے۔ اس لیے، مختلف فزیک کیمیکل خصوصیات کے ساتھ سالوینٹس اکثر مجموعہ میں استعمال ہوتے ہیں، بیک وقت مختلف خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں۔ مزید برآں، لتیم نمکیات کو عام طور پر بیک وقت استعمال نہیں کیا جاتا ہے کیونکہ لتیم نمکیات کا انتخاب محدود ہے، اور ان کے فوائد آسانی سے ظاہر نہیں ہوتے ہیں۔

مثالی نامیاتی سالوینٹس میں درج ذیل کلیدی خصوصیات ہونی چاہئیں: سب سے پہلے، انہیں لتیم نمکیات کی اچھی تحلیل کو یقینی بنانے کے لیے ہائی ڈائی الیکٹرک مستقل کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسرا، الیکٹرولائٹ کے آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد کو وسیع کرنے کے لیے ان میں کم پگھلنے کا نقطہ اور ایک اعلی ابلتا نقطہ ہونا چاہیے۔ تیسرا، کم viscosity درمیانے درجے میں لتیم آئنوں کی موثر منتقلی کو فروغ دینے میں مدد کرتا ہے۔ اور آخر میں، یہ سالوینٹس سستے اور کم زہریلے ہونے چاہئیں (مثالی طور پر غیر-زہریلے)۔ کاربونیٹ مرکبات، لیتھیم-آئن بیٹری انڈسٹری میں سب سے قدیم اور سب سے زیادہ استعمال ہونے والے نامیاتی سالوینٹس میں سے ایک کے طور پر، بیٹری الیکٹرولائٹس کے میدان میں ایک اہم مقام رکھتے ہیں۔

فی الحال، اس قسم کے سالوینٹس میں بنیادی طور پر دو ساختی شکلیں شامل ہیں: سائکلک اور چین۔ ذیل میں دی گئی جدول متعدد عام طور پر استعمال کیے جانے والے غیر- آبی سالوینٹس، الیکٹرولائٹس، اور نامیاتی سالوینٹس کے متعلقہ جسمانی پیرامیٹرز کا خلاصہ کرتی ہے۔

فی الحال، الکل کاربونیٹ سالوینٹس الیکٹرولائٹس میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ یہ سالوینٹس اچھی آکسیکرن مزاحمت رکھتے ہیں اور ہائی وولٹیج کے حالات میں بہترین استحکام کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ سائکلک کاربونیٹ، جیسے ایتھیلین کاربونیٹ اور پروپیلین کاربونیٹ، اپنے ہائی ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ کے لیے جانا جاتا ہے، یعنی وہ لتیم نمکیات کو زیادہ مؤثر طریقے سے تحلیل کر سکتے ہیں۔ تاہم، مضبوط بین سالماتی قوتوں کی وجہ سے، ان سالوینٹس میں زیادہ چپکنے والی ہوتی ہے، جو ان کے اندر لتیم آئنوں کی حرکت کو سست کر دیتی ہے۔ اس کے برعکس، چین کاربونیٹ، جیسے ڈائمتھائل کاربونیٹ اور ڈائیتھائل کاربونیٹ، کم وسکوسیٹی رکھتے ہوئے، نسبتاً کم ڈائی الیکٹرک مستقل بھی ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں لتیم نمکیات کے لیے نسبتاً خراب تحلیل کی کارکردگی ہوتی ہے۔ لہذا، اعلیٰ آئنک چالکتا کے ساتھ حل کے نظام کو تیار کرنے کے لیے، مختلف قسم کے سالوینٹس کو اکثر ملایا جاتا ہے، جیسے PC+DEC یا EC+DMC کے امتزاج۔ لتیم نمکیات، الیکٹرولائٹ میں لتیم آئنوں کے ماخذ کے طور پر، لتیم-آئن بیٹریوں کے چارج اور خارج ہونے کے عمل کے دوران لتیم آئن آئن کی نقل و حمل میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ ان کی کارکردگی لتیم آئن بیٹریوں کے بہت سے پہلوؤں کو براہ راست متاثر کرتی ہے، بشمول توانائی کی کثافت، طاقت کی کثافت، آپریٹنگ وولٹیج کی حد، سائیکل کی زندگی، اور حفاظت۔ فی الحال، لیبارٹری کی تحقیق اور صنعتی مشق میں، بڑے anionic radii اور اعلی ریڈوکس استحکام کے ساتھ لتیم نمکیات کو عام طور پر منتخب کیا جاتا ہے۔ ان کی کیمیائی ساخت کی بنیاد پر، لتیم نمکیات کو بڑے پیمانے پر دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: غیر نامیاتی لتیم نمکیات اور نامیاتی لتیم نمکیات۔ کئی غیر نامیاتی لتیم نمکیات تیار کیے گئے ہیں، بشمول LiPF6، LiClO4، LIBF، اور LIASF۔ اس کے برعکس، لتیم-آئن بیٹریوں میں عام طور پر استعمال ہونے والے نامیاتی لتیم نمکیات کو ان غیر نامیاتی لتیم نمکیات کے anions میں الیکٹران-واپس لینے والے گروپوں کو شامل کر کے تیار کیا جاتا ہے، جیسے کہ لیتھیم ڈائی آکسالاٹو-بوریٹ (LiBOB)، لتیم ڈائی فلوبوریٹ (لیتھیم-لیتھیم) difluorosulfonylimide (LiFSI)، اور lithium ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI)۔ نیچے دی گئی جدول لتیم-آئن بیٹریوں میں عام طور پر استعمال ہونے والے لتیم نمکیات کی متعلقہ فزیوکیمیکل خصوصیات کو ظاہر کرتی ہے۔

ضمیمہ وہ مادے ہیں جو الیکٹرولائٹ میں کم ارتکاز میں شامل کیے جاتے ہیں (عام طور پر بڑے پیمانے پر 10٪ سے زیادہ نہیں ہوتے ہیں) جو مخصوص افعال رکھتے ہیں اور بیٹری کی الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتے ہیں۔ ان کے افعال کی بنیاد پر، ان additives کو وسیع پیمانے پر کئی زمروں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے: فلم-بنانے والے additives، شعلہ retardants، اور اضافی چارجز کو روکنے کے لیے۔ اس کے علاوہ، الیکٹرولائٹ محلول میں چالکتا بڑھانے، کم-درجہ حرارت کے حالات میں کارکردگی کو بہتر بنانے، یا ٹریس کی مقدار اور HF کی حراستی کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیے جانے والے additives ہیں۔