लिथियम बैटरी अपने उच्च ऊर्जा घनत्व और प्रति चक्र कम लागत के कारण अन्य बैटरी केमिस्ट्री से अलग हैं। हालाँकि, "लिथियम बैटरी" एक अस्पष्ट शब्द है। लिथियम बैटरी के लगभग छह सामान्य रसायन हैं, सभी के अपने अनूठे फायदे और नुकसान हैं। अक्षय ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए, प्रमुख रसायन लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) है। इस रसायन शास्त्र में उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता, उच्च वर्तमान रेटिंग, लंबे चक्र जीवन, और दुरुपयोग की सहनशीलता के साथ उत्कृष्ट सुरक्षा है।
लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) लगभग सभी अन्य लिथियम केमिस्ट्री की तुलना में एक अत्यंत स्थिर लिथियम रसायन है। बैटरी को स्वाभाविक रूप से सुरक्षित कैथोड सामग्री (लौह फॉस्फेट) के साथ इकट्ठा किया जाता है। अन्य लिथियम केमिस्ट्री की तुलना में आयरन फॉस्फेट एक मजबूत आणविक बंधन को बढ़ावा देता है, जो अत्यधिक चार्जिंग स्थितियों का सामना करता है, चक्र जीवन को बढ़ाता है, और कई चक्रों में रासायनिक अखंडता को बनाए रखता है। यही वह है जो इन बैटरियों को उनकी महान तापीय स्थिरता, लंबे चक्र जीवन और दुरुपयोग के प्रति सहनशीलता देता है। LiFePO4 बैटरियों के अधिक गर्म होने का खतरा नहीं होता है, न ही उन्हें 'थर्मल रनअवे' के लिए निपटाया जाता है और इसलिए कठोर गलत संचालन या कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों के अधीन होने पर वे अधिक गर्म या प्रज्वलित नहीं होती हैं।
बाढ़ वाले लीड एसिड और अन्य बैटरी केमिस्ट्री के विपरीत, लिथियम बैटरी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जैसी खतरनाक गैसों को बाहर नहीं निकालती हैं। सल्फ्यूरिक एसिड या पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड जैसे कास्टिक इलेक्ट्रोलाइट्स के संपर्क में आने का भी कोई खतरा नहीं है। ज्यादातर मामलों में, इन बैटरियों को विस्फोट के जोखिम के बिना सीमित क्षेत्रों में संग्रहीत किया जा सकता है और एक उचित रूप से डिज़ाइन की गई प्रणाली को सक्रिय शीतलन या वेंटिंग की आवश्यकता नहीं होनी चाहिए।
लिथियम बैटरी कई कोशिकाओं से बना एक संयोजन है, जैसे लीड-एसिड बैटरी और कई अन्य बैटरी प्रकार। लीड एसिड बैटरी में 2V/सेल का नाममात्र वोल्टेज होता है, जबकि लिथियम बैटरी कोशिकाओं में 3.2V का नाममात्र वोल्टेज होता है। इसलिए, एक 12V बैटरी प्राप्त करने के लिए आपके पास आमतौर पर एक श्रृंखला में चार सेल जुड़े होंगे। यह LiFePO4 12.8V का नाममात्र वोल्टेज बना देगा। एक श्रृंखला में जुड़े आठ सेल २५.६ वी के नाममात्र वोल्टेज के साथ २४ वी बैटरी बनाते हैं और एक श्रृंखला में जुड़े १६ सेल ५१.२ वी के नाममात्र वोल्टेज के साथ ४८ वी बैटरी बनाते हैं। ये वोल्टेज आपके विशिष्ट 12V, 24V और 48V इनवर्टर के साथ बहुत अच्छी तरह से काम करते हैं।
लिथियम बैटरी का उपयोग अक्सर लीड-एसिड बैटरी को सीधे बदलने के लिए किया जाता है क्योंकि उनके पास बहुत समान चार्जिंग वोल्टेज होते हैं। एक चार सेल LiFePO4 बैटरी (12.8V), में आमतौर पर 14.4-14.6V (निर्माता की सिफारिशों के आधार पर) के बीच अधिकतम चार्ज वोल्टेज होगा। लिथियम बैटरी के लिए जो अद्वितीय है वह यह है कि उन्हें अवशोषण चार्ज की आवश्यकता नहीं होती है या महत्वपूर्ण अवधि के लिए निरंतर वोल्टेज स्थिति में आयोजित होने की आवश्यकता नहीं होती है। आम तौर पर, जब बैटरी अधिकतम चार्ज वोल्टेज तक पहुंच जाती है तो उसे चार्ज करने की आवश्यकता नहीं होती है। LiFePO4 बैटरी की डिस्चार्ज विशेषताएँ भी अद्वितीय हैं। डिस्चार्ज के दौरान, लिथियम बैटरी आमतौर पर लोड के तहत लेड-एसिड बैटरी की तुलना में बहुत अधिक वोल्टेज बनाए रखेगी। लिथियम बैटरी के लिए यह असामान्य नहीं है कि एक वोल्ट के कुछ दसवें हिस्से को फुल चार्ज से 75% डिस्चार्ज कर दिया जाए। इससे यह बताना मुश्किल हो सकता है कि बैटरी निगरानी उपकरणों के बिना कितनी क्षमता का उपयोग किया गया है।
लेड-एसिड बैटरियों पर लिथियम का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि वे घाटे की साइकिलिंग से ग्रस्त नहीं होते हैं। अनिवार्य रूप से, यह तब होता है जब अगले दिन फिर से डिस्चार्ज होने से पहले बैटरियों को पूरी तरह से चार्ज नहीं किया जा सकता है। यह लेड-एसिड बैटरियों के साथ एक बहुत बड़ी समस्या है और अगर इस तरह से बार-बार साइकिल चलाई जाए तो यह प्लेट के महत्वपूर्ण क्षरण को बढ़ावा दे सकती है। LiFePO4 बैटरी नियमित रूप से पूरी तरह से चार्ज करने की आवश्यकता नहीं है। वास्तव में, पूर्ण शुल्क के बजाय थोड़े से आंशिक शुल्क के साथ समग्र जीवन प्रत्याशा में थोड़ा सुधार करना संभव है।
सौर विद्युत प्रणालियों को डिजाइन करते समय दक्षता एक बहुत ही महत्वपूर्ण कारक है। औसत लीड एसिड बैटरी की राउंड-ट्रिप दक्षता (पूर्ण से मृत और वापस पूर्ण तक) लगभग 80% है। अन्य रसायन और भी बदतर हो सकते हैं। लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी की राउंड-ट्रिप ऊर्जा दक्षता 95-98% से ऊपर है। यह अकेले सर्दियों के दौरान सौर ऊर्जा की कमी वाले सिस्टम के लिए एक महत्वपूर्ण सुधार है, जनरेटर चार्जिंग से ईंधन की बचत जबरदस्त हो सकती है। लीड-एसिड बैटरी का अवशोषण चार्ज चरण विशेष रूप से अक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप 50% या उससे भी कम की क्षमता होती है। यह देखते हुए कि लिथियम बैटरी चार्ज को अवशोषित नहीं करती है, पूरी तरह से डिस्चार्ज होने से लेकर पूरी तरह से फुल होने तक का चार्ज समय दो घंटे जितना कम हो सकता है। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि लिथियम बैटरी महत्वपूर्ण प्रतिकूल प्रभावों के बिना मूल्यांकन के अनुसार लगभग पूर्ण निर्वहन से गुजर सकती है। हालांकि, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि व्यक्तिगत कोशिकाएं अधिक निर्वहन न करें। यह एकीकृत बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) का काम है।
लिथियम बैटरी की सुरक्षा और विश्वसनीयता एक बड़ी चिंता है, इस प्रकार सभी असेंबली में एक एकीकृत बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) होनी चाहिए। बीएमएस एक ऐसी प्रणाली है जो "सुरक्षित संचालन क्षेत्र" के बाहर काम करने से कोशिकाओं की निगरानी, मूल्यांकन, संतुलन और सुरक्षा करती है। बीएमएस लिथियम बैटरी सिस्टम का एक आवश्यक सुरक्षा घटक है, जो बैटरी के भीतर की कोशिकाओं की निगरानी और सुरक्षा करता है, ओवर करंट, अंडर / ओवर वोल्टेज, अंडर / ओवर टेम्परेचर और बहुत कुछ। एक LiFePO4 सेल स्थायी रूप से क्षतिग्रस्त हो जाएगी यदि सेल का वोल्टेज कभी भी 2.5V से कम हो जाता है, तो यह भी स्थायी रूप से क्षतिग्रस्त हो जाएगा यदि सेल का वोल्टेज 4.2V से अधिक हो जाता है। बीएमएस प्रत्येक सेल की निगरानी करता है और कम/अधिक वोल्टेज की स्थिति में कोशिकाओं को होने वाले नुकसान को रोकेगा।
बीएमएस की एक और आवश्यक जिम्मेदारी चार्जिंग के दौरान पैक को संतुलित करना है, यह गारंटी देना कि सभी सेल बिना अधिक चार्ज किए एक पूर्ण चार्ज प्राप्त करें। LiFePO4 बैटरी के सेल चार्ज चक्र के अंत में स्वचालित रूप से संतुलित नहीं होंगे। कोशिकाओं के माध्यम से प्रतिबाधा में थोड़ी भिन्नता होती है और इस प्रकार कोई भी कोशिका 100% समान नहीं होती है। इसलिए, जब साइकिल चलाई जाती है, तो कुछ कोशिकाओं को दूसरों की तुलना में पहले पूरी तरह से चार्ज या डिस्चार्ज किया जाएगा। कोशिकाओं के बीच विचरण समय के साथ काफी बढ़ जाएगा यदि कक्ष संतुलित नहीं हैं।
लेड-एसिड बैटरियों में, एक या अधिक सेल पूरी तरह चार्ज होने पर भी करंट प्रवाहित होता रहेगा। यह बैटरी के भीतर होने वाले इलेक्ट्रोलिसिस का परिणाम है, पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित होता है। यह करंट अन्य कोशिकाओं को पूरी तरह से चार्ज करने में मदद करता है, इस प्रकार स्वाभाविक रूप से सभी कोशिकाओं पर चार्ज को संतुलित करता है। हालांकि, एक पूरी तरह से चार्ज लिथियम सेल में बहुत अधिक प्रतिरोध होगा और बहुत कम करंट प्रवाहित होगा। इसलिए लैगिंग सेल पूरी तरह से चार्ज नहीं होंगे। संतुलन के दौरान बीएमएस पूरी तरह से चार्ज की गई कोशिकाओं पर एक छोटा भार लागू करेगा, इसे ओवरचार्जिंग से रोकेगा और अन्य कोशिकाओं को पकड़ने की अनुमति देगा।
लिथियम बैटरी अन्य बैटरी केमिस्ट्री की तुलना में कई लाभ प्रदान करती हैं। वे एक सुरक्षित और विश्वसनीय बैटरी समाधान हैं, जिसमें थर्मल भगोड़ा और/या भयावह मंदी का कोई डर नहीं है, जो अन्य लिथियम बैटरी प्रकारों से एक महत्वपूर्ण संभावना है। ये बैटरियां बहुत लंबे चक्र जीवन प्रदान करती हैं, कुछ निर्माता 10,000 चक्र तक की बैटरी की वारंटी भी देते हैं। सी/2 के उच्च डिस्चार्ज और रिचार्ज दरों के साथ निरंतर और 98% तक की राउंड-ट्रिप दक्षता के साथ, यह कोई आश्चर्य नहीं है कि ये बैटरी उद्योग के भीतर कर्षण प्राप्त कर रही हैं। लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) एक आदर्श ऊर्जा भंडारण समाधान है।
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