লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির ত্বরিত পরীক্ষা: কর্মক্ষমতা উন্নতির মূল পথ প্রকাশ করা

বিমূর্ত

বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড যানবাহনের উত্থানের সাথে, সেকেন্ডারি ব্যাটারির টার্গেট সার্ভিস লাইফ কমপক্ষে 10 বছর, এবং ভবিষ্যতে এই ধরনের যানবাহন ব্যাপকভাবে জনপ্রিয় হবে বলে আশা করা হচ্ছে। নন-পোর্টেবল ব্যাটারির দীর্ঘ সেবা জীবনের চাহিদা রয়েছে, যা সেকেন্ডারি ব্যাটারির ত্বরণ পরীক্ষাকে অত্যন্ত প্রত্যাশিত করে তোলে। এই নিবন্ধটি সেমিকন্ডাক্টর, ইলেকট্রনিক উপাদান এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির ত্বরণ পরীক্ষার তুলনা করে এবং লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির জন্য ত্বরণ পরীক্ষার বর্তমান অবস্থা এবং সমস্যাগুলি বিস্তারিত করে।

1. ভূমিকা

লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির গবেষণা এবং উত্পাদন কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য দ্রুত অগ্রগতি করেছে। যদিও নিরাপত্তা নিশ্চিত করা লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়, বৈদ্যুতিক গাড়ি এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড যানবাহনে ব্যবহৃত লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির লক্ষ্যমাত্রা হল 10 থেকে 15 বছর। নন-পোর্টেবল ব্যাটারির জন্য, ন্যূনতম 6 বছরের পরিষেবা জীবন প্রয়োজন। এই দাবিগুলি আগামী বছরগুলিতে ত্বরিত পরীক্ষার উপর ক্রমবর্ধমান প্রত্যাশা রাখবে। বিপরীতে, ইলেকট্রনিক উপাদান এবং ডিভাইসগুলির ত্বরিত পরীক্ষার ক্ষেত্রে, সেমিকন্ডাক্টর/সোল্ডার বন্ধন এবং মুদ্রিত সার্কিট বোর্ড নিরোধকের মতো পরামিতিগুলির অবক্ষয় প্রক্রিয়া এবং ত্বরণের কারণগুলিকে ব্যাখ্যা করা জীবন পূর্বাভাস প্রযুক্তিকে অগ্রসর করতে সহায়তা করতে পারে। ইলেকট্রনিক উপাদান এবং ডিভাইসের বিপরীতে, সেকেন্ডারি ব্যাটারিতে অবক্ষয়/জীবন পূর্বাভাস এবং ত্বরণ পরীক্ষার জন্য যথেষ্ট উদাহরণ এবং সিস্টেম তত্ত্বের অভাব রয়েছে। এই নিবন্ধটি সেমিকন্ডাক্টর, ইলেকট্রনিক উপাদান এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির ত্বরিত পরীক্ষার সাথে তুলনা করে লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির ত্বরিত পরীক্ষার বর্তমান পরিস্থিতি এবং সমস্যাগুলি বর্ণনা করে।

2. অধঃপতনের সংজ্ঞা

JIS C 8711 (পোর্টেবল ডিভাইসের জন্য লিথিয়াম সেকেন্ডারি ব্যাটারি কভার করে) সেকেন্ডারি ব্যাটারি লাইফ অ্যাসেসমেন্টের একটি উদাহরণ প্রদান করে, যেখানে চার্জ এবং ডিসচার্জ চক্রের সময় ক্ষমতা প্রাথমিক ক্ষমতার 60% এ নেমে যাওয়ার সময় ব্যাটারি লাইফ টারমিনেশনকে নির্দিষ্ট সময় হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। একটি পূর্বনির্ধারিত পদ্ধতিতে চার্জ করার পরে একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় সঞ্চিত ব্যাটারির অবক্ষয়ের জন্য, একক কোষের জন্য 70% এবং ব্যাটারি প্যাকের জন্য 60% এর মানও সংজ্ঞায়িত করা হয়। নির্মাতাদের অবক্ষয় মূল্যায়ন মান সাধারণত এই মানগুলির চেয়ে কঠোর হয়, যেমন 80% এর মতো মান ব্যবহার করা। দীর্ঘমেয়াদী সঞ্চয়স্থানের সময় ব্যাটারির অবক্ষয় হার তাদের চার্জ অবস্থার (SOC) সাথে সমানুপাতিক হওয়ার কারণে, সেকেন্ডারি ব্যাটারিগুলিকে ব্যবহারের পরিবেশের সাথে মেলে এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে, যা তাদের কম SOC বজায় রাখতে এবং দীর্ঘমেয়াদী ব্যবহার সহ্য করতে সক্ষম করে। যতক্ষণ না ব্যাটারির অবক্ষয় মান নির্ধারিত মান পূরণ করে, ততক্ষণ এটি স্বাভাবিকভাবে কাজ করছে বলে মনে করা হয়। সাধারণ দৃষ্টিভঙ্গি হল ব্যাটারিগুলি ব্যবহারযোগ্য এবং তাদের ক্ষমতা অনিবার্যভাবে হ্রাস পায়। চিত্র 1 একটি লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির একটি উদাহরণ স্রাব বক্ররেখা দেখায়।

3. অবক্ষয়ের কারণ এবং প্রক্রিয়া

লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির প্রতিটি উপাদানে বেশ কিছু অবক্ষয় কারণ রয়েছে এবং তাদের সহজভাবে শ্রেণীবদ্ধ করা কঠিন। এই অসুবিধার সম্ভাব্য কারণ হ'ল ত্রুটি বিশ্লেষণের কয়েকটি ক্ষেত্রে রয়েছে, কারণ ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ অবস্থাকে প্রভাবিত না করে এটিকে বিচ্ছিন্ন করা কঠিন এবং নির্দিষ্ট অবক্ষয় প্রক্রিয়া এবং ব্যাটারির জীবনকালের মধ্যে সম্পর্ক সর্বদা পরিষ্কার হয় না। বিপরীতে, ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির পরিস্থিতি বেশ ভিন্ন। ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির জন্য অনেকগুলি ত্রুটি বিশ্লেষণের ক্ষেত্রে রয়েছে এবং বিশ্লেষণ প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে নির্ভরযোগ্যতা প্রযুক্তি এবং জীবন ভবিষ্যদ্বাণী প্রযুক্তিও তৈরি করা হয়েছে।

চিত্র 2 একটি লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির গঠন দেখায়। রিপোর্ট অনুসারে, ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে ঝিল্লির বৃদ্ধির কারণে অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের বৃদ্ধি লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির একটি সাধারণ অবক্ষয় কারণ। অন্যান্য সম্ভাব্য ঘটনাগুলির মধ্যে রয়েছে সক্রিয় পদার্থের স্ফটিক কাঠামোর পরিবর্তন, সেইসাথে ইলেক্ট্রোড উপাদান বা বর্তমান সংগ্রাহক ইন্টারফেসে ডিলামিনেশন। ইলেক্ট্রোলাইট বা ঝিল্লি দ্বারা সৃষ্ট কিছু অবক্ষয় ঘটনার কারণে, বৈশিষ্ট্যগত মূল্যায়ন বা বস্তুগত কাঠামো থেকে এই কারণগুলি অনুমান করা প্রয়োজন। চার্জ ডিসচার্জ চক্রের সময় এই ধরনের অবক্ষয় একসাথে থাকতে পারে। অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের বৃদ্ধি পরিমাপের পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে সরাসরি বর্তমান প্রতিরোধের পদ্ধতি (DC-IR) এবং বিকল্প বর্তমান প্রতিবন্ধকতা পদ্ধতি। সীমিত সংখ্যক ত্রুটি বিশ্লেষণের কারণে, অবক্ষয় ঘটনা এবং অবক্ষয় সাইটগুলির মধ্যে কার্যকারণ সম্পর্ক এখনও অস্পষ্ট। যাইহোক, এসি প্রতিবন্ধকতা পদ্ধতিটি পূর্বোক্ত কারণগুলির সাথে সম্পর্কিত অভ্যন্তরীণ ব্যাটারি ঘটনা পরিমাপের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল কৌশল।

4. ব্যাটারি জীবনের উপর লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারি ব্যবহারের পরিবেশের প্রভাব৷

স্টোরেজ তাপমাত্রা প্রভাব:লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির জন্য স্টোরেজ তাপমাত্রা একটি গুরুত্বপূর্ণ অবক্ষয় কারণ। অভ্যন্তরীণ ব্যবহারের পরিবেশের তাপমাত্রা সর্বাধিক প্রায় 40 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে পৌঁছবে বলে আশা করা হচ্ছে, যখন বাইরের বা মোবাইল ডিভাইসের ব্যাটারিগুলি আরও কঠোর পরিবেশের মুখোমুখি হয়। বর্তমান লিথিয়াম-আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির দীর্ঘমেয়াদী বৈশিষ্ট্যগুলি দ্রুত 40-60 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ক্ষয় হয়। তাই, পরীক্ষার মান যেমন JIS 8711 এবং IEC 62660-1 (বৈদ্যুতিক যানবাহনে একক ব্যাটারির কার্যক্ষমতা পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত হয়) নির্দিষ্ট করুন যে দীর্ঘমেয়াদী জীবন পরীক্ষার তাপমাত্রা 40-45 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে হওয়া উচিত। ব্যাটারির আয়ু বাড়ানোর জন্য, গাড়ির ব্যাটারিগুলি একটি শীতলকরণের সাথে ডিজাইন করা হয়েছে 45 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি না হওয়া ব্যাটারির তাপমাত্রা বজায় রাখার ব্যবস্থা। যানবাহনের ব্যাটারিগুলিকে এখনও -20 ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং তার কম তাপমাত্রার সাথে মানিয়ে নিতে হবে, কারণ সেকেন্ডারি ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ ক্ষমতা সাধারণত বৃদ্ধি পায় এবং এই তাপমাত্রায় ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায় . যাইহোক, আমরা বর্তমানে চমৎকার নিম্ন-তাপমাত্রার বৈশিষ্ট্য সহ ব্যাটারি তৈরি করছি।

চার্জিং এবং ডিসচার্জিং হারের প্রভাব:ব্যবহারের সময় গাড়ির ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং রেট আলাদা থাকে এবং চার্জিং এবং ডিসচার্জিং হারের পার্থক্য অবক্ষয় প্রক্রিয়াকে প্রভাবিত করতে পারে। IEC 62660-1 ব্যবহারের সময় গাড়ির ব্যাটারির চার্জিং এবং ডিসচার্জিং রেট মোড নির্দিষ্ট করে৷ বিপরীতে, গৃহস্থালীর যন্ত্রের ব্যাটারিগুলি প্রায়শই ক্রমাগত চার্জযুক্ত অবস্থায় ব্যবহৃত হয় এবং উচ্চ SOC বজায় রাখাও একটি কারণ যা অবক্ষয় প্রক্রিয়ার দিকে পরিচালিত করে। ব্যাটারি লাইফের উপর বাজারের অবস্থার উল্লেখযোগ্য প্রভাবের কারণে, এই বাজারের পরিবেশের পূর্বাভাস দিতে পারে এমন ত্বরিত পরীক্ষার শর্তগুলি অধ্যয়ন করা প্রয়োজন।

5. সেকেন্ডারি ব্যাটারি লাইফ টেস্টিং এবং এক্সিলারেশন মডেল

পরীক্ষার বৈশিষ্ট্য এবং ত্বরণ মডেলগুলির সংক্ষিপ্ত বিবরণ:সেকেন্ডারি ব্যাটারি লাইফ টেস্টিং মূলত দুটি মৌলিক বৈশিষ্ট্যের উপর ফোকাস করে: স্টোরেজ লাইফ (ক্যালেন্ডার লাইফ) এবং চার্জ ডিসচার্জ সাইকেল লাইফ। সংরক্ষণের জীবন তাপমাত্রা সম্পর্কিত অবনতির সাথে সম্পর্কিত। অ্যারেনিয়াস মডেলটি ত্বরণ মডেল হিসাবে ব্যবহৃত হয়। এটা বিশ্বাস করা হয় যে ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে মুখের মুখোশের বৃদ্ধির কারণে সৃষ্ট অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের বৃদ্ধি দ্বারা স্টোরেজ জীবন নির্ধারিত হয়। ফিল্ম বৃদ্ধি রাসায়নিক বিক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট হয়. ত্বরিত পরীক্ষার তাপমাত্রা পরিষেবার তাপমাত্রার চেয়ে বেশি, তবে লিথিয়াম আয়ন সেকেন্ডারি ব্যাটারির সর্বোচ্চ তাপমাত্রা সাধারণত 55-60 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে, এর বাইরে বিভিন্ন রাসায়নিক বিক্রিয়ার অগ্রগতির কারণে ত্বরণ প্রভাব তৈরি হবে না . রৈখিক বার্ধক্যের অবনতির উপর ভিত্তি করে এক্সট্রাপোলেশন পদ্ধতিটি দীর্ঘমেয়াদী জীবন ভবিষ্যদ্বাণীর জন্য ব্যবহৃত হয় (যেমন বার্ধক্য সময়ের বর্গমূলের সাথে একটি রৈখিক সম্পর্কের ক্ষেত্রে)। যাইহোক, ব্যবহারিক ব্যবহারে, চার্জ ডিসচার্জ সাইকেল লাইফ বিবেচনা করা প্রয়োজন, এবং একা আরহেনিয়াস মডেল প্রকৃত পরিস্থিতিকে সম্পূর্ণরূপে প্রকাশ করতে পারে না, যেমন ক্ষেত্রে যেখানে চার্জ ডিসচার্জ সাইকেল লাইফ থেকে স্টোরেজ লাইফের অনুপাত 9:1, এবং এমন পরিস্থিতিতে যেখানে স্টোরেজ তাপমাত্রা একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব আছে। আরহেনিয়াস মডেল ছাড়াও, ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির জন্য বিভিন্ন ত্বরণ মডেল রয়েছে এবং তাদের ব্যবহার এবং সংমিশ্রণ অবক্ষয় কারণ দ্বারা নির্ধারিত হয়। ত্বরণ মডেল তৈরি করার সময় আর্দ্রতা এবং বারবার যান্ত্রিক চাপের মতো অবক্ষয়ের কারণগুলি সনাক্ত করা গুরুত্বপূর্ণ।

ত্বরণ মডেলের সীমাবদ্ধতা এবং ব্যাটারি জীবন ভবিষ্যদ্বাণীতে চ্যালেঞ্জ:জীবন ভবিষ্যদ্বাণীর জন্য ত্বরণ মডেল ব্যবহার করার সময়, কারণগুলিকে প্রধান কারণ হিসাবে সরলীকৃত করা হয়, যার ফলে গণনার ফলাফলে উল্লেখযোগ্য ত্রুটি দেখা দেয়। ইলেকট্রনিক উপাদান কখনও কখনও নিরাপত্তা মার্জিন মূল্যায়ন হিসাবে ট্রিপল গণনার ফলাফল ব্যবহার করে। যাইহোক, প্রয়োজনীয় ব্যাটারি লাইফ মার্জিনের তুলনায় ব্যাটারি পণ্যের কর্মক্ষমতা তুলনামূলকভাবে ছোট, এবং সঠিক ভবিষ্যদ্বাণী প্রয়োজন। বর্তমানে, একটি ভবিষ্যদ্বাণী পদ্ধতি তৈরি করা অত্যন্ত কঠিন যা একটি 10- বছরের পরিষেবা জীবন নির্ধারণ করে৷ যাইহোক, যেহেতু ডেভেলপাররা জীবনকালের পারফরম্যান্স মার্জিন বাজারের চাহিদাকে ছাড়িয়ে যায় তা নিশ্চিত করার চেষ্টা করে, ব্যাটারির কর্মক্ষমতা আরও উন্নত হবে বলে আশা করা হচ্ছে।

6. সারাংশ

সেকেন্ডারি ব্যাটারির ত্বরিত পরীক্ষায় অসুবিধার কারণ

ইলেকট্রনিক উপাদান বা ডিভাইসের অনুরূপ পরীক্ষার তুলনায়, সেকেন্ডারি ব্যাটারির দীর্ঘমেয়াদী ত্বরিত পরীক্ষা বর্তমানে আরও কঠিন, প্রধানত নিম্নলিখিত কারণগুলির কারণে:

• ব্যাটারি লাইফের পূর্বাভাস সাধারণত কঠোর পরিবেশের অনুকরণ বা ইলেকট্রনিক উপাদান এবং ডিভাইসের মতো নিরাপত্তার কারণগুলিকে গুণ করার উপর ভিত্তি করে হয় না, সম্ভবত বাজারের চাহিদার তুলনায় বর্তমান ব্যাটারি লাইফ পারফরম্যান্সের জন্য পর্যাপ্ত মার্জিনের অভাবের কারণে।
• অবক্ষয় ঘটনা এবং অবক্ষয় কারণগুলির মধ্যে এখনও অনেকগুলি অস্পষ্ট কার্যকারণ সম্পর্ক রয়েছে, যা অবক্ষয়িত ব্যাটারির ত্রুটি বিশ্লেষণে অসুবিধা এবং সীমিত সংখ্যক ক্ষেত্রের কারণে হতে পারে।
• ব্যাটারির দ্রুত বিকাশের গতি, উপাদান কাঠামোর পরিবর্তন, এবং পূর্বে উল্লিখিত ত্রুটি বিশ্লেষণে অসুবিধার কারণে, বাজারের অবক্ষয় ডেটার মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক নিয়ে অপর্যাপ্ত যাচাইকরণ কাজ করা হয়েছে।