அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் உயர் பாதுகாப்பைப் பின்பற்றும் லித்தியம் பேட்டரி தொழில்நுட்பத் துறையில்,அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு(Al(OH)₃) பாசிட்டிவ் எலக்ட்ரோடு மெட்டீரியல் பூச்சுகள், பிரிப்பான் பீங்கான் பூச்சுகள் மற்றும் திட எலக்ட்ரோலைட் கலவை அமைப்புகளில் அதன் சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் சுடர் எதிர்ப்பு பண்புகள் காரணமாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், அடிக்கடி குறைத்து மதிப்பிடப்படும் சுவடு அளவுரு - சோடியம் அயன் (Na⁺) உள்ளடக்கம் - பேட்டரி செயல்திறன் சிதைவு அல்லது பாதுகாப்பு தோல்விக்கு கூட அபாயகரமான ஆபத்தாக மாறலாம். மின்வேதியியல் இடைமுக அறிவியல் மற்றும் பொருள் குறைபாடு பொறியியலின் கண்ணோட்டத்தில் சோடியம் அசுத்தங்களின் மூலங்கள், வழிமுறைகள் மற்றும் சங்கிலி செயலிழப்பு முறைகளை இந்தக் கட்டுரை ஆழமாக ஆய்வு செய்யும்.
லித்தியம் பேட்டரி தர அலுமினிய ஹைட்ராக்சைடில் உள்ள சோடியம் அயனிகள் முக்கியமாக அதன் தொழில்துறை உற்பத்தியின் போது (பேயர் செயல்முறை போன்றவை) முழுமையாக அகற்றப்படாத செயல்முறை எச்சங்களிலிருந்து வருகின்றன, மேலும் அவை கரையக்கூடிய Na ₂ O அல்லது adsorbed Na ⁺ வடிவத்தில் உள்ளன. உள்ளடக்கமானது மில்லியனுக்கு சில நூறு பாகங்கள் மட்டுமே (பிபிஎம்) இருந்தாலும், நீண்ட கால பேட்டரி சைக்கிள் ஓட்டுதலின் கடுமையான மின்வேதியியல் சூழலில் அதன் தாக்கம் விரைவாக பெருக்கப்பட்டு, எலக்ட்ரோடு எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தின் நிலைத்தன்மையை அழிக்கும் "ட்ரோஜன் ஹார்ஸ்" ஆக மாறும்.
1. கட்டுப்படுத்த முடியாத இடைமுக பக்க எதிர்வினைகள் மற்றும் SEI படச் சிதைவைத் தூண்டும்
எதிர்மறை மின்முனை (பொதுவாக கிராஃபைட்) பக்கத்தில், சோடியம் அயனிகளின் குறைப்பு திறன் (≈ -2.7 V vs. Li ⁺/Li) லித்தியம் அயனிகளை விட அதிகமாக உள்ளது. பேட்டரியின் முதல் சார்ஜிங் (உருவாக்கம்) செயல்பாட்டின் போது, Na ⁺ முன்னுரிமையாக Li ⁺ மீது கிராஃபைட் மேற்பரப்பில் மீளமுடியாத குறைப்பு எதிர்வினைகளை மேற்கொள்ளும்:
Na⁺ + e⁻ → Na (உலோகம்)
உருவாக்கப்படும் உலோக சோடியம் உடனடியாக ஆர்கானிக் எலக்ட்ரோலைட்டுடன் (EC/DEC போன்றவை) வன்முறையாக செயல்படும், அதிக அளவு செயலில் உள்ள லித்தியம் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டை உட்கொண்டு, சிக்கலான, நுண்துளை கொண்ட திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுக முகமூடியை (SEI) உருவாக்கும். இந்த பன்முகத்தன்மை மற்றும் நிலையற்ற SEI படம் இதற்கு வழிவகுக்கிறது:
ஆரம்ப கூலம்பிக் செயல்திறன் (ICE) கணிசமாகக் குறைகிறது: அதிக லித்தியம் மீளமுடியாமல் உட்கொள்ளப்படுகிறது.
இடைமுக மின்மறுப்பில் தொடர்ச்சியான அதிகரிப்பு: சீரற்ற SEI லித்தியம் அயன் போக்குவரத்து இயக்கவியலின் சிதைவுக்கு வழிவகுக்கிறது.
எலக்ட்ரோலைட்டை தொடர்ந்து உட்கொள்வது: பேட்டரியை முன்கூட்டியே வறண்டுவிடும் மற்றும் திறன் சிதைவை துரிதப்படுத்துகிறது.
2. வினையூக்கி அலுமினிய மின்னோட்டம் சேகரிப்பான் மற்றும் பேட்டரியின் உள் குறுகிய சுற்று ஆகியவற்றின் அரிப்பு
நேர்மின்முனைப் பக்கத்தில் (வழக்கமாக வேலை செய்யும் மின்னழுத்தம்>3.7 V), சோடியம் அயனிகளின் இருப்பு, லித்தியம் உப்புகளின் சிதைவின் மூலம் (LiPF ₆ போன்றவை) உற்பத்தி செய்யப்படும் HF இன் சுவடு அளவுகளுடன் அலுமினியத் தகடு மின்னோட்ட சேகரிப்பாளர்களின் குழி அரிப்பை ஒருங்கிணைத்து துரிதப்படுத்தும்.
4Al + 12HF + 3O₂ → 4AlF₃ + 6H₂O
Na ⁺ இன் இருப்பு F ⁻ உடன் NaF ஐ உருவாக்குகிறது, உள்நாட்டில் அரிப்பு திறனை மாற்றுகிறது மற்றும் அரிப்பு செயல்முறையை துரிதப்படுத்துகிறது.
அரிப்பின் விளைவுகள் மிகவும் தீவிரமானவை:
தற்போதைய சேகரிப்பாளரின் உள்ளூர் துளையிடல் அல்லது எலும்பு முறிவு: செயலில் உள்ள பொருட்களின் பற்றின்மை மற்றும் மின்னணு கடத்தல் வலையமைப்பின் சரிவுக்கு வழிவகுக்கிறது.
· அரிப்பு பொருட்கள் (AlF₃ போன்றவை) உள் எதிர்ப்பை அதிகரிக்கும்.
மிகவும் அபாயகரமான ஆபத்து: அரிப்பினால் உருவாகும் அலுமினிய உலோகக் குப்பைகள் உதரவிதானத்தைத் துளைத்து, உட்புற மைக்ரோ ஷார்ட் சர்க்யூட்களை ஏற்படுத்தலாம், இது வெப்ப துஷ்பிரயோக நிலைமைகளின் கீழ் எளிதில் வெப்ப ரன்வேயாக உருவாகலாம்.
3. நேர்மறை மின்முனை பொருளின் படிக அமைப்பு மற்றும் கட்ட நிலைத்தன்மையின் அழிவு
சோடியம் அயனிகள் உயர் நிக்கல் மும்மைப் பொருட்கள் (NCM811 போன்றவை) மற்றும் லித்தியம் நிறைந்த மாங்கனீசு அடிப்படையிலான பொருட்கள் போன்ற தூய்மையற்ற உணர்திறன் நேர்மறை மின்முனைப் பொருட்களில் நுழையும் போது, அவை கடுமையான கட்டமைப்பு சிதைவை ஏற்படுத்தும். Na ⁺ (அயன் ஆரம் 1.02 Å) மற்றும் Li ⁺ (0.76 Å) ஆகியவற்றுக்கு இடையே உள்ள அளவு பொருத்தமின்மை இதற்கு வழிவகுக்கும்:
லட்டு அழுத்தம் மற்றும் மைக்ரோகிராக் உருவாக்கம்: துரிதப்படுத்தப்பட்ட சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது துகள் முறிவு.
·லித்தியம் அயன் பரவல் சேனல்களைத் தடுக்கிறது: மின்னழுத்த துருவமுனைப்பை ஏற்படுத்துவதன் மூலம் சார்ஜ் பரிமாற்ற மின்மறுப்பை அதிகரிக்கிறது.
· வினையூக்க மேற்பரப்பு பாறை உப்பு கட்டம் (NiO போன்றவை) உருவாக்கம்: இந்த கட்டம் மின்வேதியியல் ரீதியாக செயலற்றது, இது நேரடியாக மீளமுடியாத திறன் இழப்புக்கு வழிவகுக்கிறது.
4. எலக்ட்ரோலைட் சிதைவு மற்றும் வாயு உற்பத்தியைத் தூண்டுதல்
சோடியம் அயனிகள், வலுவான லூயிஸ் அமிலங்களாக, LiPF ₆ இன் வெப்பச் சிதைவு மற்றும் நீராற்பகுப்பு பக்க எதிர்வினைகளை ஊக்குவிக்கின்றன.
LiPF₆ ↔ LiF + PF₅
PF₅ + H₂O (ட்ரேஸ்)→ 2HF + POF₃
சோடியம் அயனிகளின் இருப்பு மேலே உள்ள சமநிலையை வலப்புறமாக மாற்றும், மேலும் HF மற்றும் POF₃ ஐ உருவாக்கும். POF₃ மேலும் கரைப்பானுடன் வினைபுரிந்து, CO மற்றும் CO ₂ போன்ற வாயுக்களை அதிக அளவில் உற்பத்தி செய்து, பேட்டரியின் கடுமையான வீக்கத்தையும் அழுத்தத்தில் கூர்மையான அதிகரிப்பையும் ஏற்படுத்தி, பாதுகாப்பிற்கு அச்சுறுத்தலாக உள்ளது.
சோடியம் உள்ளடக்கத்திற்கான பாதுகாப்பு வரம்பு மிகவும் கண்டிப்பானது என்பதை ஆராய்ச்சி மற்றும் தொழில் நடைமுறைகள் காட்டுகின்றன:
நேர்மறை மின்முனை பூச்சுகள் அல்லது சேர்க்கைகளுக்கு: Na உள்ளடக்கம் பொதுவாக <100 ppm ஆக இருக்க வேண்டும், மேலும் உயர்நிலை பயன்பாடுகளுக்கு <50 ppm தேவை.
·உதரவிதான பீங்கான் பூச்சுக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது: உதரவிதானம் மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைக்கு அருகாமையில் இருப்பதால், தேவைகள் இன்னும் அதிகமாக உள்ளன.
இருப்பினும், சோடியத்தின் நிலை (மொத்தம் எதிராக மேற்பரப்பு) மற்றும் உள்ளடக்கத்தை துல்லியமாக வகைப்படுத்துகிறதுஅலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடுமிகவும் சவாலானது. பாரம்பரிய தூண்டல் இணைக்கப்பட்ட பிளாஸ்மா ஆப்டிகல் எமிஷன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (ICP-OES) மொத்த சோடியத்தின் உள்ளடக்கத்தை தீர்மானிக்க முடியும், ஆனால் அதன் இரசாயன வடிவம் மற்றும் விநியோகத்தை வேறுபடுத்த முடியாது. துகள் மேற்பரப்பில் சோடியம் அசுத்தங்கள் சீராக விநியோகிக்கப்படுகிறதா அல்லது செறிவூட்டப்பட்டதா என்பதைத் தீர்மானிக்க, விமானத்தின் நேர-விமான அயன் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரி (TOF-SIMS) அல்லது ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி எனர்ஜி டிஸ்ஸ்பெர்சிவ் எக்ஸ்-ரே ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (SEM-EDS) மேற்பரப்பு ஸ்கேனிங்கை இணைப்பது அவசியம் (பிந்தையது மிகவும் தீங்கு விளைவிக்கும்).
லித்தியம் பேட்டரி அமைப்பில், கிட்டத்தட்ட கடுமையான பொருள் தூய்மை தேவைப்படும், அலுமினிய ஹைட்ராக்சைடில் உள்ள சோடியம் உள்ளடக்கம் ஒரு சாதாரண "தொழில்நுட்ப காட்டி" அல்ல, ஆனால் ஆரம்ப செயல்திறன், சுழற்சி ஆயுள், உள் எதிர்ப்பு வளர்ச்சி மற்றும் பேட்டரியின் பாதுகாப்பு எல்லை ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய முக்கிய தோல்வி காரணியாகும். "நான்கு அல்லது இரண்டு பவுண்டுகள்" என்ற அழிவு சக்தியுடன், இடைமுக பக்க எதிர்வினைகள், தற்போதைய சேகரிப்பான் அரிப்பு மற்றும் கட்டமைப்பு சேதம் போன்ற பல பாதைகள் மூலம் அதன் தீங்கு பெருக்கப்படுகிறது.
எனவே, உயர் பாதுகாப்பு மற்றும் நீண்ட ஆயுள் லித்தியம் பேட்டரிகளின் ஆராய்ச்சி மற்றும் உற்பத்தியில் ஈடுபட்டுள்ள பயிற்சியாளர்களுக்கு, அலுமினிய ஹைட்ராக்சைட்டின் சோடியம் உள்ளடக்கக் கட்டுப்பாட்டை "குறைபாடுகளுக்கு பூஜ்ஜிய சகிப்புத்தன்மை" என்ற மூலோபாய நிலைக்கு உயர்த்துவது அவசியம். எதிர்காலப் பொருட்களின் போட்டி முக்கிய கூறுகளின் ஒப்பீடு மட்டுமல்ல, தூய்மையற்ற கூறுகளின் (Na, K, Fe, Cl போன்றவை) இறுதிக் கட்டுப்பாட்டுத் திறனைப் பற்றியது. அதி-குறைந்த சோடியம் உள்ளடக்கம் கொண்ட உயர் செயல்திறன் கொண்ட அலுமினிய ஹைட்ராக்சைடைத் தேர்ந்தெடுப்பது, பொருள் மூலத்திலிருந்து பேட்டரிகளுக்கு நம்பகமான மற்றும் பாதுகாப்பான தடையை உருவாக்குவதற்கான ஒரு புத்திசாலித்தனமான நடவடிக்கையாகும்.
