रिचार्जेबल बैटरी

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"Secondary battery" redirects here. For naval guns, see secondary armament.
"Akku" redirects here. For the 2008 Indian film, see Akku (film).
डेटा सेंटर में निर्बाध बिजली आपूर्ति के लिए उपयोग किया जाने वाला बैटरी बैंक
एक रिचार्जेबल लिथियम पॉलिमर बैटरी चल दूरभाष बैटरी
रिचार्जेबल एए और एएए बैटरी के लिए एक आम उपभोक्ता बैटरी चार्जर

एक रिचार्जेबल बैटरी, स्टोरेज बैटरी, या सेकेंडरी सेल (औपचारिक रूप से एक प्रकार का संचायक (ऊर्जा)), एक प्रकार की विद्युत बैटरी होती है, जिसे डिस्पोजेबल या प्राथमिक बैटरी के विपरीत चार्ज किया जा सकता है, लोड में डिस्चार्ज किया जा सकता है और कई बार रिचार्ज किया जा सकता है। , जिसे पूरी तरह चार्ज करके सप्लाई किया जाता है और इस्तेमाल के बाद फेंक दिया जाता है। यह एक या एक से अधिक विद्युत रासायनिक कोशिकाओं से बना होता है। संचायक शब्द का उपयोग संचायक (ऊर्जा) और प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से ऊर्जा भंडारण के रूप में किया जाता है। रिचार्जेबल बैटरी कई अलग-अलग आकार और आकारों में उत्पादित की जाती हैं, जिनमें बटन सेल#रिचार्जेबल वेरिएंट से लेकर ग्रिड ऊर्जा भंडारण और विद्युत वितरण नेटवर्क से जुड़े मेगावाट सिस्टम शामिल हैं। इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट्स के कई अलग-अलग संयोजनों का उपयोग किया जाता है, जिसमें लेड-एसिड बैटरी | लेड-एसिड, जिंक-एयर बैटरी | जिंक-एयर, निकल-कैडमियम बैटरी | निकल-कैडमियम (NiCd), निकल-मेटल हाइड्राइड बैटरी | निकल- शामिल हैं। मेटल हाइड्राइड (NiMH), लिथियम आयन बैटरी | लिथियम-आयन (ली-आयन), लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4), और लिथियम पॉलीमर बैटरी | लिथियम-आयन पॉलीमर (ली-आयन पॉलीमर)।

रिचार्जेबल बैटरियों की शुरुआत में आमतौर पर डिस्पोजेबल बैटरियों की तुलना में अधिक लागत होती है, लेकिन स्वामित्व और पर्यावरणीय प्रभाव की कुल लागत बहुत कम होती है, क्योंकि उन्हें बदलने की आवश्यकता से पहले कई बार सस्ते में रिचार्ज किया जा सकता है। कुछ रिचार्जेबल बैटरी प्रकार बैटरी आकार और वोल्टेज की एक ही सूची में डिस्पोजेबल प्रकार के रूप में उपलब्ध हैं, और उनके साथ परस्पर उपयोग किया जा सकता है। बैटरी में सुधार के लिए दुनिया भर में अरबों डॉलर का निवेश किया जा रहा है और उद्योग भी बेहतर बैटरी बनाने पर ध्यान केंद्रित कर रहा है।[1][2][3] रिचार्जेबल बैटरी की कुछ विशेषताएं नीचे दी गई हैं: [4] रिचार्जेबल बैटरी में, रासायनिक पदार्थों को बाहरी स्रोत लगाने से ऊर्जा प्रेरित होती है।

  1. उनमें होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय होती है।
  2. आंतरिक प्रतिरोध तुलनात्मक रूप से कम है।
  3. उनके पास तुलनात्मक रूप से उच्च स्व-निर्वहन दर है।
  4. उनके पास एक भारी और जटिल डिज़ाइन है।
  5. इनकी रीसेल वैल्यू ज्यादा होती है।

अनुप्रयोग

विधानसभा से पहले बेलनाकार सेल (18650)। उनमें से कई हजार (लिथियम आयन बैटरी) टेस्ला मॉडल एस बैटरी बनाते हैं (गीगाफैक्ट्री 1 # पृष्ठभूमि देखें)।
लिथियम आयन बैटरी मॉनिटरिंग इलेक्ट्रॉनिक्स (ओवर- और डिस्चार्ज प्रोटेक्शन)
फूली हुई लिथियम आयन बैटरी, संभवतः दोषपूर्ण निगरानी इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा क्षतिग्रस्त

रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग करने वाले उपकरणों में कार बैटरी, पोर्टेबल उपभोक्ता उपकरण, हल्के वाहन (जैसे व्हीलचेयर बिजली से चलने वाली व्हीलचेयर, गोल्फ कार्ट, इलेक्ट्रिक साइकिलें और इलेक्ट्रिक फोर्कलिफ्ट), सड़क वाहन (कार, वैन, ट्रक, मोटरबाइक), ट्रेन, शामिल हैं। छोटे हवाई जहाज, उपकरण, निर्बाध बिजली आपूर्ति और बैटरी भंडारण बिजली स्टेशन। हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन में उभरते हुए अनुप्रयोग। हाइब्रिड आंतरिक दहन-बैटरी और बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन लागत, वजन और आकार को कम करने और जीवनकाल बढ़ाने के लिए प्रौद्योगिकी को चलाते हैं।[5]

पुरानी रिचार्जेबल बैटरी अपेक्षाकृत तेजी से स्व-निर्वहन करती हैं, और पहले उपयोग से पहले चार्ज करने की आवश्यकता होती है; कुछ नई कम स्व-निर्वहन NiMH बैटरी | कम स्व-निर्वहन NiMH बैटरी कई महीनों तक अपना चार्ज रखती हैं, और आमतौर पर उनकी रेटेड क्षमता के लगभग 70% तक फ़ैक्टरी-चार्ज बेची जाती हैं।

बैटरी भंडारण पावर स्टेशन लोड-लेवलिंग के लिए रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग करते हैं (पीक अवधि के दौरान उपयोग के लिए कम मांग के समय विद्युत ऊर्जा का भंडारण) और नवीकरणीय ऊर्जा उपयोग के लिए (जैसे कि दिन के दौरान फोटोवोल्टिक सरणियों से उत्पन्न बिजली का भंडारण रात में किया जाता है)। लोड-लेवलिंग अधिकतम शक्ति को कम कर देता है जो एक संयंत्र को उत्पन्न करने में सक्षम होना चाहिए, पूंजीगत लागत को कम करता है और बिजली संयंत्रों की जरूरत को कम करता है।

रिसर्च एंड मार्केट्स की एक रिपोर्ट के अनुसार, विश्लेषकों ने 2018-2022 की अवधि के दौरान वैश्विक रिचार्जेबल बैटरी बाजार के 8.32% सीएजीआर से बढ़ने का अनुमान लगाया है।[6] छोटी रिचार्जेबल बैटरी पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, बिजली उपकरणों, उपकरणों आदि को शक्ति प्रदान कर सकती है। इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिल और स्कूटर से लेकर इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव#बैटरी लोकोमोटिव और जहाजों तक, भारी शुल्क वाली बैटरी बिजली के वाहनों को शक्ति देती है। उनका उपयोग वितरित उत्पादन और स्टैंड-अलोन पावर सिस्टम में किया जाता है।

चार्जिंग और डिस्चार्जिंग

रिचार्जेबल एए बैटरी के लिए एक सौर-संचालित चार्जर
Further information: Battery charger

चार्ज करने के दौरान, सकारात्मक सक्रिय सामग्री ऑक्सीकृत होती है, इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करती है, और नकारात्मक सामग्री रिडॉक्स होती है, जो इलेक्ट्रॉनों का उपभोग करती है। ये इलेक्ट्रॉन बाहरी विद्युत नेटवर्क में विद्युत प्रवाह का गठन करते हैं। इलेक्ट्रोलाइट इलेक्ट्रोड के बीच आंतरिक आयन प्रवाह के लिए एक साधारण बफर के रूप में काम कर सकता है, जैसा कि लिथियम-आयन बैटरी | लिथियम-आयन और निकल-कैडमियम बैटरी | निकल-कैडमियम सेल में होता है, या यह विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में एक सक्रिय भागीदार हो सकता है, जैसा कि लेड-एसिड बैटरी में | लेड-एसिड सेल।

रिचार्जेबल बैटरी चार्ज करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा आमतौर पर एसी मेन बिजली का उपयोग करने वाले बैटरी चार्जर से आती है, हालांकि कुछ वाहन के 12-वोल्ट डीसी पावर आउटलेट का उपयोग करने के लिए सुसज्जित हैं। स्रोत का वोल्टेज बैटरी की तुलना में अधिक होना चाहिए ताकि करंट प्रवाहित हो सके, लेकिन बहुत अधिक नहीं या बैटरी क्षतिग्रस्त हो सकती है।

बैटरी चार्ज करने के लिए चार्जर कुछ मिनटों से लेकर कई घंटों तक का समय लेते हैं। वोल्टेज या तापमान-संवेदन क्षमताओं के बिना धीमा डंब चार्जर कम दर पर चार्ज होगा, आमतौर पर पूर्ण चार्ज तक पहुंचने में 14 घंटे या उससे अधिक समय लगता है। रैपिड चार्जर आमतौर पर दो से पांच घंटे में सेल को चार्ज कर सकते हैं, यह मॉडल पर निर्भर करता है, जिसमें सबसे तेज पन्द्रह मिनट लगते हैं। हानिकारक ओवरचार्जिंग या ओवरहीटिंग होने से पहले चार्जिंग को रोकने के लिए फास्ट चार्जर्स के पास यह पता लगाने के कई तरीके होने चाहिए कि कोई सेल फुल चार्ज (टर्मिनल वोल्टेज, तापमान आदि में परिवर्तन) तक पहुंच जाए। सबसे तेज़ चार्जर में अक्सर कूलिंग पंखे शामिल होते हैं ताकि सेल को ज़्यादा गरम होने से बचाया जा सके। तेजी से चार्ज करने के लिए अभिप्रेत बैटरी पैक में एक तापमान संवेदक शामिल हो सकता है जिसका उपयोग चार्जर पैक की सुरक्षा के लिए करता है; सेंसर में एक या अधिक अतिरिक्त विद्युत संपर्क होंगे।

अलग-अलग बैटरी केमिस्ट्री के लिए अलग-अलग चार्जिंग स्कीम की जरूरत होती है। उदाहरण के लिए, कुछ प्रकार की बैटरी को निरंतर वोल्टेज स्रोत से सुरक्षित रूप से रिचार्ज किया जा सकता है। अन्य प्रकारों को एक विनियमित वर्तमान स्रोत से चार्ज करने की आवश्यकता होती है जो बैटरी के पूरी तरह से चार्ज वोल्टेज तक पहुंचने पर कम हो जाता है। बैटरी को गलत तरीके से चार्ज करने से बैटरी खराब हो सकती है; अत्यधिक मामलों में, बैटरी ज़्यादा गरम हो सकती हैं, आग पकड़ सकती हैं, या अपनी सामग्री को विस्फोटक रूप से बाहर निकाल सकती हैं।

द्वितीयक बैटरी के लिए सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड बनाम एनोड और कैथोड

डिस्चार्ज की दर

Main article: Battery (electricity) § C rate

बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दरों पर अक्सर वर्तमान की सी दर का संदर्भ देकर चर्चा की जाती है। सी दर वह है जो सैद्धांतिक रूप से एक घंटे में बैटरी को पूरी तरह से चार्ज या डिस्चार्ज कर देगी। उदाहरण के लिए, चार्जिग होना C/20 (या 20-घंटे की दर) पर की जा सकती है, जबकि विशिष्ट चार्जिंग और डिस्चार्जिंग C/2 (पूर्ण क्षमता के लिए दो घंटे) पर हो सकती है। निर्वहन दर के आधार पर विद्युत रासायनिक कोशिकाओं की उपलब्ध क्षमता भिन्न होती है। सेल घटकों (प्लेट्स, इलेक्ट्रोलाइट, इंटरकनेक्शन) के आंतरिक प्रतिरोध में कुछ ऊर्जा खो जाती है, और डिस्चार्ज की दर उस गति से सीमित होती है जिस पर सेल में रसायन गति कर सकते हैं। सीसा-एसिड कोशिकाओं के लिए, समय और निर्वहन दर के बीच के संबंध को प्यूकेर्ट के नियम द्वारा वर्णित किया गया है; एक लेड-एसिड सेल जो उच्च करंट पर उपयोग करने योग्य टर्मिनल वोल्टेज को बनाए नहीं रख सकता है, फिर भी उपयोग करने योग्य क्षमता हो सकती है, अगर बहुत कम दर पर डिस्चार्ज किया जाता है। रिचार्जेबल सेल के लिए डेटा शीट अक्सर 8-घंटे या 20-घंटे या अन्य निर्दिष्ट समय पर निर्वहन क्षमता सूचीबद्ध करते हैं; अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई सिस्टम के सेल को 15 मिनट के डिस्चार्ज पर रेट किया जा सकता है।

चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान बैटरी का टर्मिनल वोल्टेज स्थिर नहीं होता है। कुछ प्रकारों में उनकी क्षमता से अधिक निर्वहन के दौरान अपेक्षाकृत स्थिर वोल्टेज होता है। गैर-रिचार्जेबल क्षारीय और जस्ता-कार्बन सेल नए होने पर 1.5V का उत्पादन करते हैं, लेकिन यह वोल्टेज उपयोग के साथ गिर जाता है। अधिकांश एनआईएमएच एए बैटरी और एएए कोशिकाओं को 1.2 वी पर रेट किया गया है, लेकिन क्षारीय की तुलना में एक चापलूसी निर्वहन वक्र है और आमतौर पर क्षारीय बैटरी का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों में उपयोग किया जा सकता है।

बैटरी निर्माताओं के तकनीकी नोट अक्सर बैटरी बनाने वाली व्यक्तिगत कोशिकाओं के लिए वोल्टेज प्रति सेल (VPC) का उल्लेख करते हैं। उदाहरण के लिए, 2.3 VPC पर 12 V लेड-एसिड बैटरी (प्रत्येक 2 V के 6 सेल युक्त) को चार्ज करने के लिए बैटरी के टर्मिनलों पर 13.8 V के वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

सेल रिवर्सल से नुकसान

डिस्चार्ज किए गए सेल को उस दिशा में धारा के अधीन करना जो इसे आगे उस बिंदु तक डिस्चार्ज करने की ओर जाता है, सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनल स्विच पोलरिटी नामक स्थिति का कारण बनते हैंcell reversal. आम तौर पर, इस तरह से डिस्चार्ज किए गए सेल के माध्यम से करंट को धकेलने से अवांछनीय और अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप सेल को स्थायी नुकसान होता है। सेल उत्क्रमण कई परिस्थितियों में हो सकता है, जिनमें से दो सबसे सामान्य हैं:

  • जब कोई बैटरी या सेल चार्जिंग सर्किट से गलत तरीके से जुड़ा हो।
  • जब श्रृंखला में जुड़े कई कोशिकाओं से बनी बैटरी को गहराई से डिस्चार्ज किया जाता है।

बाद के मामले में, समस्या बैटरी में अलग-अलग कोशिकाओं के कारण थोड़ी अलग क्षमता के कारण होती है। जब एक सेल डिस्चार्ज लेवल पर बाकी से आगे पहुंच जाता है, तो बाकी सेल डिस्चार्ज सेल के जरिए करंट को फोर्स करेंगे।

बैटरी से चलने वाले कई उपकरणों में लो-वोल्टेज कटऑफ होता है जो गहरे डिस्चार्ज को होने से रोकता है जिससे सेल रिवर्सल हो सकता है। एक स्मार्ट बैटरी सिस्टम में अंदर निर्मित वोल्टेज मॉनिटरिंग सर्किट्री होती है।

सेल रिवर्सल पूरी तरह से डिस्चार्ज होने से पहले ही कमजोर चार्ज सेल में हो सकता है। यदि बैटरी ड्रेन करंट काफी अधिक है, तो सेल का आंतरिक प्रतिरोध एक प्रतिरोधक वोल्टेज ड्रॉप बना सकता है जो सेल के आगे के वैद्युतवाहक बल से अधिक होता है। इसका परिणाम यह होता है कि करंट प्रवाहित होने के दौरान सेल की ध्रुवीयता उलट जाती है।[7][8] बैटरी की आवश्यक डिस्चार्ज दर जितनी अधिक होगी, सेल के उलटने की संभावना को कम करने के लिए सेल के प्रकार और चार्ज की स्थिति दोनों में बेहतर मेल खाना चाहिए।

कुछ स्थितियों में, जैसे NiCd बैटरियों को ठीक करते समय, जो पहले से अधिक चार्ज हो चुकी हैं,[9] बैटरी को पूरी तरह से डिस्चार्ज करना वांछनीय हो सकता है। सेल रिवर्सल प्रभाव से होने वाली क्षति से बचने के लिए, प्रत्येक सेल को अलग से एक्सेस करना आवश्यक है: प्रत्येक सेल को प्रत्येक सेल के टर्मिनलों पर एक लोड क्लिप जोड़कर व्यक्तिगत रूप से डिस्चार्ज किया जाता है, जिससे सेल रिवर्सल से बचा जा सकता है।

पूरी तरह से डिस्चार्ज अवस्था में भंडारण के दौरान नुकसान

यदि एक मल्टी-सेल बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाती है, तो यह अक्सर ऊपर बताए गए सेल रिवर्सल प्रभाव के कारण क्षतिग्रस्त हो जाएगी। हालांकि सेल रिवर्सल के बिना बैटरी को पूरी तरह से डिस्चार्ज करना संभव है - या तो प्रत्येक सेल को अलग से डिस्चार्ज करके, या प्रत्येक सेल के आंतरिक रिसाव को समय के साथ अपने चार्ज को खत्म करने की अनुमति देकर।

यहां तक ​​​​कि अगर एक सेल को बिना उलटे पूरी तरह से डिस्चार्ज अवस्था में लाया जाता है, हालांकि, डिस्चार्ज अवस्था में रहने के कारण समय के साथ नुकसान हो सकता है। इसका एक उदाहरण डीसल्फेशन है। सल्फेशन जो सीसा-एसिड बैटरी में होता है जो लंबे समय तक शेल्फ पर बैठे रहते हैं।

इस कारण से अक्सर ऐसी बैटरी को चार्ज करने की सिफारिश की जाती है जो भंडारण में बनी रहती है, और समय-समय पर इसे रिचार्ज करके चार्ज स्तर बनाए रखती है। चूँकि बैटरी के अधिक चार्ज होने पर क्षति भी हो सकती है, भंडारण के दौरान चार्ज का इष्टतम स्तर आमतौर पर लगभग 30% से 70% होता है।

डिस्चार्ज की गहराई

Main article: Depth of discharge

डिस्चार्ज की गहराई (डीओडी) को आम तौर पर नाममात्र एम्पीयर-घंटे की क्षमता के प्रतिशत के रूप में बताया जाता है; 0% DOD का मतलब नो डिस्चार्ज है। चूंकि बैटरी सिस्टम की प्रयोग करने योग्य क्षमता डिस्चार्ज की दर और डिस्चार्ज के अंत में स्वीकार्य वोल्टेज पर निर्भर करती है, डिस्चार्ज की गहराई को मापने के तरीके को दिखाने के लिए योग्य होना चाहिए। निर्माण और उम्र बढ़ने के दौरान भिन्नता के कारण, पूर्ण निर्वहन के लिए डीओडी समय या चार्ज चक्रों की संख्या में बदल सकता है। आम तौर पर एक रिचार्जेबल बैटरी सिस्टम अधिक चार्ज/डिस्चार्ज चक्र सहन करेगा यदि प्रत्येक चक्र पर डीओडी कम हो।[10] लिथियम बैटरी अपनी नाममात्र क्षमता का लगभग 80 से 90% तक डिस्चार्ज कर सकती हैं। लेड-एसिड बैटरी लगभग 50-60% तक डिस्चार्ज हो सकती हैं। जबकि फ्लो बैटरियां 100% डिस्चार्ज कर सकती हैं।[11]

जीवनकाल और चक्र स्थिरता

यदि बैटरियों को बार-बार उपयोग किया जाता है, यहां तक ​​​​कि दुर्व्यवहार के बिना भी, वे क्षमता खो देते हैं क्योंकि चार्ज चक्रों की संख्या बढ़ जाती है, जब तक कि उन्हें अंततः उनके उपयोगी जीवन के अंत तक नहीं माना जाता है। अलग-अलग बैटरी सिस्टम में पहनने के लिए अलग-अलग तंत्र होते हैं। उदाहरण के लिए, लेड-एसिड बैटरी में, प्रत्येक चार्ज/डिस्चार्ज चक्र पर प्लेटों में सभी सक्रिय सामग्री को बहाल नहीं किया जाता है; अंततः पर्याप्त सामग्री नष्ट हो जाती है जिससे बैटरी की क्षमता कम हो जाती है। लिथियम-आयन प्रकारों में, विशेष रूप से गहरे डिस्चार्ज पर, चार्ज करने पर कुछ प्रतिक्रियाशील लिथियम धातु बन सकती है, जो अब अगले डिस्चार्ज चक्र में भाग लेने के लिए उपलब्ध नहीं है। सीलबंद बैटरियां अपने तरल इलेक्ट्रोलाइट से नमी खो सकती हैं, खासकर अगर अत्यधिक चार्ज या उच्च तापमान पर संचालित हो। यह साइकिल चलाने वाले जीवन को कम करता है।

रिचार्जिंग समय

Main article: Battery charger § C-rate
BYD e6 टैक्सी। 15 मिनट में 80 प्रतिशत तक रिचार्जिंग

रिचार्जेबल बैटरी द्वारा संचालित उत्पाद के उपयोगकर्ता के लिए रिचार्जिंग समय एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। भले ही चार्जिंग पावर सप्लाई डिवाइस को संचालित करने के साथ-साथ बैटरी को रिचार्ज करने के लिए पर्याप्त पावर प्रदान करती है, चार्जिंग समय के दौरान डिवाइस को बाहरी पावर सप्लाई से जोड़ा जाता है। औद्योगिक रूप से उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए, ऑफ-शिफ्ट के दौरान चार्ज करना स्वीकार्य हो सकता है। हाईवे इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए, उचित समय में चार्ज करने के लिए त्वरित चार्जिंग आवश्यक है।

एक रिचार्जेबल बैटरी को मनमाने ढंग से उच्च दर पर रिचार्ज नहीं किया जा सकता है। बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध गर्मी पैदा करेगा, और अत्यधिक तापमान वृद्धि बैटरी को नुकसान या नष्ट कर देगी। कुछ प्रकारों के लिए, अधिकतम चार्जिंग दर उस गति से सीमित होगी जिस पर सक्रिय सामग्री तरल इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से फैल सकती है। उच्च चार्जिंग दर बैटरी में अतिरिक्त गैस का उत्पादन कर सकती है, या इसके परिणामस्वरूप हानिकारक साइड रिएक्शन हो सकते हैं जो बैटरी की क्षमता को स्थायी रूप से कम कर देते हैं। मोटे तौर पर, और कई अपवादों और चेतावनियों के साथ, एक घंटे या उससे कम समय में बैटरी की पूरी क्षमता को बहाल करना फास्ट चार्जिंग माना जाता है। धीमी चार्जिंग के लिए डिज़ाइन किए गए चार्जर की तुलना में बैटरी चार्जर सिस्टम में तेज़ चार्जिंग के लिए अधिक जटिल नियंत्रण-सर्किट- और चार्जिंग रणनीतियाँ शामिल होंगी।

सक्रिय घटक

एक माध्यमिक सेल में सक्रिय घटक रसायन होते हैं जो सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट बनाते हैं। सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड विभिन्न सामग्रियों से बने होते हैं, सकारात्मक एक रेडॉक्स क्षमता प्रदर्शित करते हैं और नकारात्मक एक ऑक्सीकरण क्षमता रखते हैं। इन अर्ध-प्रतिक्रियाओं से संभावितों का योग मानक सेल क्षमता या वोल्टेज है।

प्राथमिक कोशिकाओं में सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को क्रमशः कैथोड और एनोड के रूप में जाना जाता है। यद्यपि यह सम्मेलन कभी-कभी रिचार्जेबल सिस्टम के माध्यम से किया जाता है - विशेष रूप से लिथियम-आयन बैटरी | लिथियम-आयन कोशिकाओं के साथ, प्राथमिक लिथियम कोशिकाओं में उनकी उत्पत्ति के कारण - यह अभ्यास भ्रम पैदा कर सकता है। रिचार्जेबल कोशिकाओं में सकारात्मक इलेक्ट्रोड डिस्चार्ज पर कैथोड और चार्ज पर एनोड होता है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए इसके विपरीत।

प्रकार

See also: List of battery types and Comparison of commercial battery types
सामान्य प्रकार के रैगोन प्लॉट

वाणिज्यिक प्रकार

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी गैस्टन प्लांटे द्वारा 1859 में आविष्कार की गई लीड-एसिड बैटरी, रिचार्जेबल बैटरी का सबसे पुराना प्रकार है। बहुत कम ऊर्जा-से-भार अनुपात और कम ऊर्जा-से-मात्रा अनुपात होने के बावजूद, उच्च वृद्धि धाराओं की आपूर्ति करने की इसकी क्षमता का मतलब है कि कोशिकाओं में अपेक्षाकृत बड़ी शक्ति-से-वजन अनुपात होता है। ये विशेषताएं, कम लागत के साथ, ऑटोमोबाइल सेल्फ स्टार्टर द्वारा आवश्यक उच्च वर्तमान प्रदान करने के लिए मोटर वाहनों में उपयोग के लिए आकर्षक बनाती हैं।

निकल-कैडमियम बैटरी (NiCd) का आविष्कार स्वीडन के वाल्डेमार जुंगनर ने 1899 में किया था। यह इलेक्ट्रोड के रूप में निकल ऑक्साइड हाइड्रोक्साइड और धातु कैडमियम का उपयोग करता है। कैडमियम एक विषैला तत्व है, और 2004 में यूरोपीय संघ द्वारा अधिकांश उपयोगों के लिए प्रतिबंधित कर दिया गया था। निकेल-कैडमियम बैटरियों को निकेल-मेटल हाइड्राइड (NiMH) बैटरियों द्वारा लगभग पूरी तरह से हटा दिया गया है।

1899 में वाल्डेमर जुंगनर द्वारा निकेल-आयरन बैटरी (NiFe) भी विकसित की गई थी; और 1901 में संयुक्त राज्य अमेरिका में इलेक्ट्रिक वाहनों और रेलवे सिग्नलिंग के लिए थॉमस एडिसन द्वारा व्यावसायीकरण किया गया। यह कई प्रकार की बैटरियों के विपरीत केवल गैर-विषैले तत्वों से बना होता है, जिसमें विषाक्त पारा, कैडमियम या सीसा होता है।

निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी (NiMH) 1989 में उपलब्ध हुई।[12] ये अब एक आम उपभोक्ता और औद्योगिक प्रकार हैं। बैटरी में कैडमियम के बजाय नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए हाइड्रोजन-अवशोषित मिश्र धातु है।

लिथियम-आयन बैटरी को 1991 में बाजार में पेश किया गया था, यह अधिकांश उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में पसंद है, सबसे अच्छा ऊर्जा घनत्व और उपयोग में नहीं होने पर बहुत धीमी गति से नुकसान होता है। इसमें कमियां भी हैं, विशेष रूप से बैटरी द्वारा उत्पन्न गर्मी से अप्रत्याशित प्रज्वलन का जोखिम।[13] ऐसी घटनाएं दुर्लभ होती हैं और विशेषज्ञों के अनुसार, उचित डिजाइन, स्थापना, प्रक्रियाओं और सुरक्षा उपायों की परतों के माध्यम से उन्हें कम किया जा सकता है ताकि जोखिम स्वीकार्य हो।[14]

लिथियम पॉलीमर बैटरी | लिथियम-आयन पॉलीमर बैटरी (LiPo) वजन में हल्की होती हैं, ली-आयन की तुलना में थोड़ी अधिक लागत पर थोड़ी अधिक ऊर्जा घनत्व प्रदान करती हैं, और इसे किसी भी आकार में बनाया जा सकता है। वे उपलब्ध हैं[15] लेकिन बाजार में ली-आयन को विस्थापित नहीं किया है।[16] LiPo बैटरियों के लिए एक प्राथमिक उपयोग रिमोट-नियंत्रित कारों, नावों और हवाई जहाजों को शक्ति देने में है। कुछ R/C वाहनों और हेलीकाप्टरों या ड्रोन को शक्ति देने के लिए, LiPo पैक 44.4v तक, विभिन्न विन्यासों में, उपभोक्ता बाजार में आसानी से उपलब्ध हैं।[17][18] कुछ परीक्षण रिपोर्ट आग के जोखिम की चेतावनी देती हैं जब बैटरियों का उपयोग निर्देशों के अनुसार नहीं किया जाता है।[19] प्रौद्योगिकी की स्वतंत्र समीक्षा कुछ शर्तों के तहत लिथियम-आयन बैटरी से आग और विस्फोट के जोखिम पर चर्चा करती है क्योंकि वे तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं।[20]

अन्य प्रयोगात्मक प्रकार

Type Voltagea Energy densityb Powerc E/$e Self-disch.f Charge Efficiency Cyclesg Lifeh
(V) (MJ/kg) (Wh/kg) (Wh/L) (W/kg) (Wh/$) (%/month) (%) (#) (years)
Lithium–sulfur[21] 2.0 0.94–1.44[22] 400[23] 350 ~1400[24]
Sodium-ion[25] 3.6 30 3.3 5000+ Testing
Thin-film lithium ? 1.1 300[26] 959[26] 6000[26] ?p[26] 40000[26]
Zinc–bromide 1.8 0.27–0.31 75–85
Zinc–cerium 2.5[27] Under testing
Vanadium redox 1.15–1.55 0.09–0.13 25–35[28] 20%[29] 20,000[30][31] 25 years[31]
Sodium–sulfur 0.54 150 89–92% 2500–4500
Molten-salt 2.58 0.25–1.04 70–290[32] 160[33] 150–220 4.54[34] 3000+ <=20
Silver–zinc 1.86 0.47 130 240
Quantum battery (oxide semiconductor)[35][36] 1.5–3 500 8000 (W/L) 100,000

‡ citations are needed for these parameters

टिप्पणियाँ
  • a वी में नाममात्र सेल वोल्टेज।
  • b ऊर्जा घनत्व = ऊर्जा/वजन या ऊर्जा/आकार, तीन अलग-अलग इकाइयों में दिया गया है
  • c शक्ति-से-भार अनुपात = शक्ति/वजन W/kg में
  • e वाट घंटे में ऊर्जा/उपभोक्ता मूल्य|W·h/US$ (लगभग)
  • f स्व-निर्वहन दर %/माह में
  • g चक्रों की संख्या में चक्र स्थायित्व
  • h वर्षों में समय स्थायित्व
  • i VRLA या पुनः संयोजक में जेल बैटरी और अवशोषित ग्लास मैट शामिल हैं
  • p प्रायोगिक उत्पादन

लिथियम-सल्फर बैटरी को सायन पावर द्वारा 1994 में विकसित किया गया था।[37] कंपनी अन्य लिथियम प्रौद्योगिकियों के लिए बेहतर ऊर्जा घनत्व का दावा करती है।[38] पतली फिल्म लिथियम-आयन बैटरी|थिन-फिल्म बैटरी (TFB) एक्सेलट्रॉन द्वारा लीथियम आयन तकनीक का परिशोधन है।[39] डेवलपर्स का दावा है कि रिचार्ज चक्रों में लगभग 40,000 की बड़ी वृद्धि और उच्च चार्ज और डिस्चार्ज दर, कम से कम 5 सी चार्ज दर। निरंतर 60 सी डिस्चार्ज और 1000 सी पीक डिस्चार्ज दर और विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व में उल्लेखनीय वृद्धि।[40]

कुछ अनुप्रयोगों में लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी का उपयोग किया जाता है।

UltraBattery, ऑस्ट्रेलिया के राष्ट्रीय विज्ञान संगठन CSIRO द्वारा आविष्कार की गई एक हाइब्रिड लेड-एसिड बैटरी और अल्ट्राकैपेसिटर, दसियों हज़ारों आंशिक आवेश चक्रों को प्रदर्शित करती है और इस मोड में परीक्षण की तुलना में पारंपरिक लेड-एसिड, लिथियम और NiMH-आधारित कोशिकाओं से बेहतर प्रदर्शन करती है। परिवर्तनशीलता प्रबंधन शक्ति प्रोफाइल के खिलाफ।[41] UltraBattery के ऑस्ट्रेलिया, जापान और U.S.A में kW और MW-स्केल इंस्टॉलेशन हैं। इसे हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में व्यापक परीक्षण के अधीन किया गया है और एक कूरियर में ऑन-रोड वाणिज्यिक परीक्षण में 100,000 से अधिक वाहन मील तक चलने के लिए दिखाया गया है। वाहन। लिथियम-आयन जैसे प्रतिस्पर्धियों पर दावा किए गए सुरक्षा और पर्यावरणीय लाभों के साथ उच्च दर आंशिक स्टेट-ऑफ-चार्ज उपयोग में पारंपरिक लीड-एसिड बैटरी के 7 से 10 गुना जीवनकाल का दावा किया जाता है। इसके निर्माता का सुझाव है कि उत्पाद के लिए लगभग 100% रीसाइक्लिंग दर पहले से ही मौजूद है।

पोटेशियम सम्मिलन / निष्कर्षण सामग्री जैसे हल्का नीला की असाधारण विद्युत रासायनिक स्थिरता के कारण पोटेशियम-आयन बैटरी लगभग एक लाख चक्र वितरित करती है।[42]

सोडियम-आयन बैटरी स्थिर भंडारण के लिए है और लीड-एसिड बैटरी के साथ प्रतिस्पर्धा करती है। इसका उद्देश्य भंडारण के प्रति kWh स्वामित्व की कम कुल लागत है। यह एक लंबे और स्थिर जीवनकाल द्वारा प्राप्त किया जाता है। चक्रों की प्रभावी संख्या 5000 से ऊपर है और गहरे निर्वहन से बैटरी क्षतिग्रस्त नहीं होती है। ऊर्जा घनत्व कम है, सीसा-एसिड से कुछ कम है।

विकल्प

एक रिचार्जेबल बैटरी केवल कई प्रकार की रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में से एक है।[43] रिचार्जेबल बैटरी के कई विकल्प मौजूद हैं या विकास के अधीन हैं। घड़ी की कल रेडियो जैसे उपयोगों के लिए, रिचार्जेबल बैटरी को क्लॉकवर्क मैकेनिज्म द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जो हाथ से खराब हो जाते हैं, विद्युत जनरेटर चलाते हैं, हालांकि इस प्रणाली का उपयोग सीधे रेडियो को संचालित करने के बजाय बैटरी चार्ज करने के लिए किया जा सकता है। टॉर्च सीधे डायनेमो द्वारा चलाए जा सकते हैं। परिवहन के लिए, निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणाली और प्रयोगशालाएं, फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण प्रणालियां जरूरत पड़ने पर विद्युत शक्ति में रूपांतरण के लिए कताई रोटर में ऊर्जा संग्रहित करती हैं; ऐसी प्रणालियों का उपयोग बिजली की बड़ी दालों को प्रदान करने के लिए किया जा सकता है जो अन्यथा एक सामान्य विद्युत ग्रिड पर आपत्तिजनक होगा।

अल्ट्राकैपेसिटर – अत्यधिक उच्च मूल्य के कैपेसिटर – उपयोग भी किया जाता है; एक इलेक्ट्रिक पेचकश जो 90 सेकंड में चार्ज होता है और 2007 में एक रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग करने वाले उपकरण के रूप में लगभग आधे पेंच चलाएगा,[44] और इसी तरह की फ्लैशलाइट्स का उत्पादन किया गया है। अल्ट्राकैपेसिटर की अवधारणा को ध्यान में रखते हुए, बीटावोल्टाइक्स बैटरियों का उपयोग द्वितीयक बैटरी को ट्रिकल-चार्ज प्रदान करने की एक विधि के रूप में किया जा सकता है, जो बैटरी सिस्टम की जीवन और ऊर्जा क्षमता को नियोजित करने के लिए बहुत अधिक है; उद्योग में इस प्रकार की व्यवस्था को अक्सर हाइब्रिड बीटावोल्टिक ऊर्जा स्रोत के रूप में संदर्भित किया जाता है।[45]

हाइब्रिड वाहनों में उपयोग किए जाने वाले रिचार्जेबल बैटरी बैंकों के बजाय ऊर्जा को स्टोर करने के लिए एक बड़े कैपेसिटर का उपयोग करके परिवहन के लिए अल्ट्राकैपेसिटर विकसित किए जा रहे हैं। बैटरी की तुलना में कैपेसिटर का एक दोष यह है कि टर्मिनल वोल्टेज तेजी से गिरता है; एक संधारित्र जिसमें इसकी प्रारंभिक ऊर्जा का 25% शेष है, इसके प्रारंभिक वोल्टेज का आधा हिस्सा होगा। इसके विपरीत, बैटरी सिस्टम में टर्मिनल वोल्टेज होता है जो लगभग समाप्त होने तक तेज़ी से घटता नहीं है। यह टर्मिनल वोल्टेज ड्रॉप अल्ट्राकैपेसिटर के साथ उपयोग के लिए पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के डिजाइन को जटिल बनाता है। हालांकि, रिचार्जेबल सिस्टम की तुलना में चक्र दक्षता, जीवनकाल और वजन में संभावित लाभ हैं। चीन ने 2006 में दो वाणिज्यिक बस मार्गों पर अल्ट्राकैपेसिटर का उपयोग करना शुरू किया; उनमें से एक शंघाई में रूट 11 है।[46]

विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जाने वाली फ्लो बैटरी, इलेक्ट्रोलाइट तरल को बदलकर रिचार्ज की जाती है। एक प्रवाह बैटरी को एक प्रकार का रिचार्जेबल ईंधन सेल माना जा सकता है।

अनुसंधान

रिचार्जेबल बैटरी अनुसंधान में नई विद्युत रासायनिक प्रणालियों के विकास के साथ-साथ वर्तमान प्रकारों की जीवन अवधि और क्षमता में सुधार शामिल है।

यह भी देखें

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संदर्भ

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