LiFePO4 बैटरी

टेस्ला की 2021 की तीसरी तिमाही की रिपोर्ट में घोषणा की गई है कि वह अपने वाहनों में LiFePO4 बैटरी को नए मानक के रूप में अपना रही है। लेकिन LiFePO4 बैटरी आखिर होती क्या हैं?

न्यूयॉर्क, न्यूयॉर्क, संयुक्त राज्य अमेरिका, 26 मई, 2022 /EINPresswire.com/ — क्या ये लिथियम-आयन बैटरी का बेहतर विकल्प हैं? ये बैटरियां अन्य बैटरियों से किस प्रकार भिन्न हैं?

LiFePO4 बैटरियों का परिचय

लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी) बैटरी एक लिथियम-आयन बैटरी है जिसकी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग दर तेज़ होती है। यह एक रिचार्जेबल बैटरी है जिसमें कैथोड के रूप में LiFePO4 और एनोड के रूप में धात्विक परत वाला ग्रेफाइट कार्बन इलेक्ट्रोड होता है।

LiFePO4 बैटरियों की ऊर्जा घनत्व लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में कम होती है और इनका ऑपरेटिंग वोल्टेज भी कम होता है। इनमें डिस्चार्ज दर कम होती है, वक्र क्षैतिज होते हैं और ये Li-ion बैटरियों की तुलना में अधिक सुरक्षित होती हैं। इन्हें लिथियम फेरोफॉस्फेट बैटरियां भी कहा जाता है।

LiFePO4 बैटरी का आविष्कार

LiFePO4 बैटरियों का आविष्कार जॉन बी. गुडएनफ और अरुमुगम मंथिरम ने किया था। वे लिथियम-आयन बैटरियों में प्रयुक्त सामग्रियों का निर्धारण करने वाले पहले वैज्ञानिकों में से थे। एनोड सामग्री लिथियम-आयन बैटरियों के लिए आदर्श नहीं होती हैं क्योंकि उनमें तुरंत शॉर्ट-सर्किट होने की प्रवृत्ति होती है।

वैज्ञानिकों ने पाया कि लिथियम-आयन बैटरी के कैथोड की तुलना में कैथोड सामग्री बेहतर है। यह विशेष रूप से LiFePO4 बैटरी के प्रकारों में स्पष्ट है। ये स्थिरता और चालकता को बढ़ाते हैं और कई अन्य पहलुओं में सुधार करते हैं।

आजकल LiFePO4 बैटरियां हर जगह पाई जाती हैं और इनका उपयोग नावों, सौर प्रणालियों और वाहनों सहित विभिन्न क्षेत्रों में होता है। LiFePO4 बैटरियां कोबाल्ट-मुक्त होती हैं और अधिकांश विकल्पों की तुलना में सस्ती होती हैं। यह विषैली नहीं होती और इसकी शेल्फ लाइफ भी लंबी होती है।

एलएफपी बैटरी की विशिष्टताएँ -

एलएफपी बैटरियों में बैटरी प्रबंधन प्रणालियों का कार्य

एलएफपी बैटरियां केवल आपस में जुड़ी हुई कोशिकाओं से ही नहीं बनी होतीं; इनमें एक ऐसी प्रणाली होती है जो बैटरी को सुरक्षित सीमा के भीतर रखती है। बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) परिचालन स्थितियों के दौरान बैटरी की सुरक्षा, नियंत्रण और निगरानी करती है ताकि सुरक्षा सुनिश्चित हो सके और बैटरी का जीवनकाल बढ़ाया जा सके।

एलएफपी बैटरियों में बैटरी प्रबंधन प्रणालियों का कार्य -

लिथियम आयरन फॉस्फेट सेल अधिक सहनशील होने के बावजूद, चार्जिंग के दौरान उनमें ओवरवोल्टेज होने की संभावना रहती है, जिससे उनका प्रदर्शन कम हो जाता है। कैथोड में प्रयुक्त सामग्री समय के साथ खराब हो सकती है और अपनी स्थिरता खो सकती है। बीएमएस प्रत्येक सेल के आउटपुट को नियंत्रित करता है और यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी का अधिकतम वोल्टेज बना रहे।

इलेक्ट्रोड सामग्री के क्षरण के कारण, अंडरवोल्टेज एक गंभीर समस्या बन जाती है। यदि किसी भी सेल का वोल्टेज एक निर्धारित सीमा से नीचे गिर जाता है, तो बीएमएस बैटरी को सर्किट से डिस्कनेक्ट कर देता है। यह ओवरकरंट की स्थिति में बैकस्टॉप के रूप में भी कार्य करता है और शॉर्ट-सर्किट होने पर अपना संचालन बंद कर देता है।

LiFePO4 बैटरी बनाम लिथियम-आयन बैटरी

LiFePO4 बैटरियां घड़ियों जैसे पहनने योग्य उपकरणों के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इनकी ऊर्जा घनत्व अन्य सभी लिथियम बैटरियों की तुलना में कम होती है। हालांकि, ये सौर ऊर्जा प्रणालियों, आरवी, गोल्फ कार्ट, बास बोट और इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिलों के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

★इन बैटरियों का एक मुख्य लाभ इनका चक्रीय जीवन है।

ये बैटरियां अन्य बैटरियों की तुलना में 4 गुना अधिक समय तक चलती हैं। ये अधिक सुरक्षित हैं और 100% डिस्चार्ज तक पहुंच सकती हैं, जिसका अर्थ है कि इनका उपयोग लंबे समय तक किया जा सकता है।

नीचे कुछ और कारण दिए गए हैं जिनसे पता चलता है कि ये बैटरियां लिथियम-आयन बैटरियों का बेहतर विकल्प क्यों हैं।

★कम लागत

एलएफपी बैटरियां लोहे और फास्फोरस से बनी होती हैं, जिनका बड़े पैमाने पर खनन किया जाता है, और ये सस्ती होती हैं। अनुमान है कि एलएफपी बैटरियों की कीमत निकल-युक्त एनएमसी बैटरियों की तुलना में प्रति किलोग्राम 70 प्रतिशत तक कम है। इसकी रासायनिक संरचना लागत के लिहाज से इसे किफायती बनाती है। एलएफपी बैटरियों की सबसे कम कीमत 2020 में पहली बार $100/kWh से नीचे दर्ज की गई।

★पर्यावरण पर न्यूनतम प्रभाव
एलएफपी बैटरियों में निकेल या कोबाल्ट नहीं होता है, जो महंगे होते हैं और पर्यावरण पर बड़ा प्रभाव डालते हैं। ये बैटरियां रिचार्जेबल होती हैं, जो इनकी पर्यावरण-अनुकूलता को दर्शाती हैं।

★बेहतर कार्यकुशलता और प्रदर्शन
एलएफपी बैटरियां अपने लंबे जीवनकाल के लिए जानी जाती हैं, यही कारण है कि ये उन अनुप्रयोगों के लिए एक लोकप्रिय विकल्प हैं जिनमें लंबे समय तक विश्वसनीय और स्थिर बिजली उत्पादन की आवश्यकता होती है। अन्य लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में इन बैटरियों में क्षमता में कमी की दर धीमी होती है, जिससे लंबे समय तक इनका प्रदर्शन बेहतर बना रहता है। इसके अलावा, इनका ऑपरेटिंग वोल्टेज कम होता है, जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक प्रतिरोध कम होता है और चार्ज/डिस्चार्ज की गति तेज होती है।

★बेहतर सुरक्षा और स्थिरता
एलएफपी बैटरियां ऊष्मीय और रासायनिक रूप से स्थिर होती हैं, इसलिए इनमें विस्फोट या आग लगने की संभावना कम होती है। एलएफपी, निकल-युक्त एनएमसी की तुलना में एक-छठा भाग ऊष्मा उत्पन्न करती है। एलएफपी बैटरियों में कोबाल्ट-ऑक्सीजन बंध अधिक मजबूत होने के कारण, शॉर्ट सर्किट या अधिक गर्म होने पर ऑक्सीजन परमाणु धीमी गति से निकलते हैं। इसके अलावा, पूरी तरह से चार्ज किए गए सेल में लिथियम नहीं बचता है, जिससे ये अन्य लिथियम सेल में होने वाली ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रियाओं की तुलना में ऑक्सीजन की हानि के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी होती हैं।

★छोटा और हल्का
LFP बैटरियां लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड बैटरियों की तुलना में लगभग 50% हल्की होती हैं। ये लेड-एसिड बैटरियों की तुलना में 70% तक हल्की होती हैं। वाहन में LiFePO4 बैटरी का उपयोग करने से ईंधन की खपत कम होती है और वाहन को चलाना आसान हो जाता है। ये आकार में छोटी और कॉम्पैक्ट भी होती हैं, जिससे स्कूटर, नाव, आरवी या औद्योगिक उपकरण में जगह की बचत होती है।

LiFePO4 बैटरी बनाम गैर-लिथियम बैटरी
गैर-लिथियम बैटरियों के कई फायदे हैं, लेकिन नई LiFePo4 बैटरियों की क्षमता को देखते हुए, मध्यम अवधि में इनके प्रतिस्थापन की संभावना है क्योंकि पुरानी तकनीक महंगी और कम कुशल है।

☆लेड एसिड बैटरियां
शुरुआत में लेड-एसिड बैटरियां किफायती लग सकती हैं, लेकिन लंबे समय में ये अधिक महंगी साबित होती हैं। इसका कारण यह है कि इन्हें बार-बार रखरखाव और बदलने की आवश्यकता होती है। LiFePO4 बैटरी बिना किसी रखरखाव के 2-4 गुना अधिक समय तक चलती है।

☆जेल बैटरियां
LiFePO4 बैटरी की तरह, जेल बैटरी को बार-बार चार्ज करने की आवश्यकता नहीं होती है और भंडारण के दौरान इनकी चार्जिंग क्षमता कम नहीं होती है। हालांकि, जेल बैटरी धीमी गति से चार्ज होती हैं। इन्हें पूरी तरह चार्ज होते ही डिस्कनेक्ट कर देना चाहिए ताकि ये खराब न हों।

☆एजीएम बैटरियां
जहां एजीएम बैटरियों के 50% क्षमता से कम होने पर क्षतिग्रस्त होने का खतरा अधिक होता है, वहीं LiFePO4 बैटरियों को बिना किसी क्षति के पूरी तरह से डिस्चार्ज किया जा सकता है। साथ ही, इन्हें चालू रखना भी मुश्किल होता है।

LiFePO4 बैटरियों के लिए अनुप्रयोग
LiFePO4 बैटरियों के कई उपयोगी अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं:

● मछली पकड़ने वाली नावें और कयाक: कम चार्जिंग समय और लंबे रनटाइम के साथ आप पानी पर अधिक समय बिता सकते हैं। कम वजन से इन्हें संभालना आसान होता है और मछली पकड़ने की उच्च स्तरीय प्रतियोगिताओं के दौरान गति में भी वृद्धि होती है।

●मोबिलिटी स्कूटर और मोपेड: इनमें कोई अतिरिक्त भार नहीं होता जो आपकी गति को धीमा करे। अचानक यात्रा करने के लिए अपनी बैटरी को पूरी क्षमता से कम चार्ज करें, ताकि उसे नुकसान न पहुंचे।

●सौर ऊर्जा आधारित व्यवस्था: जीवन आपको जहां भी ले जाए (यहां तक ​​कि पहाड़ों पर या बिजली के ग्रिड से दूर) वहां हल्की LiFePO4 बैटरी ले जाएं और सूर्य की शक्ति का उपयोग करें।

● व्यावसायिक उपयोग: ये सबसे सुरक्षित और सबसे मजबूत लिथियम बैटरियां हैं, जो इन्हें फर्श मशीनों, लिफ्टगेट आदि जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती हैं।

इसके अलावा, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी कई अन्य उपकरणों जैसे टॉर्च, इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट, रेडियो उपकरण, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था और अन्य वस्तुओं को भी शक्ति प्रदान करती हैं।

व्यापक स्तर पर एलएफपी कार्यान्वयन की संभावनाएं
हालांकि एलएफपी बैटरियां अन्य विकल्पों की तुलना में कम खर्चीली और अधिक स्थिर होती हैं, लेकिन ऊर्जा घनत्व व्यापक उपयोग में एक महत्वपूर्ण बाधा रहा है। एलएफपी बैटरियों का ऊर्जा घनत्व काफी कम होता है, जो 15 से 25% के बीच होता है। हालांकि, शंघाई में निर्मित मॉडल 3 जैसी बैटरियों में इस्तेमाल होने वाले मोटे इलेक्ट्रोड के उपयोग से यह स्थिति बदल रही है, जिसका ऊर्जा घनत्व 359Wh/लीटर है।

एलएफपी बैटरियों के लंबे जीवनचक्र के कारण, समान वजन वाली लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में इनकी क्षमता अधिक होती है। इसका अर्थ यह है कि समय के साथ इन बैटरियों की ऊर्जा घनत्व एक दूसरे के समान हो जाएगी।

व्यापक स्तर पर इसके उपयोग में एक और बाधा यह है कि एलएफपी पेटेंटों की बहुलता के कारण चीन ने बाजार पर अपना दबदबा बना रखा है। इन पेटेंटों की अवधि समाप्त होने के साथ ही, ऐसी अटकलें लगाई जा रही हैं कि वाहन निर्माण की तरह एलएफपी का उत्पादन भी स्थानीय स्तर पर ही किया जाएगा।

फोर्ड, फॉक्सवैगन और टेस्ला जैसी प्रमुख ऑटोमोबाइल कंपनियां निकल या कोबाल्ट के बजाय इस तकनीक का इस्तेमाल कर रही हैं। टेस्ला द्वारा अपनी तिमाही रिपोर्ट में की गई हालिया घोषणा तो बस शुरुआत है। टेस्ला ने अपने 4680 बैटरी पैक के बारे में भी संक्षिप्त जानकारी दी है, जिसकी ऊर्जा घनत्व और रेंज अधिक होगी। यह भी संभव है कि टेस्ला अधिक सेल को सघन बनाने और कम ऊर्जा घनत्व को समायोजित करने के लिए "सेल-टू-पैक" निर्माण विधि का उपयोग करे।

अपनी उम्र के बावजूद,एलएफपीबैटरी की लागत में कमी इलेक्ट्रिक वाहनों को बड़े पैमाने पर अपनाने में तेजी लाने के लिए महत्वपूर्ण साबित हो सकती है। 2023 तक, लिथियम-आयन की कीमतें लगभग 100 डॉलर/किलोवाट घंटा होने की उम्मीद है। लाइफ-फॉर-पेस (एलएफपी) ऑटोमोबाइल निर्माताओं को केवल कीमत के बजाय सुविधा या रिचार्ज समय जैसे कारकों पर जोर देने में सक्षम बना सकता है।