ایلومینیم-کیسڈ لیتھیم-آئن بیٹریوں کے لیے سنکنرن میکانزم، ناکامی کے طریقے، اور منظم تحفظ کی حکمت عملی

ایلومینیم بیٹری کیسنگ کے سنکنرن کو بنیادی طور پر دو اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے: بیرونی سنکنرن اور اندرونی سنکنرن۔ بیرونی سنکنرن بیٹری کے سنکنار مادوں کی نمائش سے پیدا ہوتا ہے-جیسے تیزاب اور الکلیس (مثلاً بارش کا پانی یا صفائی کرنے والے ایجنٹ)-اسٹوریج یا آپریشن کے دوران، جو براہ راست ایلومینیم کیسنگ کی سطح کو ختم کرتا ہے۔ اندرونی سنکنرن، اس کے برعکس، زیادہ کپٹی اور ممکنہ طور پر زیادہ خطرناک ہے۔ اس کی بنیادی وجہ مخصوص الیکٹرو کیمیکل حالات کے تحت ایلومینیم کے ڈھانچے میں لتیم کے باہمی تعامل میں ہے۔ جب ایلومینیم کیسنگ کی صلاحیت 0.2 اور 0.4 V (بمقابلہ Li/Li⁺) کے درمیان گر جاتی ہے، تو Li⁺ آئن ایلومینیم کرسٹل جالی میں ایک دوسرے سے جڑ جاتے ہیں تاکہ LiAl اور Li₃Al₂ جیسے انٹرمیٹالک مرکب بنائے۔

یہ عمل جالیوں کے پھیلاؤ اور کریکنگ کو اکساتا ہے، بالآخر ایلومینیم کو پھٹنے، دھاتی چمک کو کھونے، اور ایک غیر محفوظ سنکنرن پرت بنانے کا باعث بنتا ہے۔ یہ انحطاط کا عمل عام طور پر منفی الیکٹروڈ اور ایلومینیم کیسنگ کے درمیان حادثاتی شارٹ سرکٹ سے شروع ہوتا ہے۔

اندرونی سنکنرن ہونے کے لیے، تین شرائط کو بیک وقت پورا کرنا ضروری ہے: الیکٹران پاتھ وے کی موجودگی، آئن پاتھ وے، اور سنکنرن پوٹینشل۔ ان میں سے، آئن کا راستہ (الیکٹرولائٹ کی طرف سے فراہم کردہ) ناگزیر ہے؛ لہذا، الیکٹران کے راستے کو مسدود کرنا اور ممکنہ فرق کو کنٹرول کرنا سنکنرن کی روک تھام کے لیے بنیادی حکمت عملی ہے۔ معیاری ڈیزائنوں میں، پرزمیٹک بیٹری سیل کا ایلومینیم کیسنگ منفی الیکٹروڈ اور کیسنگ کے درمیان غیر موصل مواد کے استعمال کے ذریعے مکمل برقی تنہائی کو یقینی بناتا ہے (جیسے موصلی فلمیں یا ٹاپ-کور گسکیٹ)۔

تاہم، اگر منفی الیکٹروڈ کیسنگ کی اندرونی دیوار کے ساتھ رابطے میں آتا ہے-چاہے مینوفیکچرنگ نقائص کی وجہ سے ہو (مثلاً، ضرورت سے زیادہ لمبے الیکٹروڈ ٹیبز، بے گھر ہونے والے موصل چپکنے والے، یا خراب وائنڈنگ انکیپسولیشن) یا بیرونی مکینیکل نقصان-کی وجہ سے، الیکٹروڈ اور V کے درمیان ضروری وولٹیج منفی حالات پیدا کر دے گا۔ لیتھیم-انٹرکلیشن سنکنرن۔ تجرباتی مطالعات نے یہ ثابت کیا ہے کہ، کئی چارج-ڈسچارج سائیکلوں کے بعد، اس طرح کی سمجھوتہ شدہ بیٹریاں بار بار پرفوریشنز اور الیکٹرولائٹ کے رساو کو دھماکے کے-پروف والو کے آس پاس ظاہر کرتی ہیں۔

مزید برآں، بیرونی شارٹ سرکٹس بھی اتنا ہی اہم خطرہ لاحق ہیں۔ اگر بیٹری کیسنگ کی بیرونی سطح منفی ٹرمینل کی طرف ایک ترسیلی راستہ قائم کرتی ہے-بقیہ الیکٹرولائٹ یا بیرونی دھاتی اشیاء (جیسے ٹیسٹ فکسچر یا تاروں) سے رابطے کی وجہ سے-یہ اسی طرح کیسنگ وولٹیج کو سنکنرن ممکنہ حد میں دبا سکتی ہے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ 1–2 V کے ابتدائی کیسنگ وولٹیج والی بیٹریاں، جب منفی ٹرمینل کے ساتھ مصنوعی شارٹ سرکٹ قائم ہونے کے بعد چارج-ڈسچارج سائیکل کا نشانہ بنتی ہیں، تو تیزی سے ایلومینیم کیسنگ سنکنرن کی علامات ظاہر کرتی ہیں۔ بیٹری پیک (PACK) کی سطح پر، اگر ملحقہ انفرادی خلیات کے ایلومینیم کیسنگ برقی رابطے میں آتے ہیں، تو یہ پوری سیریز کے سرکٹ میں ممکنہ تقسیم کو بدل دیتا ہے۔ یہ مخصوص انفرادی خلیات کے کیسنگ وولٹیج کو غیر معمولی طور پر کم کرنے کا سبب بن سکتا ہے-یا یہاں تک کہ منفی-اس طرح مقامی سنکنرن کو متحرک کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، تین-سیل بیٹری پیک میں، پہلے اور آخری سیل کے ایلومینیم کیسنگ کے درمیان ایک شارٹ سرکٹ ٹرمینل سیل کے کیسنگ کا وولٹیج -1.5 V تک گرنے کا سبب بن سکتا ہے، جس سے اس کی ناکامی میں تیزی آتی ہے۔

ماحولیاتی عوامل کو بھی نظر انداز نہیں کیا جانا چاہیے۔ اگر نئی توانائی والی گاڑیوں کے لیے ڈیزائن کی گئی ایک ایلومینیم-کیس والی بیٹری کمزور تیزابیت والے پانی (pH ≈ 5) میں ڈوبی ہوئی ہے، تو کیسنگ وولٹیج کو مکمل طور پر بحال کرنا مشکل رہتا ہے، یہاں تک کہ خشک ہونے کے بعد بھی۔ اگر اس سمجھوتہ شدہ حالت میں چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکل جاری رہے تو سنکنرن کی شرح نمایاں طور پر تیز ہوجاتی ہے۔ ایسا اس لیے ہوتا ہے کیونکہ نمی کی موجودگی اضافی آئنک راستے متعارف کراتی ہے، جبکہ ناپاک آئن الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو متحرک کرتے ہیں۔ مزید تنقیدی طور پر، کم کیسنگ وولٹیج کے حالات میں، دھاتی لتیم براہ راست ایلومینیم کیسنگ کی سطح پر جمع ہو سکتا ہے، جس سے الائینگ سنکنرن میں مزید اضافہ ہوتا ہے۔

بیٹری کی کارکردگی پر سنکنرن کا اثر تاخیر کا اثر ظاہر کرتا ہے۔ ابتدائی مرحلے کے دوران (مثلاً، پہلے 400 سائیکلوں)، ریچارج ایبل ایلومینیم-کیسڈ بیٹری کی صلاحیت کو برقرار رکھنے میں ایک عام، غیر کوروڈڈ یونٹ سے کوئی فرق نہیں کیا جا سکتا۔ تاہم، جیسے جیسے سائیکلنگ آگے بڑھتی ہے، ایلومینیم کیسنگ پر ہونے والے لیتھیئشن ری ایکشنز میں فعال لتیم کا مسلسل استعمال ہوتا ہے، جس سے کیتھوڈ میں فعال مواد کا ناقابل واپسی نقصان ہوتا ہے۔ 1,500 چکروں کے بعد، خراب شدہ بیٹری کی گنجائش 88 فیصد سے کم ہو کر 60 فیصد تک گر سکتی ہے۔ شرح کی کارکردگی کے لحاظ سے، 5C سے نیچے خارج ہونے والی شرح کے دوران کوئی خاص فرق نہیں دیکھا جاتا ہے۔ تاہم، 10C سے زیادہ خارج ہونے والے مادہ کی شرح پر، زنگ آلود بیٹری کی اندرونی مزاحمت بڑھ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں کارکردگی واضح طور پر بگڑ جاتی ہے۔