समय के साथ बैटरी जीवन ख़राब क्यों होता जाता है?

मुझे यकीन है कि आपने देखा होगा कि एक या दो साल के बाद फोन की बैटरी कितनी अच्छी तरह चार्ज रहती है, इसमें आपको एक उल्लेखनीय अंतर दिखाई देता है। यदि आप किसी फोन को काफी देर तक रखते हैं, तो उसकी बैटरी में पूरे दिन चलने के लिए पर्याप्त चार्ज भी नहीं हो सकता है। क्या तुमने कभी सोचा है क्यों?

बैटरियाँ: वे कैसे काम करती हैं?

बिजली जादुई नहीं है. वास्तव में, यह हममें से अधिकांश के लिए एक बहुत ही उबाऊ विषय है और हम चाहते हैं कि यह केवल तभी मौजूद रहे जब हमें इसका उपयोग करने की आवश्यकता हो। लेकिन यह समझने के लिए कि आपके फ़ोन को पहली बार चार्ज करने की तुलना में अब अधिक चार्ज करने की आवश्यकता क्यों है, आपको थोड़ा यह जानना होगा कि बैटरी कैसे काम करती है। चिंता न करें, हम यहां बुनियादी बातों पर कायम रहेंगे।

बिजली, किसी भी प्रकार की ऊर्जा की तरह, ऐसी चीज़ नहीं है जिसे आप बना सकते हैं। वे सभी चीज़ें जिनके बारे में हम बिजली "बनाने" के बारे में सोचते हैं, वास्तव में वे केवल ऊर्जा के एक रूप को दूसरे रूप में परिवर्तित कर रही हैं, और एक बैटरी विद्युत चार्ज बनाने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया (ऊर्जा) का उपयोग करती है जिसे मीटर से बाहर किया जा सकता है समय। इस चार्ज को बनाने के लिए विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है और वे अलग-अलग परिणाम देंगे। हमारे फोन में, हम लिथियम-आधारित बैटरी का उपयोग करते हैं क्योंकि वे उचित लागत के लिए एक सभ्य स्तर का आउटपुट प्रदान करते हैं।

फ़ोन की बैटरी का अनुमानित जीवन बस इतना ही है - एक अनुमान।

फोन की बैटरी के अंदर, आपको तीन घटक मिलेंगे जो कि हम जिसके बारे में बात कर रहे हैं उसके लिए महत्वपूर्ण हैं: एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड (जिसे एन कहा जाता है) एनोड और आम तौर पर ग्रेफाइट से बना होता है), एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड (जिसे ए कहा जाता है)। कैथोड और लिथियम और अन्य धातुओं के मिश्रण से बना है), और एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान। इन तीन चीजों के बीच का रसायन मूल रूप से सरल है और यही कारण है कि इनका उपयोग ऊर्जा भंडारण के लिए किया जा सकता है। जब आप कोई शुल्क लागू करते हैं को इलेक्ट्रोड (आपके चार्जर से) लिथियम आयन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं। जब आप चार्ज को बैटरी से दूर खींचते हैं तो ये लिथियम आयन अपना सकारात्मक चार्ज खो देते हैं और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित नहीं होते हैं। जितनी देर आप संग्रहीत ऊर्जा को चार्ज की गई बैटरी से दूर खींचेंगे, लिथियम आयनों की संख्या उतनी ही कम हो जाएगी लंबे समय तक चार्ज किया जाना तब तक बढ़ता है जब तक कि उनमें से कोई भी आउटपुट उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त न रह जाए और बैटरी खत्म हो जाए मृत। इसे चार्जर में प्लग करने से यह चक्र रीसेट हो जाता है।

यहाँ "साइकिल" एक महत्वपूर्ण शब्द है। चूँकि बैटरियों को चार्ज संग्रहित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए समय की एक इकाई के रूप में उनके उपयोग योग्य जीवन को मापना मुश्किल है। एक बैटरी जो आपके लिए दो साल तक चलती है वह किसी और के लिए केवल छह महीने तक चल सकती है क्योंकि इसका उपयोग अलग तरीके से किया जा रहा है। ताकि हम अनुमान लगा सकें कि उनके कितने समय तक चलने की उम्मीद है, बैटरी की दीर्घायु को चार्जिंग चक्रों द्वारा मापा जाता है। एक फ़ोन बैटरी को आम तौर पर लगभग 500 से 600 चक्रों तक चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और एक चक्र को पूरी तरह से ख़त्म हो चुकी बैटरी को 100% तक चार्ज करने और फिर इसे शून्य पर ख़त्म करने के रूप में परिभाषित किया गया है। जिस बैटरी में 50% चार्ज बचा है उसे चार्ज करना, फिर उसे 50% तक खत्म करना एक आंशिक चक्र है, यही कारण है कि आप लोगों को यह कहते हुए सुनेंगे अपनी बैटरी को कम होने से पहले चार्ज करने के लिए और सिस्टम को खराब करने और उस 500वें को बंद करने के तरीकों के रूप में लोगों को आपको विपरीत बातें कहते हुए सुनें चक्र। बेशक, यह उस तरह से काम नहीं करता है क्योंकि बैटरी वास्तव में चार्ज चक्रों की संख्या की गणना नहीं करती है। पांच सौ तो बस एक अनुमान है.

लेकिन दीर्घायु कर सकना जब आप बैटरी चार्ज करते हैं तो क्या होता है और यह भविष्य की चार्जिंग को कैसे प्रभावित करता है, इसे चक्रों में मापा जाना चाहिए चक्र, संग्रहीत की जा सकने वाली ऊर्जा की मात्रा और संग्रहीत क्षमता (वोल्ट की संख्या के बारे में सोचें)। शुल्क।

ऑक्सीकरण और दक्षता एक दूसरे से नफरत करते हैं

चूँकि इलेक्ट्रिक वाहन एक वास्तविक चीज़ हैं और उनमें उपयोग की जाने वाली बैटरियाँ बेहद महंगी हैं, इस बारे में बहुत सारे अध्ययन किए गए हैं कि लिथियम-आयन बैटरियाँ अपने जीवनकाल के दौरान खराब क्यों हो जाती हैं। शुक्र है, यह हमारे फोन के अंदर कम-महंगी (लेकिन अभी भी महंगी!) बैटरियों पर भी लागू होता है, और यह बैटरियों को चार्ज करने के दौरान होने वाले रासायनिक परिवर्तनों के कारण होता है।

हम जानते हैं कि बैटरी को चार्ज करने से लिथियम आयन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं जो चुंबकीय रूप से (बिजली चुंबकत्व है) नकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं। जैसे-जैसे अधिक से अधिक आवेशित आयन आकर्षित होते हैं क्षमता का अंतर ऋणात्मक इलेक्ट्रोड और धनात्मक इलेक्ट्रोड के बीच वृद्धि होती है। इस तरह आप वोल्टेज मापते हैं - दो इलेक्ट्रोडों के बीच संभावित ऊर्जा का अंतर। एक बार जब यह एक विशिष्ट रीडिंग तक पहुंच जाता है तो बैटरी को पूरी तरह से चार्ज माना जाता है। बैटरी को डिस्चार्ज करते समय विपरीत सत्य होता है और विभव का अंतर तब तक कम हो जाता है जब तक कि यह शून्य तक नहीं पहुंच जाता क्योंकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर कोई सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन मौजूद नहीं होते हैं। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड साफ है और बिल्कुल वैसा ही है जैसा आपके शुरू करने से पहले था।

इलेक्ट्रोड ऑक्सीकरण करते हैं। उसी तरह जिस तरह से पानी और हवा के कारण लोहे में जंग लग सकती है (जहां से ऑक्सीकरण शब्द आया है), लिथियम, ग्रेफाइट और इलेक्ट्रोलाइट लवण इलेक्ट्रोड को ऑक्सीकरण का कारण बनेंगे। जब प्रत्येक धनावेशित आयन को बैटरी में एनोड से अलग कर दिया जाता है तो कणों की एक सूक्ष्म परत पीछे रह जाती है और रासायनिक रूप से ग्रेफाइट एनोड से बंध जाती है। ये कण लिथियम ऑक्साइड (ऑक्सीजन से बंधा लिथियम) परमाणुओं और लिथियम कार्बोनेट से बने होते हैं (लिथियम कार्बन से बंधा हुआ) परमाणु, जिनमें से किसी में भी समान रासायनिक या विद्युत गुण नहीं हैं ग्रेफाइट. यह परत चार्ज/डिस्चार्ज चक्र में हस्तक्षेप करती है और क्षमता (वोल्टेज) का अंतर और आकर्षित होने वाले चार्ज आयनों की संख्या दोनों में परिवर्तन होता है। अंततः, परिवर्तन नोटिस करने के लिए पर्याप्त हैं। यदि आप बैटरी का उपयोग करना जारी रखते हैं और इसे सामान्य रूप से चार्ज करते हैं, तो आप उस बिंदु पर पहुंच जाते हैं जहां आपके फोन को बिजली देने के लिए पर्याप्त विद्युत ऊर्जा संग्रहीत नहीं हो रही है।

बैटरी को चार्ज करने से अनिवार्य रूप से इलेक्ट्रोड की संरचना बदल जाती है और भविष्य में इसके चार्ज होने के तरीके पर असर पड़ता है।

विभिन्न प्रकार की लिथियम-संरचनाएं, साथ ही इलेक्ट्रोलाइट समाधान में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न लवण, इस बात पर प्रभाव डालते हैं कि इलेक्ट्रोड पर इनमें से कितना जमाव बचा हुआ है। लेकिन क्लीनर चक्र के लिए जो सामग्रियां बनाई जाती हैं, वे आवश्यक रूप से सर्वश्रेष्ठ नहीं हैं क्योंकि वे उतनी संग्रहीत शक्ति प्रदान नहीं कर सकती हैं। हम अपने फोन में उच्च-क्षमता, कम-शक्ति वाली बैटरियां चाहते हैं क्योंकि वे उच्च-शक्ति वाली बैटरियों की तुलना में अधिक सुरक्षित हैं (और उनकी लागत भी कम है) और हम चाहते हैं कि वे जब तक संभव हो हमारे फोन को बिजली प्रदान करें। एक इलेक्ट्रिक वाहन उच्च-क्षमता, उच्च-शक्ति बैटरियों का उपयोग कर सकता है क्योंकि वे एक ठोस फ्रेम द्वारा संरक्षित होते हैं और उनके क्षतिग्रस्त होने की संभावना नहीं होती है। वे आवश्यक हैं क्योंकि एक कार को चार्ज के बीच लंबी दूरी तक जाने में सक्षम होना चाहिए। लेकिन टेस्ला मॉडल एस के लिए प्रतिस्थापन बैटरी की लागत भी $12,000 है। उस लागत का एक हिस्सा लिथियम-निकल-कोबाल्ट-एल्यूमीनियम-ऑक्साइड बैटरी बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली महंगी सामग्रियों से आता है फोन में उपयोग की जाने वाली बुनियादी लिथियम-कोबाल्ट बैटरियों का विरोध किया जाता है, जो इससे पहले लगभग कई चक्रों तक नहीं चलती हैं नीचा दिखाना

वोल्टेज मायने रखता है

लिथियम-आयन बैटरी कितने चक्रों तक चलेगी, इसे प्रभावित करने वाले सबसे बड़े कारकों में से एक इसका वोल्टेज है। केवल फ़ोन और कारें ही रिचार्जेबल लिथियम बैटरी पर चलने के लिए डिज़ाइन की गई चीज़ें नहीं हैं, और 2015 में अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने बहुत सारा पैसा और समय खर्च किया देखें कि वास्तव में समस्याएँ किस कारण से उत्पन्न होती हैं और उन्हें कैसे कम किया जाए क्योंकि उपग्रह लिथियम-आधारित बैटरी और सौर चार्जर का उपयोग करते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि बैटरी की संरचना के बाद, अगला सबसे बड़ा अपराधी जो बैटरी की लंबी उम्र को प्रभावित कर सकता है वह चार्जिंग वोल्टेज और रखे गए चार्ज का वोल्टेज है।

वह रसायन जो लिथियम बैटरी को काम करता है, स्वाभाविक रूप से एनोड को ख़राब कर देता है, और यही हमने ऊपर बात की है। लेकिन यदि आप 3.9 वोल्ट से अधिक की बैटरी चार्ज करते हैं, या 3.9 वोल्ट से अधिक क्षमता के अंतर के साथ चार्ज संग्रहीत करते हैं, तो उसी प्रकार का क्षरण कैथोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड) के साथ होता है। यह अनिवार्य रूप से बैटरी की दीर्घायु को आधा कर देता है। चार्जिंग वोल्टेज और हेल्ड वोल्टेज अनिवार्य रूप से एक ही चीज़ हैं क्योंकि आप सभी को उत्साहित कर रहे हैं बैटरी के घटक, लेकिन चार्जिंग से गर्मी भी आती है, और चार्जिंग वोल्टेज जितना अधिक होगा, गर्मी उतनी ही अधिक होगी यह। जब बैटरी 3.9 वोल्ट से अधिक उत्तेजित होती है तो लगाई गई गर्मी कैथोड के क्षरण को और खराब कर देती है।

बैटरी निर्माताओं का कोई गुप्त गुट नहीं है जो हमें लूटने की कोशिश कर रहा है; यह सब रसायन शास्त्र है.

दूसरे शब्दों में, एक आधुनिक फोन को पावर देने और उसकी बैटरी को तुरंत चार्ज करने के लिए आवश्यक वोल्टेज का मतलब है कि चीजों को "ठीक" करना लगभग असंभव है। बैटरी से चलने वाली ड्रिल वाले किसी भी व्यक्ति ने इसे कार्य करते हुए देखा है। किसी उपकरण में उपयोग की जाने वाली 12 या 14 वोल्ट की बैटरियां हमारे फोन की तुलना में उतने चक्रों तक नहीं चलती हैं। वे उच्च वोल्टेज पर भंडारण और संचालन करते हैं, उच्च वोल्टेज और बहुत अधिक गर्म पर चार्ज करते हैं, और केवल कुछ चार्जिंग चक्रों के बाद स्पष्ट रूप से प्रभावित हो सकते हैं। वे फ़ोन के समान ही मूल लिथियम-आधारित बैटरियों का उपयोग करते हैं क्योंकि हम जिस प्रकार की सामग्रियों का उपयोग करते हैं टेस्ला एस बैटरी में देखने से वे अधिक महंगी हो जाएंगी, और उनके पास बहुत लंबा समय नहीं है जीवनभर। भगवान का शुक्र है कि हम उनमें से अधिकांश सामग्रियों को रीसायकल कर सकते हैं और हम बेकार हो चुकी मकिता और पोर्टर-केबल बैटरियों के समुद्र में नहीं डूब रहे हैं, क्योंकि लिथियम सोने से भी अधिक महंगा है।

अच्छी खबर यह है कि लिथियम बैटरी बनाने वाली सभी कंपनियां चीजों को बेहतर बनाने पर काम कर रही हैं। जो कोई भी लंबे समय तक चलने वाली पहली बैटरी बना सकता है, वह इससे बहुत पैसा कमाएगा। हम बस इतना कर सकते हैं कि अपने फोन को तब चार्ज करें जब उन्हें चार्ज करने की आवश्यकता हो, और यह जान लें कि हमें बार-बार नए उत्पाद खरीदने के लिए मजबूर करने के लिए बैटरी निर्माताओं के बीच कोई साजिश नहीं है।

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