उच्च धारा से चार्ज करने पर lithium-ion बैटरी की आयु 50% बढ़ी

 (eurekalert.org)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-09-10 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें

शोधकर्ताओं ने बैटरी प्रदर्शन सुधारने का एक चौंकाने वाला तरीका खोजा

  • lithium-ion बैटरी की पहली चार्जिंग क्यों महत्वपूर्ण है

    • बैटरी की पहली चार्जिंग उसकी performance और lifespan तय करने वाली एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है
    • SLAC-Stanford Battery Center के शोध के अनुसार, पहली चार्जिंग उच्च धारा पर करने से बैटरी की आयु 50% बढ़ती है और शुरुआती चार्जिंग समय 10 घंटे से घटकर 20 मिनट रह जाता है

  • वैज्ञानिक machine learning के जरिए बैटरी performance में सुधार

    • शोध टीम ने वैज्ञानिक machine learning का उपयोग करके बैटरी इलेक्ट्रोड में होने वाले खास बदलावों की पहचान की
    • ये बदलाव बैटरी निर्माताओं को process optimize करने और products सुधारने के लिए महत्वपूर्ण insight देते हैं

  • शोध की पृष्ठभूमि और सहयोग

    • यह शोध SLAC/Stanford टीम और Toyota Research Institute (TRI), MIT, University of Washington के सहयोग से किया गया
    • SLAC के sustainability research के हिस्से के रूप में, यह energy transition के लिए महत्वपूर्ण तकनीकों को अधिक सस्ता बनाने में योगदान देता है

  • बैटरी निर्माण पर वास्तविक प्रभाव

    • शोध के नतीजों का असर electric vehicles और power grid के अलावा अन्य तकनीकों पर भी पड़ता है
    • बैटरी निर्माण पूंजी, ऊर्जा और समय की दृष्टि से बहुत खर्चीली प्रक्रिया है, और इसे optimize करना कठिन है
    • यह शोध बैटरी निर्माण के एक महत्वपूर्ण चरण को समझने और optimize करने के लिए एक सामान्य approach प्रस्तुत करता है

बैटरी performance की कुंजी: "squishy layer"

  • बैटरी के शुरुआती cycling को समझना

    • शोध टीम ने ऐसे pouch cells बनाए जिनमें cathode और anode electrolyte solution से घिरे हुए थे
    • बैटरी चार्ज होने पर lithium ions anode की ओर जाकर वहाँ store होते हैं
    • बैटरी discharge होने पर lithium ions cathode की ओर जाते हैं और electrons के flow को संभव बनाते हैं

  • SEI layer का महत्व

    • पहली चार्जिंग के दौरान कुछ lithium inactive होकर SEI (solid electrolyte interphase) layer बनाता है
    • SEI layer anode की सुरक्षा करती है और बैटरी की आयु बढ़ाती है

उच्च चार्जिंग धारा बैटरी performance को बेहतर बनाती है

  • पारंपरिक low-current charging तरीके की समस्याएँ

    • निर्माता आमतौर पर SEI layer बनाने के लिए पहली चार्जिंग कम धारा पर करते हैं
    • लेकिन low-current charging में बहुत समय लगता है और इसकी लागत भी अधिक होती है

  • high-current charging के फायदे

    • शोध टीम ने हालिया शोध के नतीजों की पुष्टि की कि high-current charging बैटरी performance को खराब नहीं करती
    • high-current charging बैटरी की आयु 50% बढ़ाती है और शुरुआती lithium deactivation अनुपात को बढ़ाती है

  • वैज्ञानिक machine learning के जरिए optimization

    • शोध टीम ने वैज्ञानिक machine learning का उपयोग करके महत्वपूर्ण factors की पहचान की
    • तापमान और charging current सबसे महत्वपूर्ण factors के रूप में सामने आए

SLAC परिचय

  • SLAC National Accelerator Laboratory
    • SLAC एक शोध संस्थान है जो ब्रह्मांड और पदार्थ के मूल सिद्धांतों की खोज करता है और शक्तिशाली tools विकसित करता है
    • 60 से अधिक वर्षों के शोध के आधार पर यह quantum technology, scientific computing, next-generation accelerator development जैसे विभिन्न क्षेत्रों में भविष्य का मार्ग प्रशस्त कर रहा है

GN⁺ का सार

  • यह शोध lithium-ion बैटरी की पहली चार्जिंग प्रक्रिया को optimize करके बैटरी की आयु 50% बढ़ाने का तरीका प्रस्तुत करता है
  • वैज्ञानिक machine learning का उपयोग करके महत्वपूर्ण factors की पहचान की गई और सर्वोत्तम charging conditions खोजी गईं
  • यह बैटरी निर्माताओं को process सुधारने और लागत घटाने के लिए महत्वपूर्ण insight देता है
  • इस शोध का electric vehicles, power grid और अन्य तकनीकों पर भी व्यावहारिक प्रभाव पड़ सकता है
  • समान कार्यक्षमता वाले उत्पादों में Tesla की बैटरी तकनीक और Panasonic के बैटरी solutions शामिल हैं

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-09-10
Hacker News राय

  • उद्योग में काम करने के अनुभव के आधार पर इस रिसर्च को लेकर थोड़ा संदेह है। अगर शुरुआती charging conditions अलग होतीं, तो शायद बेहतर performance दिख सकती थी

    • यह जानने की जिज्ञासा है कि SEI में वृद्धि cell की impedance को कितना बदलती है, और capacity पर इसका क्या असर पड़ता है

  • अगर production में यह नतीजा साबित हो जाता है, तो यह बहुत दिलचस्प खोज होगी। कोई छिपा हुआ process variable साफ़ तौर पर सामने आ रहा है

  • पूरी तरह discharge हुई lithium battery को पूरी तरह charged battery से कुछ सेकंड के लिए जोड़कर फिर से जिंदा किया जा सका

  • TLDR: battery की शुरुआती "formation" charging के दौरान कुछ lithium निष्क्रिय हो जाता है और anode के आसपास एक protective layer (SEI) बनाता है। रिसर्च में पाया गया कि ज्यादा शुरुआती charging current इस्तेमाल करने पर 30% lithium SEI बन गया। इससे battery capacity घटती है, लेकिन electrode की protective layer मजबूत होती है और charging cycles के दौरान बेहतर lifespan मिलती है

  • अगर अच्छी SEI layer इतनी महत्वपूर्ण है, तो क्या battery assemble करने से पहले electrode पर यह layer पहले से बनाई जा सकती है? तब शायद layer का shape ज्यादा uniform बनाया जा सके

  • भ्रम है... यह prediction है या experimentally verified, यह जानना चाहता हूँ

  • हाल की एक paper में पाया गया कि 2khz frequency की square wave के साथ दोगुने current से charge करने पर battery degradation लगभग खत्म हो जाता है

  • battery lifespan से मतलब क्या है? capacity degradation, या random failure?

    • अगर यह खोज capacity degradation को धीमा करती है, लेकिन EV batteries के 100 गुना ज्यादा spontaneously fail होने की संभावना बढ़ा देती है ($$$), तो यह असली सुधार नहीं है। consumer devices के लिए यह ठीक हो सकता है

  • शायद यह microstructure को जला कर filament formation को ज्यादा stable बनाता है, जैसे high-voltage electricity लकड़ी पर नक़्क़ाशी करती है

  • TL;DR ऊँचा current anode पर layer को अलग तरीके से बनाता है (और जाहिर है, ज्यादा तेज़ी से भी)। पहले माना जाता था कि धीमी शुरुआती charging बेहतर formation देती है। यह process tuning में incremental improvement है, कोई fundamental बदलाव नहीं