লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি সেলগুলির নামমাত্র ভোল্টেজ কেন 3.7V?

যখন আমরা স্মার্টফোন, পাওয়ার ব্যাংক বা বৈদ্যুতিক যানবাহন থেকে ব্যাটারিগুলি বিচ্ছিন্ন করি তখন আমরা সর্বদা বিশিষ্ট "3.7V" নামমাত্র ভোল্টেজ চিহ্নিতকরণের মুখোমুখি হই। এই সংখ্যাটি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলির "জেনেটিক কোড" বলে মনে হচ্ছে, তবুও এর উত্সগুলি উপকরণ বিজ্ঞান, বৈদ্যুতিন রাসায়নিক নীতি এবং শিল্প অনুশীলনের মধ্যে এক শতাব্দী দীর্ঘ ইন্টারপ্লেতে অবস্থিত। এই নিবন্ধটি সরল ভাষায় ছয়টি মাত্রা থেকে 3.7V ভোল্টেজের রহস্য উন্মোচন করবে।

আই। পারমাণবিক বিশ্বের "শক্তি মই": ভোল্টেজ কোথা থেকে আসে?

লিথিয়াম ব্যাটারির ভোল্টেজ চার্জিং এবং স্রাবের সময় ক্যাথোড এবং অ্যানোড উপকরণগুলির মধ্যে ঘটে যাওয়া রেডক্স প্রতিক্রিয়াগুলি থেকে মৌলিকভাবে ডেকে আনে। উদাহরণ হিসাবে সর্বাধিক সাধারণ লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড (LICOO₂) ক্যাথোড এবং গ্রাফাইট অ্যানোড নিন:

Har চার্জিংয়ের সময়: লিথিয়াম আয়নগুলি (এলআইই) লিকু ₂ স্ফটিক জাল থেকে "এস্কেপ" এবং গ্রাফাইট স্তরগুলির মধ্যে আন্তঃকোষের জন্য ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে "সাঁতার"। এই প্রক্রিয়াটি একটি ভারী বস্তুকে উচ্চতায় তুলে নেওয়ার অনুরূপ, শক্তি খরচ (বৈদ্যুতিক শক্তি রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত) প্রয়োজন।
Dec স্রাবের সময়: লিথিয়াম আয়নগুলি গ্রাফাইট স্তরগুলি থেকে লিকু ₂ স্ফটিক জালিতে "স্লাইড ব্যাক"। উচ্চতা থেকে পড়ে এবং শক্তি প্রকাশের মতো ভারী বস্তুর মতো (রাসায়নিক শক্তি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত)।

"উত্তোলন" এবং "পতন" এর মধ্যে এই শক্তির পার্থক্যটি শারীরিকভাবে ভোল্টেজ হিসাবে প্রকাশ করে। কোয়ান্টাম রাসায়নিক গণনাগুলি দেখায় যে লিথিয়াম আয়ন নিষ্কাশন সম্ভাবনা প্রায় 4.1V (ধাতব লিথিয়ামের সাথে সম্পর্কিত), যখন গ্রাফাইটের লিথিয়াম আয়ন আন্তঃসংযোগ সম্ভাবনা 0। 1V এর কাছাকাছি থাকে। চার্জিং এবং ডিসচার্জিং (মেরুকরণের প্রভাব) এর সময় শক্তি ক্ষতি হ্রাস করার পরে, প্রকৃত ব্যবহারযোগ্য ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মটি 3 এর মধ্যে পড়ে। 7-4। 2 ভি রেঞ্জের মধ্যে।

Ii। উপাদান সংমিশ্রণের "গোল্ডেন রেশিও": কেন 3.7V চয়ন করবেন?

বিজ্ঞানীরা শত শত উপাদান সংমিশ্রণ নিয়ে পরীক্ষা -নিরীক্ষা করেছেন, তবে 3.7V সিস্টেমটি দাঁড়িয়ে আছে কারণ এটি শক্তি ঘনত্ব, সুরক্ষা এবং ব্যয়ের "অসম্ভব ট্রিনিটি" এর ভারসাম্যকে আঘাত করে:

Lico₂ + গ্রাফাইট সংমিশ্রণটি "ষড়ভুজীয় যোদ্ধা" এর মতো: কোবাল্ট ব্যয়বহুল হলেও এর স্থিতিশীল স্তরযুক্ত কাঠামো এবং মাঝারি লিথিয়াম আয়ন প্রসারণ সহগটি ব্যাটারিটিকে এনসিএর মতো "দহন" এর মতো লিমনো n বা প্রবণতার মতো অবক্ষয়ের ঝুঁকিতে ফেলেনি। অতিরিক্ত মেরুকরণের ক্ষতি এড়ানোর সময় 3.7V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম শক্তি আউটপুট সর্বাধিক করে তোলে।

Iii। Historical তিহাসিক পছন্দের "পাথ নির্ভরতা": গ্রাহক ইলেকট্রনিক্স দ্বারা সেট করা

3.7V ভোল্টেজের মানককরণ মূলত গ্রাহক ইলেকট্রনিক্স দ্বারা পাওয়ার সাপ্লাই ডিজাইনের বিপরীত আকার। 2007 সালে প্রথম প্রজন্মের আইফোনটি 3.7V এর নামমাত্র ভোল্টেজ সহ একটি লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইড ব্যাটারি গ্রহণ করেছিল, যা পরবর্তী স্মার্টফোন ডিজাইনের জন্য টেমপ্লেট হয়ে ওঠে। এই মানকটি তিনটি প্রধান সুবিধা নিয়ে আসে:

1, সরলীকৃত চার্জিং ম্যানেজমেন্ট: ইউএসবি ইন্টারফেসের 5 ভি স্ট্যান্ডার্ডটি একটি সাধারণ ডিসি-ডিসি কনভার্টারের মাধ্যমে কমপ্লেক্স সার্কিটগুলির প্রয়োজনীয়তা দূর করে 4.2V চার্জিং কাট-অফ ভোল্টেজে হ্রাস করা যেতে পারে।

2, সুরক্ষা সার্কিট ডিজাইন: 3।

3, মাল্টি-সেল সিরিজ অপ্টিমাইজেশন: সিরিজের দুটি 3.7V কোষ 7.4V এ পৌঁছাতে পারে, অতিরিক্ত বুস্ট সার্কিট ছাড়াই ল্যাপটপের মতো উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইসের জন্য উপযুক্ত।

এই নকশা জড়তা আজও অব্যাহত রয়েছে। এমনকি বৈদ্যুতিক গাড়ির ক্ষেত্রে, জটিল টোপোলজির মাধ্যমে শত শত 3.7V কোষের সমন্বয়ে গঠিত ব্যাটারি প্যাকগুলি এখনও এই historical তিহাসিক উত্তরাধিকারকে এগিয়ে নিয়ে যায়। টেসলা মডেলের ব্যাটারি প্যাকটিতে 7, 104 18650 কোষ (প্রতিটি 3.7V) থাকে, মোট ভোল্টেজ 400V এ পৌঁছায়।

Iv। ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মগুলির "গতিশীল প্রকৃতি": চার্জ-স্রাবের বক্ররেখা থেকে অন্তর্দৃষ্টি

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি চার্জ-স্রাবের বক্ররেখার প্রকৃত পরিমাপ প্রকাশ করে যে 3.7V একটি ধ্রুবক মান নয় তবে চার্জ অফ চার্জের (এসওসি) একটি ফাংশন। উদাহরণ হিসাবে একটি সাধারণ NCM523\/গ্রাফাইট সিস্টেম গ্রহণ:

Har চার্জিংয়ের সময়: ভোল্টেজ দ্রুত 3 থেকে বৃদ্ধি পায় {
Dec ডিসচার্জিংয়ের সময়: ভোল্টেজ আস্তে আস্তে 4.2V থেকে 3.7V (প্রায় 70% এসওসি) এ হ্রাস পায়, তারপরে খাড়া ভোল্টেজ ড্রপ বক্ররেখা।

চার্জ-স্রাবের বক্ররেখার প্রতিচ্ছবি বিন্দু হিসাবে, 3.7V লিথিয়াম আয়ন প্রসারণ হারের সমালোচনামূলক বিন্দুর সাথে মিলে যায়। এই মুহুর্তে, ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির সক্রিয় সাইটগুলি সম্পূর্ণরূপে স্যাচুরেটেড বা অতিরিক্তভাবে লিথিয়াম-অবনমিত হয় না, একটি অনুকূল অবস্থায় পরিচালিত হয়। দৌড়ানোর সময় "গতি" এর মতো, খুব দ্রুত ক্লান্তির দিকে পরিচালিত করে, অদক্ষতার মধ্যে খুব ধীরগতির ফলাফল হয় এবং 3.7V হ'ল শক্তি রূপান্তর দক্ষতার জন্য অবশ্যই "মিষ্টি স্পট"।

ভি। শিল্প অনুশীলনের "বাস্তব বিবেচনা": ব্যয় এবং প্রক্রিয়া গেম

3.7V ভোল্টেজ গঠন উত্পাদন প্রক্রিয়া এবং ব্যয় দ্বারা গভীরভাবে প্রভাবিত হয়:

বিভাজক এবং ইলেক্ট্রোলাইট অভিযোজন: 3.7V সিস্টেমে বিভাজক পোরোসিটি এবং ইলেক্ট্রোলাইট আয়নিক পরিবাহিতাগুলির জন্য মাঝারি প্রয়োজনীয়তা রয়েছে, অত্যধিক ভোল্টেজের কারণে বা অপর্যাপ্ত ভোল্টেজের কারণে শক্তি ঘনত্ব হ্রাস করার কারণে ইলেক্ট্রোলাইট পচন এড়ানো।

ইলেক্ট্রোড লেপ প্রক্রিয়া: লিথিয়াম কোবাল্ট অক্সাইডের কণা আকার বিতরণ এবং গ্রাফাইট লেপগুলির বেধ সময়ের সাথে সাথে অনুকূলিত করা হয়েছে, 3.7V সিস্টেমের সাথে একটি অনুকূল মিল তৈরি করে। জোর করে ভোল্টেজ বাড়ানোর জন্য উত্পাদন লাইনগুলি নতুন করে ডিজাইন করার প্রয়োজন হতে পারে।

সাপ্লাই চেইনের পরিপক্কতা: দুই দশকের বিকাশের পরে, 3.7V সিস্টেমের সরবরাহ চেইন অত্যন্ত পরিপক্ক, কাঁচামাল নিষ্কাশন থেকে ব্যাটারি পুনর্ব্যবহারে সম্পূর্ণ বন্ধ লুপ গঠন করে। ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মের যে কোনও পরিবর্তন উল্লেখযোগ্য শিল্প চেইন সামঞ্জস্যকে ট্রিগার করবে।

ষষ্ঠ। ভবিষ্যতের প্রবণতা: 3.7V এর "উত্তরাধিকার এবং অগ্রগতি"

দুই দশকেরও বেশি সময় ধরে বাজারে আধিপত্য বিস্তার করা সত্ত্বেও, প্রযুক্তিগত বিবর্তন নতুন ভোল্টেজের দৃষ্টান্তগুলিকে জন্ম দিচ্ছে:

উচ্চ-ভোল্টেজ ক্যাথোড উপকরণ: নিকেল সামগ্রী বাড়িয়ে (যেমন, এনসিএম 811) বা লিথিয়াম সমৃদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ-ভিত্তিক উপকরণগুলি গ্রহণ করে, চার্জিং কাট-অফ ভোল্টেজটি 4.5V এর উপরে উঠানো যেতে পারে, সম্ভাব্যভাবে সেল ভোল্টেজগুলি 4 এর উপরে পৌঁছে যায় 0 ভি।

সিলিকন-কার্বন সংমিশ্রণ অ্যানোডস: গ্রাফাইটে ন্যানো-সিলিকন কণাগুলি অন্তর্ভুক্ত করা স্রাব প্ল্যাটফর্মটিকে নীচে 0। 3V এ নামিয়ে আনতে পারে চক্রের পারফরম্যান্সকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্যাগ না করে, যার ফলে ভোল্টেজ উইন্ডোটি সম্প্রসারণ করা যায়।

সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট প্রযুক্তি: সালফাইড বা অক্সাইড সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইট নিয়োগ করা traditional তিহ্যবাহী জৈব ইলেক্ট্রোলাইটগুলির বৈদ্যুতিন রাসায়নিক উইন্ডো সীমাবদ্ধতার মধ্য দিয়ে ভেঙে যেতে পারে, 5 ভি-শ্রেণীর উচ্চ-ভোল্টেজ সিস্টেম সক্ষম করে।

এই প্রযুক্তিগত রূপান্তরগুলি লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ভোল্টেজের মানকে নতুন করে সংজ্ঞায়িত করবে, তবে অতীত এবং ভবিষ্যতের একটি মাইলফলক হিসাবে, 3.7V অদূর ভবিষ্যতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে থাকবে। অভ্যন্তরীণ জ্বলন ইঞ্জিন যানবাহন থেকে বৈদ্যুতিক যানবাহনগুলিতে স্থানান্তর সময়ের মতো, 3.7V সিস্টেমটি নতুন শক্তি বিপ্লবের "ট্রানজিশনাল ইঞ্জিন" হিসাবে কাজ করবে।

উপসংহার: 3.7V এর পিছনে প্রযুক্তিগত দর্শন

কোয়ান্টাম রসায়নের মাইক্রোস্কোপিক জগত থেকে বৈদ্যুতিক যানবাহনের ম্যাক্রোস্কোপিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, 3.7V সেল ভোল্টেজ শক্তি রূপান্তর সম্পর্কে মানবতার গভীর বোঝার আবরণ করে। এটি কেবল উপকরণ বিজ্ঞান, বৈদ্যুতিন রাসায়নিক তত্ত্ব এবং প্রকৌশল অনুশীলনের ছেদ নয়, প্রযুক্তিগত বিবর্তন পথ নির্ভরতার একটি পঞ্চম উদাহরণও। যখন আমরা হাতে মোবাইল ডিভাইসগুলির সাথে ওয়্যারলেস জীবনের সুবিধার্থে উপভোগ করি, তখন আমাদের ন্যানোস্কেলে অগণিত প্রকৌশলীদের সূক্ষ্ম প্রচেষ্টা এবং ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম নির্বাচনে এম্বেড থাকা গভীর জ্ঞানগুলি ভুলে যাওয়া উচিত নয়। নতুন শক্তি বিপ্লব যেমন অগ্রসর হয়, ৩.7V অবশেষে একটি historical তিহাসিক পাদটীকা হয়ে উঠতে পারে, তবে এটি প্রতিষ্ঠিত প্রযুক্তিগত দৃষ্টান্ত এবং উদ্ভাবনী যুক্তি শক্তি সঞ্চয় প্রযুক্তির ভবিষ্যতের দিকনির্দেশকে গাইড করতে থাকবে।