सोडियम-आयन बैटरी उत्पादन प्रक्रिया: कच्चे माल से तैयार कोशिकाओं तक
सोडियम आयन बैटरी (Na-आयन बैटरी) ने सोडियम संसाधनों की बहुतायत और कम लागत के कारण लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक आशाजनक विकल्प के रूप में महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। सोडियम-आयन बैटरी की उत्पादन प्रक्रिया लिथियम-आयन बैटरी के साथ कई समानताएं साझा करती है, लेकिन सोडियम-आधारित सामग्रियों के अनूठे गुणों के कारण कुछ महत्वपूर्ण अंतर भी हैं। यह लेख सोडियम-आयन बैटरी निर्माण प्रक्रिया में प्रमुख चरणों को रेखांकित करता है।
1। कच्चे माल की तैयारी
कैथोड सामग्री
सोडियम-आयन बैटरी के लिए सामान्य कैथोड सामग्री में स्तरित ऑक्साइड (Naxtmo2, जहां tm=संक्रमण धातु), पॉलीओनियन यौगिक (जैसे NA3V2 (PO4) 3), और प्रशिया नीले एनालॉग्स शामिल हैं। इन सामग्रियों को ठोस-राज्य प्रतिक्रिया, सोल-जेल प्रक्रियाओं, या सह-पूर्वनिर्धारित विधियों के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है।
एनोड सामग्री
बायोमास या पिच से प्राप्त हार्ड कार्बन सोडियम आयन बैटरी के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला एनोड सामग्री है। हार्ड कार्बन अग्रदूतों को सोडियम-आयन भंडारण के लिए उपयुक्त अव्यवस्थित कार्बन संरचना बनाने के लिए उच्च तापमान (आमतौर पर 1000-1300 डिग्री) पर कार्बोनेटेड किया जाता है।
इलेक्ट्रोलाइट
इलेक्ट्रोलाइट में आमतौर पर सोडियम लवण (जैसे NaClo4, NAPF6, या NATFSI) कार्बोनेट-आधारित सॉल्वैंट्स (EC, DMC, PC) में भंग होता है। नासिकॉन और सल्फाइड-आधारित सामग्री सहित ठोस-राज्य इलेक्ट्रोलाइट्स भी विकास के अधीन हैं।
सेपरेटर
पॉलीइथिलीन (पीई) और पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) सेपरेटर, आमतौर पर लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए जाने वाले, सोडियम-आयन बैटरी में भी लागू किए जा सकते हैं, हालांकि NA-आयन इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ संगतता का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन किया जाता है।
2। इलेक्ट्रोड कोटिंग प्रक्रिया
घोल की तैयारी
सक्रिय सामग्री (कैथोड और एनोड), प्रवाहकीय एडिटिव्स (कार्बन ब्लैक), और बाइंडर्स (जैसे कि पीवीडीएफ, सीएमसी, या एसबीआर) एक समान घोल बनाने के लिए सॉल्वैंट्स (कैथोड के लिए एनएमपी, कैथोड के लिए एनएमपी, पानी) के साथ मिलाया जाता है।
कलई करना
घोल समान रूप से एल्यूमीनियम पन्नी (कैथोड) और तांबा पन्नी (एनोड) पर लेपित है। कुछ सोडियम-आयन बैटरी के लिए, दोनों इलेक्ट्रोड वोल्टेज विंडो और भौतिक गुणों के आधार पर, एल्यूमीनियम पन्नी का उपयोग कर सकते हैं।
सुखाने
अवशिष्ट सॉल्वैंट्स को हटाने के लिए लेपित इलेक्ट्रोड को ओवन में सुखाया जाता है। सामग्री में गिरावट को रोकने के लिए सुखाने का तापमान और अवधि सावधानीपूर्वक नियंत्रित की जाती है।
3। इलेक्ट्रोड कैलेंडरिंग
सूखने के बाद, इलेक्ट्रोड समान मोटाई प्राप्त करने, घनत्व में सुधार करने और सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टरों के बीच अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए सटीक रोलर्स की एक जोड़ी से गुजरते हैं।
4। इलेक्ट्रोड काटने और स्टैकिंग
इलेक्ट्रोड को वांछित आकृतियों में काट दिया जाता है (आमतौर पर थैली कोशिकाओं के लिए आयताकार या बेलनाकार कोशिकाओं के लिए बेलनाकार)। सकारात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को अंतिम सेल प्रारूप में ढेर या घाव किया जाता है।
5। सेल असेंबली
थैली कोशिकाएं
स्टैक्ड इलेक्ट्रोड-सेपरेटर परतें एक एल्यूमीनियम-प्लास्टिक पाउच में संलग्न हैं। इलेक्ट्रोलाइट को थैली में इंजेक्ट किया जाता है, और थैली को रिसाव को रोकने के लिए गर्मी-सील किया जाता है।
बेलनाकार और प्रिज्मीय कोशिकाएं
घाव इलेक्ट्रोड विधानसभा को एक धातु कैन में डाला जाता है। इलेक्ट्रोलाइट जोड़ा जाता है, इसके बाद एक टोपी के साथ सीलिंग होती है।
6। गठन प्रक्रिया
इकट्ठे कोशिकाएं एक प्रारंभिक चार्जिंग प्रक्रिया से गुजरती हैं, जिसे गठन के रूप में जाना जाता है। यह चरण ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI) परत को एनोड सतह पर बनने की अनुमति देता है, जो बैटरी स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण है। सोडियम आयन बैटरी के लिए गठन प्रोटोकॉल अलग-अलग एसईआई केमिस्ट्री के कारण लिथियम-आयन कोशिकाओं से थोड़ा भिन्न हो सकते हैं।
7। उम्र बढ़ने और परीक्षण
गठन के बाद, कोशिकाओं को अपने आंतरिक रसायन विज्ञान को स्थिर करने के लिए कई दिनों तक उम्र के लिए छोड़ दिया जाता है। प्रत्येक सेल गुणवत्ता नियंत्रण परीक्षणों से गुजरता है, जिसमें क्षमता की जांच, आंतरिक प्रतिरोध माप, रिसाव का पता लगाने और सुरक्षा परीक्षण शामिल हैं।
8। मॉड्यूल और पैक असेंबली
परीक्षण किए गए कोशिकाओं को मॉड्यूल और बैटरी पैक में इकट्ठा किया जाता है। बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए वोल्टेज, तापमान और वर्तमान की निगरानी के लिए एकीकृत हैं।
लिथियम-आयन बैटरी उत्पादन से प्रमुख अंतर
| प्रक्रिया चरण | लिथियम आयन बैटरी | सोडियम आयन बैटरी |
| कैथोड सामग्री | LICOO2, NMC, LFP | लेयर्ड ऑक्साइड, प्रशियाई नीला, पॉलियन |
| एनोड सामग्री | सीसा | कठोर कार्बन |
| इलेक्ट्रोलाइट | कार्बोनेट सॉल्वैंट्स में LIPF6 | NAPF6, कार्बोनेट सॉल्वैंट्स में NATFSI |
| वर्तमान संग्राहक | तांबा (एनोड), एल्यूमीनियम (कैथोड) | दोनों के लिए एल्यूमीनियम (कुछ मामलों में) |
| गठन प्रोटोकॉल | ली-आयन के लिए मानक | सोडियम सेई गठन के लिए सिलवाया गया |
निष्कर्ष
सोडियम-आयन बैटरी उत्पादन प्रक्रिया मौजूदा लिथियम-आयन बैटरी इन्फ्रास्ट्रक्चर का बहुत लाभ उठाती है, जिससे निर्माताओं को अपनाने के लिए अपेक्षाकृत आसान हो जाता है। हालांकि, सोडियम-आयन सामग्री अलग-अलग इलेक्ट्रोकेमिकल और भौतिक गुणों का प्रदर्शन करती है, जिसमें स्लरी फॉर्मुलेशन, इलेक्ट्रोलाइट चयन और गठन प्रोटोकॉल में कुछ समायोजन की आवश्यकता होती है। चूंकि सोडियम-आयन तकनीक परिपक्व होती रहती है, इसकी लागत लाभ और कच्चे माल की बहुतायत इसे बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों में एक मजबूत प्रतियोगी बना सकती है।
