बैटरी और द्वितीयक सेल
बैटरी प्रतिवर्ती इलेक्ट्रोड अभिक्रियाओं में विद्युत ऊर्जा का भंडारण करती हैं; द्वितीयक (रिचार्जेबल) सेल बाहरी चार्जिंग धारा के साथ उन अभिक्रियाओं को उलट कर बार-बार चक्रित किए जा सकते हैं।
Definition
एक ऐसा उपकरण जो अपने इलेक्ट्रोड की रासायनिक अवस्थाओं में ऊर्जा का भंडारण करता है और इसे रेडॉक्स अभिक्रिया के माध्यम से विद्युत धारा के रूप में जारी करता है; एक द्वितीयक सेल में अभिक्रिया प्रतिवर्ती होती है, जिससे बार-बार चार्ज और डिस्चार्ज की अनुमति मिलती है।
Scope
यह विषय बैटरी के संचालन सिद्धांतों को शामिल करता है: इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएं जो चार्ज का भंडारण और विमोचन करती हैं, प्राथमिक (एकल-उपयोग) और द्वितीयक (रिचार्जेबल) सेल के बीच का अंतर, इंटरकेलेशन लिथियम-आयन सेल की वास्तुकला, क्षमता, ऊर्जा घनत्व और चक्र जीवन जैसे प्रमुख प्रदर्शन मेट्रिक्स, और क्षमता क्षय तथा क्षरण के मूल कारण। यह आधुनिक लिथियम-आयन प्रणालियों के माध्यम से शास्त्रीय लेड-एसिड और निकल रसायन विज्ञान तक फैला हुआ है।
Core questions
- इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएं विद्युत ऊर्जा का भंडारण और विमोचन कैसे करती हैं?
- एक रिचार्जेबल द्वितीयक सेल को एकल-उपयोग प्राथमिक सेल से क्या अलग करता है?
- लिथियम-आयन इंटरकेलेशन रसायन विज्ञान उच्च ऊर्जा घनत्व कैसे प्राप्त करता है?
- कौन सी प्रक्रियाएं क्षमता क्षय का कारण बनती हैं और चक्र जीवन को सीमित करती हैं?
Key theories
- इंटरकेलेशन इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री
- लिथियम-आयन सेल में, लिथियम आयन चक्रण के दौरान स्तरित या फ्रेमवर्क होस्ट इलेक्ट्रोड में प्रतिवर्ती रूप से सम्मिलित होते हैं और उनसे निष्कर्षित होते हैं, इलेक्ट्रोड को घोले बिना चार्ज का भंडारण करते हैं, जो लंबे चक्र जीवन और उच्च ऊर्जा घनत्व को सक्षम बनाता है।
- प्रतिवर्तीता और क्षरण
- चक्र जीवन इस बात पर निर्भर करता है कि इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएं कितनी सफाई से उलटती हैं; ठोस-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस वृद्धि, लिथियम प्लेटिंग और संरचनात्मक परिवर्तन जैसी पार्श्व अभिक्रियाएं सक्रिय सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट का उपभोग करती हैं, जिससे क्षमता क्षय होता है।
Clinical relevance
रिचार्जेबल बैटरी पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, इलेक्ट्रिक वाहनों, चिकित्सा प्रत्यारोपण और ग्रिड ऊर्जा भंडारण को शक्ति प्रदान करती हैं; उनका ऊर्जा घनत्व, सुरक्षा और दीर्घायु विद्युतीकरण और नवीकरणीय-ऊर्जा परिनियोजन के लिए केंद्रीय हैं, जो गहन सामग्री अनुसंधान को बढ़ावा दे रहे हैं।
History
प्लांटे ने 1859 में रिचार्जेबल लेड-एसिड सेल का आविष्कार किया; व्हिटिंगम ने 1970 के दशक में लिथियम इंटरकेलेशन का प्रदर्शन किया, गुडइनफ ने 1980 में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड कैथोड की पहचान की, और योशिनो ने पहला व्यावहारिक लिथियम-आयन सेल बनाया, जिसे 1991 में व्यावसायिक रूप से जारी किया गया और 2019 के रसायन विज्ञान के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
Key figures
- John B. Goodenough
- M. Stanley Whittingham
- Akira Yoshino
- Gaston Planté
Related topics
Seminal works
- winter2004
- goodenough2013
- newman2004
Frequently asked questions
- रिचार्जेबल बैटरी समय के साथ अपनी क्षमता क्यों खो देती हैं?
- बार-बार चक्रण धीमी पार्श्व अभिक्रियाओं और संरचनात्मक परिवर्तनों को बढ़ावा देता है—जैसे ठोस-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस की वृद्धि, चक्रीय लिथियम का नुकसान, और इलेक्ट्रोड में दरार—जो स्थायी रूप से सक्रिय सामग्री को हटाते हैं और आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाते हैं।
- लिथियम-आयन बैटरी इतनी अधिक ऊर्जा का भंडारण क्यों करती हैं?
- लिथियम हल्का होता है और उच्च सेल वोल्टेज देता है, और इंटरकेलेशन होस्ट लिथियम आयनों को कम संरचनात्मक व्यवधान के साथ इलेक्ट्रोड के बीच प्रतिवर्ती रूप से शटल करने देते हैं, जिससे उच्च वोल्टेज, उच्च क्षमता और लंबे चक्र जीवन का संयोजन होता है।