LFP लिथियम बैटरी पैक में अन्य बैटरी के मुकाबले कौन सी सुरक्षा सुविधाएं होती हैं?

अंतर्निहित थर्मल स्थिरता: LFP ऑलिविन संरचना थर्मल रनअवे को कैसे रोकती है

थर्मल तनाव के तहत स्थिर P-O सहसंयोजक बंधन और ऑक्सीजन धारण

LFP बैटरियों, जिन्हें लिथियम आयरन फॉस्फेट के रूप में भी जाना जाता है, में एक विशेष ऑलिविन क्रिस्टल संरचना होती है जो बहुत मजबूत P-O बंधनों द्वारा जुड़ी होती है, जो लिथियम बैटरी रसायन विज्ञान में सबसे मजबूत बंधनों में से एक हैं। ये बंधन तब भी ऑक्सीजन को अपने स्थान पर बनाए रखने में मदद करते हैं जब चीजें काफी गर्म हो जाती हैं, उदाहरण के लिए 250 डिग्री सेल्सियस से अधिक। इसकी तुलना अन्य प्रकार की बैटरियों जैसे NMC, NCA या LCO बैटरियों से करें जहाँ ऑक्सीजन लगभग केवल 200 डिग्री पर ही निकलना शुरू कर देती है। अब यह बात क्यों महत्वपूर्ण है: मुक्त ऑक्सीजन खतरनाक रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा दे सकती है जिससे आग लग सकती है। चूंकि LFP इतनी आसानी से ऑक्सीजन मुक्त नहीं करता है, इसलिए यह बैटरी में आग लगने के कारण बनने वाली पूरी श्रृंखला प्रतिक्रिया को मूल रूप से रोक देता है। इसका अर्थ है कि भले ही कुछ गलत हो जाए और बैटरी बहुत अधिक गर्म हो जाए या आंतरिक शॉर्ट सर्किट हो, LFP सेल ऐसी आग नहीं लगाएगा जो स्वतः फैलती रहे। इससे ये उन महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए अधिक सुरक्षित बन जाते हैं जहां विश्वसनीयता सबसे ज्यादा महत्वपूर्ण होती है, जैसे बड़े पैमाने पर सौर पैनलों से ऊर्जा भंडारण या इलेक्ट्रिक कारों को शक्ति प्रदान करना।

LFP की उच्च थर्मल रनअवे शुरुआती तापमान (~270°C) बनाम NMC/NCA (~210°C) और LCO

LFP कैथोड्स में थर्मल रनअवे लगभग 270 डिग्री सेल्सियस पर शुरू होता है, जो NMC/NCA और LCO कैथोड्स की तुलना में लगभग 60 डिग्री अधिक गर्म है, जो 210 डिग्री के करीब अस्थिर होने लगते हैं। इस अतिरिक्त 28% तापमान बफर का महत्व केवल एक छोटा अंतर नहीं है। यह वास्तव में सुरक्षा प्रणालियों को समस्याओं का पता लगाने और चीजों के पूरी तरह से बाहर निकलने से पहले कार्रवाई करने के लिए मूल्यवान अतिरिक्त सेकंड देता है। इलेक्ट्रोकेमिकल स्थिरता पर शोध से पता चलता है कि इस तापमान अंतर और वास्तविक स्थापनाओं में आग लगने की कम घटनाओं के बीच एक स्पष्ट संबंध है। यह विशेष रूप से उन स्थानों पर महत्वपूर्ण है जहाँ तापमान दिन भर बदलता रहता है या जब बैकअप कूलिंग प्रणाली उपलब्ध नहीं होती है।

मजबूत दुरुपयोग सहिष्णुता: यांत्रिक तनाव के तहत LFP का प्रदर्शन

छेद और कुचलने के प्रति प्रतिरोध, बिना आग लगे या आग के फैलाव के

एलएफपी बैटरी पैक भौतिक तनाव को संभालने के मामले में अपनी उत्कृष्टता के कारण खास हैं, क्योंकि इसके ऑलिविन कैथोड आसानी से विघटित नहीं होते। जब इन्हें 3 मिमी व्यास और 10 मिमी प्रति सेकंड की गति से मानक नेल पेनिट्रेशन परीक्षण या 100 किलोन्यूटन से अधिक बल के तहत नष्ट करने के लिए रखा जाता है, तो ये बैटरी आग नहीं पकड़ती, धुआं नहीं छोड़ती या लपटें नहीं देती। यहां तक कि अत्यधिक चार्ज करने या पहले से उच्च तापमान के संपर्क में आने जैसी बदतर स्थितियों में भी इनमें कोई खतरनाक प्रतिक्रिया नहीं होती। इस अद्भुत स्थायित्व का कारण एलएफपी की रासायनिक संरचना में छिपा है। फॉस्फोरस-ऑक्सीजन के बीच मजबूत आबंध लगभग 270 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर रहते हैं, जिसका अर्थ है कि आग को बढ़ावा देने वाली ऑक्सीजन का उत्सर्जन निकल युक्त विकल्पों के विपरीत नहीं होता। वास्तविक दुनिया के परीक्षण भी पहले से कई बार प्रयोगशाला के परिणामों की पुष्टि कर चुके हैं। एलएफपी मॉड्यूल विद्युत रूप से ठीक से काम करते रहते हैं और संरचनात्मक रूप से भी बने रहते हैं, भले ही उन्हें सामान्य सीमा से आगे धकेला जाए, जैसे 130 प्रतिशत अति-चार्ज की स्थिति या 50G बल के बराबर झटके का अनुभव कराया जाए। समस्याएं आमतौर पर एकल सेल तक सीमित रहती हैं और पूरे पैक में फैलती नहीं।

नाखून प्रवेशन परीक्षणों में न्यूनतम गैस उत्पादन और कम लौ प्रसार

UL 1642 नाखून प्रवेशन परीक्षण में, LFP सेल कोबाल्ट- या निकल-आधारित विकल्पों की तुलना में खतरनाक ऑफ-गैस की बहुत कम मात्रा में उत्पत्ति करते हैं और लगातार ज्वाला शून्य होती है:

ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट के विघटन मार्गों की अनुपस्थिति का अर्थ है कि सामान्य संचालन के दौरान धात्विक लिथियम प्लेटिंग भी नहीं होती है, जिससे समान NMC सेलों की तुलना में कुल दहन ऊर्जा 10% से कम बनी रहती है। दबाव राहत वेंट्स के साथ-साथ आंतरिक अग्निरोधक उपाय लगाने से यह सुनिश्चित होता है कि लौ खराब सेल से आगे न फैले। भंडारण इकाइयों या विद्युत वाहन पैक में निकटता से संकुलित बैटरियों के लिए यह संवरण विशेषता वास्तव में महत्वपूर्ण है, जहाँ सुरक्षा सीमाओं को कसा हुआ रखना आवश्यक होता है।

कैथोड रसायन लाभ: अन्य लिथियम और लेड-एसिड बैटरियों की तुलना में LFP अधिक सुरक्षित क्यों है

एलएफपी (लिथियम आयरन फॉस्फेट) को इतना सुरक्षित बनाने वाली बात परमाणु स्तर से ही शुरू होती है। ऑलिविन फॉस्फेट कैथोड में अन्य सामग्रियों में पाए जाने वाले अस्थिर धातु-ऑक्सीजन परतों के बजाय ये स्थिर P-O बंध होते हैं। उदाहरण के लिए NMC या NCA कैथोड लें। उनके निकल और कोबाल्ट ऑक्साइड लगभग 210 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर टूटने लगते हैं, जिससे ऑक्सीजन मुक्त होती है। लेकिन LFP लगभग 270 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर रहता है, जो थर्मल रनअवे की समस्या का एक प्रमुख कारण ही समाप्त कर देता है। जब हम इसकी तुलना पुरानी लेड-एसिड बैटरियों से करते हैं, तो LFP में उन जोखिमों के समान खतरे नहीं होते। न तो सल्फ्यूरिक एसिड के रिसाव की चिंता, न चार्जिंग के दौरान हाइड्रोजन गैस निकलने की, और न ही टर्मिनल्स के क्षरण और स्पार्किंग आर्क की संभावना। और यहाँ एक और बड़ा फायदा है जिसके बारे में कोई ज्यादा चर्चा नहीं करता: इसमें बिल्कुल भी कोबाल्ट शामिल नहीं है। कोबाल्ट वास्तव में कई प्रकार के लिथियम बैटरी में ऑक्सीजन उत्पादन प्रतिक्रियाओं और तेजी से ऊष्मा विघटन से जुड़ा हुआ है। इन सभी अंतर्निहित रासायनिक लाभों के कारण LFP अन्य से अलग खड़ा है, विशेष रूप से उन स्थानों के लिए जहाँ सुरक्षा सबसे अधिक महत्वपूर्ण है, प्रणालियों को हमेशा तक चलने की आवश्यकता होती है, और विफलताएँ अप्रत्याशित के बजाय पूर्वानुमेय होनी चाहिए।

सिस्टम-स्तरीय सुरक्षा एकीकरण: एलएफपी बैटरी पैक में BMS, PCM और यांत्रिक डिज़ाइन

एलएफपी के सपाट वोल्टेज वक्र और चौड़ी SOC विंडो के लिए अनुकूलित स्मार्ट BMS कार्य

LFP बैटरियों की अद्वितीय 3.2 वोल्ट रेटिंग और सपाट डिस्चार्ज वक्र के कारण इनके साथ काम करना मुश्किल होता है, क्योंकि ये लगभग 20% से लेकर 100% तक उपयोग योग्य चार्ज बनाए रखती हैं। चार्ज की स्थिति का अनुमान लगाने के सामान्य तरीके यहाँ काम नहीं करते क्योंकि इनके अधिकांश उपयोग चक्र के दौरान वोल्टेज में बहुत कम अंतर होता है। इसीलिए शीर्ष LFP बैटरी प्रणालियाँ कई तरीकों को एक साथ जोड़ती हैं — वास्तविक चार्ज की गणना करना जो इनमें से गुजरता है, तापमान में उतार-चढ़ाव के अनुसार वोल्टेज परिवर्तनों की निगरानी करना, और कुछ स्मार्ट सीखने वाले एल्गोरिदम जो समय के साथ बेहतर होते जाते हैं। आमतौर पर ये प्रणालियाँ अपने मापन में ±3% की सटीकता तक पहुँच जाती हैं। PCM घटक भी प्रत्येक सेल के लिए कठोर सीमाएँ निर्धारित करके एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जब सेल 3.65 वोल्ट से ऊपर चले जाते हैं या 2.5 वोल्ट से नीचे गिर जाते हैं, तो MOSFET स्विच तुरंत सक्रिय हो जाते हैं ताकि लिथियम प्लेटिंग या तांबा घुलने जैसी खतरनाक रासायनिक प्रतिक्रियाओं से सुरक्षा हो सके। ये कड़े नियंत्रण बनाए रखना केवल अच्छी प्रथा ही नहीं है, बल्कि यह बिल्कुल आवश्यक है यदि निर्माता विभिन्न संचालन स्थितियों के तहत सुरक्षा और स्थिरता बनाए रखते हुए 6,000 चक्र जीवन के दावों तक पहुँचना चाहते हैं।

यांत्रिक सुरक्षा उपाय: IP67-रेटेड एन्क्लोज़र, दबाव राहत वेंट्स और ज्वलनरोधी सामग्री

लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP) बैटरी पैक में सुरक्षा कई संरक्षण परतों के साथ मिलकर काम करने से आती है। IP67 रेटेड एल्युमीनियम से बना बाहरी आवरण नमी और धूल को बाहर रखता है, जिससे इन्हें खुले में स्थापित करने के साथ-साथ चलते वाहनों में भी उपयुक्त बनाता है। अंदर, UL94 V-0 सामग्री से निर्मित विशेष पार्टीशन सेलों के बीच आग के फैलाव को रोकने में सहायता करते हैं। यद्यपि LFP बैटरियों में निकल मैंगनीज कोबाल्ट (NMC) की तुलना में गलत तरीके से संभालने पर लगभग 86 प्रतिशत कम गैस उत्पन्न होती है, फिर भी लगभग 15 से 20 psi पर सक्रिय होने वाले दबाव राहत वाल्व खतरनाक फटने से बचाव के लिए निर्मित होते हैं। चरम ऊष्मा की स्थिति में, सेरामिक फाइबर बैरियर काम में आते हैं। ये 1,200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को सहन कर सकते हैं और पड़ोसी सेलों में ऊष्मा के संचरण को आधे घंटे से अधिक समय तक धीमा कर देते हैं। ये सभी सुरक्षा उपाय न केवल कठोर UN38.3 परिवहन आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, बल्कि ऐसे तंग स्थानों में इन बैटरियों की सुरक्षित स्थापना को भी संभव बनाते हैं जहाँ कई लोग उपस्थित हो सकते हैं।

सामान्य प्रश्न

बैटरियों में थर्मल रनअवे क्या है?

थर्मल रनअवे एक ऐसी स्थिति है जहां एक बैटरी अनियंत्रित आंतरिक प्रतिक्रियाओं से गुजरती है, जिससे अत्यधिक ऊष्मा उत्पन्न हो सकती है और आग या विस्फोट की संभावना हो सकती है।

एलएफपी बैटरियों को सुरक्षित क्यों माना जाता है?

एलएफपी बैटरियों में मजबूत पी-ओ बंधन के साथ एक स्थिर ऑलिविन संरचना होती है जो उच्च तापमान पर ऑक्सीजन मुक्ति को रोकती है, जिससे थर्मल रनअवे और आग के जोखिम को कम किया जा सकता है।

एलएफपी बैटरियां यांत्रिक तनाव को कैसे संभालती हैं?

एलएफपी बैटरियां यांत्रिक तनाव के तहत मजबूत सहनशीलता दर्शाती हैं और उनके मजबूत रासायनिक व भौतिक डिज़ाइन के कारण छेदन या क्रश परीक्षणों के दौरान आग नहीं पकड़ती हैं।

एलएफपी बैटरी पैक में कौन से सुरक्षा उपाय शामिल हैं?

एलएफपी बैटरी पैक में सुरक्षा और स्थिरता बढ़ाने के लिए स्मार्ट बीएमएस फ़ंक्शन, आईपी67 रेटेड एन्क्लोज़र, दबाव राहत वेंट और ज्वलनरोधी सामग्री शामिल होती हैं।