EN
त्वरित लिंक
प्रत्येक चार्ज साइकिल के बाद रिचार्जेबल बैटरी में थोड़ा-थोड़ा क्षरण होता रहता है क्योंकि उनके अंदर आयन घूमते हैं और चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोड फैलते हैं। जब लिथियम-आयन सेल चरम स्तरों पर काम करते हैं—लगभग खाली या पूरी तरह से भरे हुए—तो वे बैटरी के एनोड भाग पर अतिरिक्त दबाव डालते हैं। 2020 में नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लैब के शोध के अनुसार, ऐसे उपयोग से बैटरी की क्षमता में हर साल 24% तक की कमी आ सकती है, तुलना में जब चीजें संतुलित रखी जाती हैं। यह समस्या तब और बढ़ जाती है जब उपकरणों को नियमित रूप से 90% से अधिक चार्ज किया जाता रहता है, क्योंकि इससे लिथियम प्लेटिंग जैसी स्थिति उत्पन्न होती है, जो बैटरी के समय के साथ प्रभावी होने में कमी का एक प्रमुख कारण है।
लिथियम-आयन बैटरी को लगभग 30% और 70% चार्ज के बीच रखने से इलेक्ट्रोड पर उन झंझरी बनावटों को रोकने में मदद मिलती है, जिससे बैटरी को पूरी तरह 0 से 100% तक डिस्चार्ज होने की तुलना में लगभग 40% तक कमी आती है। ऊर्जा विभाग ने 2019 में इसके बारे में अध्ययन किया और एक दिलचस्प बात पाई: उनके परीक्षणों में पता चला कि जब ये बैटरी आधा डिस्चार्ज (लगभग 50%) करती हैं, तो वे मूल क्षमता के केवल 80% तक पहुँचने से पहले 1,200 से 1,500 चार्ज चक्र तक चलती हैं। यह उन 500 चक्रों की तुलना में काफी अधिक है जो हम देखते हैं जब बैटरी लगातार पूर्ण डिस्चार्ज चक्र से गुजरती हैं। कार निर्माताओं ने इस पर भी ध्यान दिया है। कई इलेक्ट्रिक वाहन अब उन महंगी बैटरी पैक को समय के साथ स्वस्थ रखने के अपनी रणनीति के हिस्से के रूप में तेज चार्जिंग को 80% तक सीमित कर देते हैं। टेस्ला, निसान और अन्य सभी अपने ईवी डिज़ाइन में समान रणनीति का उपयोग करते हैं।
| छोड़ने की गहराई | औसत चक्र जीवन | 3 वर्ष बाद क्षमता संधारण |
|---|---|---|
| 100% (पूर्ण) | 500 चक्कर | 65%-70% |
| 50% | 1,200 चक्र | 85%-88% |
जब हम बैटरी चक्र की बात करते हैं, तो हम बुनियादी रूप से बैटरी के कुल चार्ज के 100% के उपयोग की बात कर रहे होते हैं, चाहे वह एक बार में हो जब डिवाइस पूरी तरह से खाली हो जाए या फिर दिनभर में कई छोटे-छोटे चार्ज के माध्यम से हो। आधुनिक बैटरियों द्वारा इस पहनावे और क्षरण को ट्रैक करने का तरीका यह समझाने में मदद करता है कि क्यों लोगों के अनुभव उनके डिवाइस की बैटरी जीवन के संबंध में बहुत अलग-अलग हो सकते हैं, भले ही वे एक ही मॉडल के डिवाइस के मालिक हों। जो लोग अपने डिवाइस को छोटे-छोटे हिस्सों में चार्ज करने की आदत रखते हैं, आमतौर पर पाते हैं कि लगभग 500 पूर्ण चार्ज चक्र के बाद भी उनकी बैटरी मूल शक्ति का लगभग 92% बरकरार रखती है। ऐसे लोगों के साथ तुलना करें जो नियमित रूप से अपनी बैटरी को शून्य तक खाली होने देते हैं, जिनके डिवाइस अक्सर समान उपयोग के बाद क्षमता के केवल 76% तक गिर जाते हैं, जैसा कि कंज्यूमर रिपोर्ट्स द्वारा 2022 में किए गए कुछ परीक्षणों के अनुसार देखा गया था।
लिथियम आयन बैटरियों को आवेश की 20% और 80% के बीच रखने से वास्तव में उन पर समय के साथ होने वाले इलेक्ट्रोकेमिकल तनाव में काफी कमी आती है। 2023 में बैटरी यूनिवर्सिटी के कुछ हालिया निष्कर्षों के अनुसार, जब हम प्रति सेल लगभग 3.92 वोल्ट पर चार्जिंग वोल्टेज को सीमित करते हैं, जो लगभग 65% एसओसी (SOC) के अनुरूप होता है, तो इन बैटरियों का जीवनकाल बहुत अधिक बढ़ जाता है और उन्हें बदलने की आवश्यकता काफी देर तक नहीं होती। प्रति सेल 4.2 वोल्ट के पूर्ण चार्ज स्तर पर सामान्यतः मिलने वाले 300 से 500 चक्रों के बजाय, इस दृष्टिकोण से लगभग 2,400 चक्र तक प्राप्त किए जा सकते हैं। यह इतना प्रभावी क्यों है? यह बैटरी जीवन को कम करने वाली दो प्रमुख समस्याओं—एनोड तरफ लिथियम प्लेटिंग और कैथोड सामग्री में ऑक्सीकरण—को रोकने में सहायता करता है। ये प्रक्रियाएं वास्तव में वे हैं जो बैटरियों के उम्र बढ़ने के साथ घटने का कारण बनती हैं।
| चार्ज स्तर (V/सेल) | चक्र जीवन सीमा | क्षमता संधारण |
|---|---|---|
| 4.20 (100% एसओसी) | 300–500 | 100% |
| 3.92 (65% एसओसी) | 1,200–2,000 | 65% |
वे लोग जिन्हें अपने उपकरणों की हर क्षण की चलने की समय सीमा से अधिक बैटरी जीवन की परवाह है, उन्हें अपने चार्ज स्तर को 25% और 75% के बीच रखने पर विचार करना चाहिए। इस दृष्टिकोण से दैनिक वोल्टेज उतार-चढ़ाव में लगभग 35% की कमी आती है, जिससे बैटरी सेलों पर SEI परत के बढ़ने की गति धीमी हो जाती है। SEI परत वही है जो समय के साथ बैटरी के क्षरण का कारण बनती है। निश्चित रूप से, इस विधि का अर्थ है कि किसी भी समय उपलब्ध क्षमता का लगभग 15 से 20% त्यागना पड़ता है, लेकिन ऐसी चीजों के लिए जो पूरे दिन उपयोग नहीं होती हैं, जैसे बैकअप पावर सिस्टम या मौसमी उपकरण, यह लाभ बहुत बड़ा है। कुछ परीक्षणों में दिखाया गया है कि इस संकीर्ण सीमा के भीतर संचालित होने पर इन बैटरियों का अपने पूरे जीवनकाल में कुल मिलाकर तीन गुना अधिक ऊर्जा देने की क्षमता होती है।
जब लिथियम बैटरियाँ लंबे समय तक चार्ज की स्थिति में 80% से ऊपर रहती हैं, तो उनके आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि के साथ-साथ सेल के अंदर ऊष्मा बने रहने के कारण वे बहुत तेज़ी से कमजोर हो जाती हैं। इसके पीछे के विज्ञान के अनुसार, प्रति सेल 4.2 वोल्ट तक पूरी तरह चार्ज करने से बैटरी का जीवनकाल वास्तव में आधा रह जाता है, जब इसकी तुलना उन्हें लगभग 4.0 वोल्ट पर रखने से की जाती है। स्मार्टफोन जैसे वास्तविक उपकरणों को देखते हुए, जो व्यक्ति अपने फोन को हर रोज 100% तक चार्ज करता है, उसे बारह महीने के बाद यह पता चल सकता है कि बैटरी अब अपनी मूल क्षमता का केवल लगभग 73% ही रख पाती है। लेकिन यदि कोई दूसरा व्यक्ति 80% पर रोकने की आदत बना लेता है, तो उसके फोन की बैटरी सामान्य उपयोग के पूरे एक वर्ष बाद भी 90% से अधिक दक्षता पर काम करती रहने की संभावना होती है।
आंशिक निर्वहन चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के दौरान यांत्रिक तनाव को कम करके बैटरी सामग्री पर प्रतिबल को कम करते हैं। उथले उपयोग (उदाहरण के लिए, दोबारा चार्ज करने से पहले 20–40% डिस्चार्ज) इलेक्ट्रोड के विस्तार और संकुचन को सीमित करते हैं, जबकि गहरे चक्र धनायन में दरार और इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस में अस्थिरता को बढ़ावा देने वाले अधिक चरम संरचनात्मक परिवर्तन को बाध्य करते हैं।
अध्ययनों से पता चलता है कि 100% डिस्चार्ज गहराई (DoD) के अधीन बैटरियों की क्षमता कम हो जाती है तीन गुना तेज उनकी तुलना में जिन्हें 50% DoD पर चक्रित किया गया हो। उद्योग की सर्वोत्तम प्रथाएं इस बात को दर्शाती हैं, सक्रिय सामग्री में जाली विघटन को रोकने के लिए आंशिक निर्वहन पर जोर देते हुए।
डिस्चार्ज गहराई और चक्र जीवन के बीच संबंध एक लघुगणक प्रवृत्ति का अनुसरण करता है:
| छोड़ने की गहराई (DOD) | औसत चक्र जीवन (Li-आयन) |
|---|---|
| 100% | 300–500 चक्र |
| 80% | 600–1,000 चक्र |
| 50% | 1,200–2,000 चक्र |
| 20% | 3,000+ चक्र |
निकल-मैंगनीज-कोबाल्ट कैथोड के अंदर क्रिस्टल संरचना की रक्षा करने और आयनिक स्तर पर स्थिरता बनाए रखने के लिए बैटरी डिस्चार्ज को लगभग 50% डिस्चार्ज गहराई तक सीमित रखना वास्तव में फायदेमंद होता है। पिछले वर्ष के शोध में कुछ दिलचस्प परिणाम भी देखने को मिले। जब बैटरियों का उपयोग उनकी क्षमता के लगभग आधे हिस्से तक किया गया, तो वे 1,000 चार्ज चक्र के बाद भी अपनी मूल शक्ति का लगभग 92% बरकरार रखती थीं। लेकिन जब लोग उन्हें हर बार पूरी तरह से खाली कर देते थे, तो उन्हीं बैटरियों ने 400 चक्र तक आते-आते लगभग 40% क्षमता खो दी थी। इससे बड़ा अंतर आता है। ऐसी चीजों के लिए जहां विश्वसनीयता सबसे महत्वपूर्ण होती है, जैसे जान बचाने वाले चिकित्सा उपकरण या सौर ऊर्जा भंडारण, लंबे समय में यह उथले चक्रण (शैलो साइक्लिंग) दृष्टिकोण वास्तव में फायदेमंद साबित होता है।
लिथियम आयन बैटरियां उच्च वोल्टेज स्तर पर रखे जाने पर सबसे तेजी से कमजोर होती हैं, खासकर प्रति सेल लगभग 4.2 वोल्ट के स्तर के आसपास। कुछ हालिया अध्ययनों के अनुसार, बैटरी को 20% और 80% के बीच चार्ज रखने से बैटरी सेलों के भीतर रासायनिक तनाव लगभग दो-तिहाई कम हो जाता है, जबकि उन्हें पूरी तरह खाली से लेकर पूरी तरह भरने तक ले जाने पर (जैसा कि 2023 में जेफरसन WI इंडस्ट्रियल बैटरी अध्ययन में उल्लेखित था)। अतिचार्जिंग की छोटी अवधि भी आंतरिक तापमान को खतरनाक स्तर तक बढ़ा सकती है, जिससे थर्मल रनअवे जैसी गंभीर समस्या के होने की संभावना बढ़ जाती है। यद्यपि कई नए चार्जर लगभग 80% तक पहुंचने के बाद धीमी चार्जिंग मोड पर स्विच कर जाते हैं, फिर भी पूरी तरह चार्ज होने के बाद बैटरी को लंबे समय तक जुड़ा रहने देने से आंतरिक इलेक्ट्रोलाइट घोल का विघटन होता है। इसीलिए स्मार्ट उपयोगकर्ता अक्सर उपकरण को संकेतक द्वारा पूर्ण दिखाए जाने से पहले ही अनप्लग कर देते हैं।
ऊष्मा बैटरी क्षरण का एक प्रमुख कारक है। 35°C (95°F) से प्रत्येक 8°C (15°F) अधिक तापमान पर उम्र बढ़ने की दर दोगुनी हो जाती है। आइडाहो नेशनल लैबोरेटरी के एक अध्ययन (2022) में दिखाया गया कि 40°C पर चक्रित लिथियम-आयन बैटरियों ने 20°C पर संचालित बैटरियों की तुलना में आधे चक्रों की संख्या में ही 50% क्षमता खो दी। साधारण सावधानियाँ मदद करती हैं:
निम्न गुणवत्ता वाले चार्जर में अक्सर उचित वोल्टेज नियंत्रण की कमी होती है, जिससे बैटरियाँ हानिकारक उतार-चढ़ाव के संपर्क में आती हैं। 2024 की एक उद्योग रिपोर्ट में पता चला कि गैर-प्रमाणित USB-C चार्जरों में से 78% ने सुरक्षित वोल्टेज सीमा से 10% से अधिक की अधिकता की। बैटरी के स्वास्थ्य की रक्षा के लिए, निम्नलिखित विशेषताओं वाले चार्जर चुनें:
यह भ्रांति पुरानी निकेल-कैडमियम बैटरियों से उत्पन्न हुई थी, जिन्हें “मेमोरी इफेक्ट” की समस्या थी। आधुनिक लिथियम-आयन बैटरियां अक्सर आंशिक चार्ज के साथ सबसे अच्छा प्रदर्शन करती हैं। गहरा निर्वहन इलेक्ट्रोकेमिकल तनाव बढ़ाता है और क्षमता के नुकसान को तेज करता है। उदाहरण के लिए, पूर्ण 0%–100% चक्रों की तुलना में 40% और 80% चार्ज के बीच चक्रण करने से घटने में 30% की कमी आती है।
आधुनिक बैटरी प्रबंधन प्रणाली ओवरचार्जिंग को रोकने के लिए होती है, लेकिन एक बैटरी को 100% पर लंबे समय तक बंद रखना, विशेष रूप से रात भर चार्ज करना, अभी भी अंदर के रासायनिक घटकों पर अतिरिक्त तनाव डालता है। हाल के 2023 के थर्मल इमेजिंग परीक्षणों ने भी कुछ दिलचस्प दिखाया। रात भर सोते समय जो बैटरी कनेक्ट रहती थी, उसकी आंतरिक गर्मी दिनभर कम बार चार्ज होने वाली बैटरी की तुलना में 8 डिग्री सेल्सियस ज्यादा होती थी। अधिकांश लोगों को लगता है कि प्लग को खींचना जब उनका उपकरण लगभग 80 से 90 प्रतिशत चार्ज तक पहुंच जाता है तो यह रोजमर्रा के उपयोग के लिए सबसे अच्छा काम करता है। यह तरीका बैटरी कोशिकाओं को उच्च वोल्टेज की स्थिति में रहने में समय कम करता है, जिससे समय के साथ उनकी जीवन अवधि को बनाए रखने में मदद मिलती है।
उथले डिस्चार्ज से बैटरी का जीवनकाल काफी बढ़ जाता है 50% डिस्चार्ज की गहराई पूर्ण डिस्चार्ज की तुलना में लगभग दोगुना चक्र देती है। इन आदतों को अपनाएं:
त्वरित चार्जिंग मानक चार्जिंग की तुलना में 40% तक अधिक ऊष्मा पैदा करती है, जिससे एनोड सामग्री पर तापीय तनाव बढ़ जाता है। त्वरित उम्र बढ़ने के परीक्षणों से पता चलता है कि इससे घटकों का क्षरण 2.3 गुना तेजी से हो सकता है। आवश्यकता पड़ने पर ही त्वरित चार्जिंग का उपयोग करें, और बैटरी की अखंडता बनाए रखने तथा ऊष्मा के प्रसरण को बढ़ावा देने के लिए उच्च-गति चार्जिंग के दौरान सुरक्षात्मक कवर हटा दें।