EN
Quick Links
لیتھیم آئن بیٹری کے اندر اینوڈ چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلوں کے دوران کچھ اہم کام کرتا ہے، جس کی زیادہ تر تعمیر گرافائٹ یا سلیکن جیسی چیزوں سے ہوتی ہے۔ گرافائٹ آج کل زیادہ تر اینوڈز کے لیے استعمال ہونے والی مادہ کا معیاری آپشن رہتا ہے کیونکہ یہ الیکٹروکیمیکلی اچھی طرح کام کرتا ہے اور اس کی قیمت بہت زیادہ نہیں ہوتی۔ گرافائٹ کو خاص بنانے والی چیز اس کی تہوں پر مشتمل ساخت ہے جس کی وجہ سے لیتھیم آئنز بغیر زیادہ مشکل کے اندر اور باہر جا سکتے ہیں، جس سے بیٹری ہموار انداز میں کام کرتی رہتی ہے۔ سلیکن کی توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت گرافائٹ کے مقابلے میں بہت زیادہ ہوتی ہے، لیکن اس میں ایک مسئلہ ہے۔ جب سلیکن چارج سائیکلوں سے گزرتا ہے، تو اس میں بہت زیادہ پھیلاؤ ہوتا ہے، اور اس پھیلاؤ کی وجہ سے بیٹری کی عمر کم ہو جاتی ہے۔ سائنسدان اس مسئلے پر کئی سالوں سے کام کر رہے ہیں۔ حالیہ تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ گرافائٹ اینوڈز پر سلیکن آکسائیڈ کی تہہ لگانے سے ان کی چارج کے درمیان کارکردگی بہتر رہتی ہے، جس کا مطلب یہ ہے کہ پورے بیٹری نظام کی کارکردگی وقتاً فوقتاً بہتر ہوتی رہے گی۔
کیتھوڈ میٹریل کی قسم جو استعمال ہوتی ہے، لیتھیم آئن بیٹری کی توانائی کو ذخیرہ کرنے کی صلاحیت اور گرمی کو سنبھالنے کی کارکردگی کا تعین کرنے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ آج کل مارکیٹ میں دو عام آپشنز لیتھیم کوبالٹ آکسائیڈ (LCO) اور لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LFP) ہیں۔ جبکہ LCO بیٹریز کو بہترین توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت فراہم کرتا ہے، لیکن جب چیزوں کو گرم کیا جاتا ہے تو یہ مسئلہ خیز ہو جاتا ہے، جس کی وجہ سے یہ مجموعی طور پر کم محفوظ رہتا ہے۔ دوسری طرف، LFP میٹریلز بہت زیادہ محفوظ ہوتے ہیں اور گرمی کو بہتر طریقے سے سنبھال سکتے ہیں، اگرچہ وہ توانائی کی کثافت کے لحاظ سے اتنی طاقت نہیں رکھتے۔ بیٹری شعبے میں موجودہ صورتحال کو دیکھتے ہوئے، بہت سے سازوسامان تیار کرنے والے اب نکل، منگنیز اور کوبالٹ کو جوڑنے والے NMC مخلوط میٹریلز کی طرف رجوع کر رہے ہیں۔ یہ میٹریلز طاقت کی پیداوار اور حفاظتی خصوصیات کے درمیان اچھا توازن قائم کرنے لگتے ہیں۔ صنعتی اعداد و شمار سے ظاہر ہوتا ہے کہ دنیا بھر میں تقریباً 30 فیصد بیٹریاں اب کسی نہ کسی شکل میں NMC مرکب پر مشتمل ہیں، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ کمپنیاں اب توانائی کی کارکردگی میں بہتری اور قابل بھروسہ حرارتی انتظام کی خصوصیات دونوں کی قدر کر رہی ہیں۔
لیتھیم آئن بیٹریوں کے اندر الیکٹرو لائٹس دراصل آئنز کے لیے ایک قسم کا ہائی وے کا کردار ادا کرتے ہیں جو انوڈ اور کیتھوڈ میٹریلز کے درمیان آتے جاتے رہتے ہیں، جو بیٹری کی اچھی کارکردگی کے لیے بالکل ضروری ہے۔ اپنی تاریخ کے زیادہ تر حصے تک، ان بیٹریوں نے مائع الیکٹرو لائٹس پر انحصار کیا کیونکہ وہ آئنز کو بہت اچھی طرح کنڈکٹ کرتے ہیں۔ لیکن حالیہ برسوں میں حفاظت کے معاملات پر تشویش میں اضافہ ہوا ہے۔ بیٹریوں کے رساؤ اور آگ لگنے کے بہت سے واقعات نے محققین کو سالڈ متبادل تیار کرنے کی طرف مائل کیا ہے۔ سالڈ الیکٹرو لائٹس بہتر حفاظت فراہم کرتے ہیں کیونکہ وہ آسانی سے آگ نہیں پکڑتے، جس سے وہ خطرناک بیٹری پیک دھماکے کم ہو جاتے ہیں جن کے بارے میں ہم کبھی کبھار سنتے ہیں۔ حالیہ کام جیسے الیکٹروچیمیکا ایکٹا میں شائع ہوا ہے، یہ دکھاتا ہے کہ سائنس دان سالڈ کے آئن کنڈکشن اور ان کی مجموعی استحکام کو بہتر بنانے کی کوشش میں پیش قدمی کر رہے ہیں۔ اگر یہ کامیاب ہوتا ہے، تو اس کا مطلب ہوگا کہ آنے والے سالوں میں اسمارٹ فونز سے لے کر الیکٹرک گاڑیوں تک تمام قسم کے آلے محفوظ بیٹریوں کے ساتھ دستیاب ہوں گے۔
لیتھیم آئن بیٹریوں کے اندر سیپریٹرز برقی شارٹ سرکٹ کو روکنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں، کیتھوڈ اور اینوڈ کے درمیان رکاوٹ بن کر لیکن اس کے باوجود آئنز کو گزرنے دیتے ہیں۔ حالیہ برسوں کے دوران، ان سیپریٹرز کی کارکردگی اور حفاظت کو بہتر بنانے کے لیے کافی ابتكارات سامنے آئے ہیں۔ سیرامک کوٹڈ مواد جیسے اختیارات کافی حد تک حرارت کے مقابلے میں زیادہ مزاحمت فراہم کرتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ یہ آسانی سے خراب نہیں ہوتے جب درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے۔ جرنل آف ممبرین سائنس میں شائع شدہ تحقیقی نتائج کے مطابق، یہ جدید سیپریٹرز درحقیقت بیٹری سیل کے اندر کے رزسٹینس کو کم کر دیتے ہیں۔ اس سے صرف محفوظ کارکردگی ہی نہیں بلکہ پوری بیٹری کی زیادہ کارآمد کارکردگی بھی ممکن ہوتی ہے۔ متعدد تحقیقات اس بات کی تائید کرتی ہیں کہ لیتھیم آئن ٹیکنالوجی سے چلنے والی اشیاء کی زندگی کو طول دینے کے لیے کس قدر اچھی سیپریٹر ڈیزائن کی اہمیت ہے۔
یہ سمجھنا کہ سیریز اور پیرالل سیل کی ترتیب کس طرح کام کرتی ہے، بیٹری پیکس کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ استعمال کرنے کے لیے بہت اہم ہے۔ جب سیلز کو سیریز میں جوڑا جاتا ہے، تو وہ ایک دوسرے کے بعد جڑ جاتے ہیں جس سے وولٹیج آؤٹ پٹ بڑھ جاتا ہے لیکن کل صلاحیت (کیپسٹی) ویسے ہی رہتی ہے۔ یہ ترتیب اس صورت میں اچھی کام کرتی ہے جہاں زیادہ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے، مثال کے طور پر الیکٹرک گاڑیاں یا کچھ سورجی پینل کی ترتیب۔ دوسری طرف، پیرالل کنیکشن وولٹیج کی سطح کو ایک سیل کے مطابق رکھتے ہوئے کل صلاحیت (کیپسٹی) کو بڑھا دیتا ہے۔ اس لیے یہ چیزوں کے لیے بہتر ہے جیسے سورجی اسٹوریج سسٹم جو کسی دوبارہ چارج کرنے سے پہلے لمبے وقت تک چلنا چاہیے۔ درحقیقت، یہ انتخاب درخواست کی مخصوص ضروریات پر منحصر ہوتا ہے۔
تصور کریں کہ ہائی وے پر مزید لینز شامل کرنے کی طرح کنفیگریشنز کو سیریز میں وولٹیج کی مانند زیادہ کاروں کو ایک ساتھ حرکت کرنے دیتی ہے۔ البتہ پیرالل سیٹ اپس مختلف انداز میں کام کرتے ہیں، یہ اس موجودہ سڑک کو چوڑا کرنے کی طرح ہے جو بڑے ٹرکس کو سنبھال سکے (جس کا مطلب مجموعی گنجائش میں اضافہ ہوتا ہے)۔ کاروں کا معاملہ لیں تو، زیادہ تر الیکٹرک وہیکل (EV) مینوفیکچررز سیریز وائرنگ کو ترجیح دیتے ہیں کیونکہ الیکٹرک موٹرز کو مناسب طور پر حرکت میں آنے کے لیے وولٹیج میں اضافہ درکار ہوتا ہے۔ لیکن جب سولر پاور اسٹوریج حلز کی بات آتی ہے تو، کمپنیاں عموماً پیرالل انتظام کو ترجیح دیتی ہیں کیونکہ یہ انہیں مجموعی طور پر کہیں زیادہ اسٹوریج جگہ فراہم کرتے ہیں، جو اس بات کو جائزہ قرار دیتی ہے کہ ہم چاہتے ہیں کہ ہمارے دوبارہ تیار کردہ توانائی کے نظام بادل جیسے دنوں میں بھی کافی بجلی ذخیرہ کر سکیں۔
بیٹری کو بہترین حالت میں رکھنے اور حفاظت یقینی بنانے کے لیے درجہ حرارت کو درست رکھنا بہت اہمیت رکھتا ہے۔ جب بیٹریاں اپنے چارج اور ڈسچارج چکروں سے گزرتی ہیں، تو ان کے اندر گرم ہونے کا رجحان پیدا ہوتا ہے۔ اگر اس گرمی کو بے قابو چھوڑ دیا جائے تو یہ بیٹری کی کارکردگی کو وقتاً فوقتاً متاثر کر سکتی ہے اور خطرناک صورتحال کا باعث بھی بن سکتی ہے۔ اسی وجہ سے انجینئرز خصوصی نظاموں کی تعمیر کرتے ہیں تاکہ بیٹری پیکس کے اندر کا ماحول ٹھنڈا رکھا جا سکے۔ بنیادی طور پر بیٹریوں کو ٹھنڈا کرنے کے دو طریقے ہیں۔ غیر فعال (پیسیو) طریقے ڈیزائن میں موجود بہترین موصلیت رکھنے والی مواد یا حرارت کے بہتر منتقلی کے راستوں پر انحصار کرتے ہیں۔ جبکہ فعال (ایکٹیو) طریقے میں چھوٹے پنکھوں یا مائع سرکولیشن نظام جیسے اجزاء کو شامل کیا جاتا ہے، جو خلیوں کے مابین ہوا کو حرکت دیتے ہیں یا حساس علاقوں سے گرمی کو دور کرنے کا عمل انجام دیتے ہیں۔
اولیہ ٹیکنالوجی میں بہتری کے ساتھ تھرمل مینجمنٹ کے حل کافی حد تک بہتر ہو چکے ہیں اور ہم اس کی کارکردگی کو عملی طور پر بخوبی دیکھ سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر الیکٹرک گاڑیاں، اب بہت سی گاڑیوں میں بیٹری پیکس میں ہی سکولنگ سسٹم کو جوڑ دیا جاتا ہے۔ یہ سسٹم درجہ حرارت میں تبدیلی کی صورت میں بھی چیزوں کو ہموار انداز میں چلانے میں مدد کرتے ہیں، جس سے بیٹری کی عمر میں اضافہ ہوتا ہے اور اس کی تبدیلی کی ضرورت کم ہوتی ہے۔ یہ خطرناک صورتحال جسے تھرمل رن اواے کہا جاتا ہے کو بھی روکتے ہیں۔ مختلف مطالعات اور میدانی تجربات کے مطابق، یہ سکولنگ ٹیکنالوجی بیٹریز کی کارکردگی میں بہتری لاتی ہے۔ بیٹری پیکس زندگی کے تمام مراحل میں محفوظ رہتے ہیں اور اچانک خرابی یا صلاحیت میں کمی کے بغیر اپنی کارکردگی جاری رکھتے ہیں۔
بیٹری مینجمنٹ سسٹم یا بی ایم ایس بیٹری پیکس کی حفاظت اور ان کے بہترین کام کرنے کے لیے بہت ضروری ہیں کیونکہ یہ وولٹیج لیولز اور بیٹریز کی گرمی جیسی چیزوں کو مسلسل چیک کرتے رہتے ہیں۔ مناسب نگرانی نہ ہونے کی صورت میں بیٹری پیکس سے نمٹتے وقت جیسے کہ گرم ہونا یا وولٹیج میں اچانک اضافہ جیسی پریشانیاں پیش آ سکتی ہیں جو کسی کو بھی پسند نہیں ہوتیں۔ زیادہ تر بی ایم ایس سیٹ اپس میں درجہ حرارت اور وولٹیج پڑھنے کے لیے خود کار طریقے سے چیتے ہوئے مقامات ہوتے ہیں۔ جب یہ اعداد و شمار معمول کی حد سے گزر جاتے ہیں تو سسٹم ممکنہ خرابیوں یا خطرناک صورتحال کو روکنے کے لیے حفاظتی اقدامات شروع کر دیتا ہے۔ مثال کے طور پر لیتھیم آئن بیٹریاں لیں۔ بہت سے سازوسامان تیار کرنے والے اپنے کولنگ میکانیزم کو 60 ڈگری سیلشیس کے درجہ حرارت تک پہنچنے پر چالو کرنے کے لیے سیٹ کر دیتے ہیں۔ کیلیفورنیا یونیورسٹی کی ایک حالیہ تحقیق سے پتہ چلا ہے کہ اچھے بی ایم ایس مانیٹرنگ کے ذریعے بیٹری کی عمر تقریباً 30 فیصد تک بڑھ جاتی ہے اور ان کا استعمال محفوظ ہو جاتا ہے۔ ان اہم پیرامیٹرز کو کنٹرول کرنا یہ یقینی بناتا ہے کہ سورجی توانائی سے چلنے والی بیٹریاں وقتاً فوقتاً زیادہ دیر تک چلتی رہیں اور بہتر کام کریں، جو کہ تجدید پذیر توانائی کے اطلاقات کے لیے بہت اہم ہے۔
بیٹری مینجمنٹ سسٹم (بی ایم ایس) شمسی بیٹری پیکس کے اندر کے تمام چھوٹے سیلز کو مناسب طریقے سے کام کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں، خاص طور پر ان کی ترسیل اور دوبارہ چارج کرنے کے کنٹرول کے ذریعے۔ جب توانائی پیک میں یکساں طور پر تقسیم ہوتی ہے، تو یہ سسٹم شمسی توانائی کے ذخیرہ ہونے کی مقدار میں بہت فرق ڈال سکتے ہیں۔ کچھ مطالعات سے ظاہر ہوتا ہے کہ بی ایم ایس کی مناسب ترتیب ذخیرہ کرنے کی کارکردگی میں تقریباً 15 فیصد تک اضافہ کر سکتی ہے۔ اس کا مطلب حقیقی دنیا میں استعمال کے لحاظ سے دوہرا ہے: بہتر مجموعی سسٹم کارکردگی اور ساتھ ہی ساتھ طویل مدتی بیٹریاں بھی۔ چاہے کوئی شخص گھر پر شمسی پینلز لگا رہا ہو یا بڑے انسٹالیشن چلا رہا ہو، ایک مضبوط بی ایم ایس کی تنصیب سے تمام فرق پیدا ہوتا ہے۔ اس کے بغیر لوگ اپنے شمسی پاور سسٹم سے سالوں تک مستحکم کارکردگی کے بجائے بیٹریوں کو بہت جلد تبدیل کرنے پر مجبور ہو جاتے ہیں۔
بیٹری کی کیمسٹری خاص طور پر دوام اور کارکردگی کے حوالے سے بہت اہمیت رکھتی ہے، خصوصاً جب یہ سورجی توانائی کے انتظامات کے ساتھ استعمال ہو رہی ہو۔ زیادہ تر عام لیتھیم آئن بیٹریوں کے اندر یا تو لیتھیم کوبالٹ آکسائیڈ یا لیتھیم منگنیز آکسائیڈ کے مواد موجود ہوتے ہیں۔ لیکن سورجی توانائی کے لیے مخصوص بیٹری پیکس عام طور پر لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4) کے استعمال کو ترجیح دیتے ہیں، کیونکہ یہ مواد زیادہ محفوظ خصوصیات کا حامل ہوتا ہے اور زیادہ لمبی مدت تک چلتا ہے۔ کیمیائی ساخت میں یہ فرق اس بات کا باعث بنتا ہے کہ یہ سورجی بیٹریاں عام لیتھیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں بہت زیادہ چارجنگ اور ڈسچارجنگ سائیکلز کو برداشت کر سکیں۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ LiFePO4 نہ صرف طویل سائیکل لائف فراہم کرتا ہے بلکہ گرمی کے مقابلے میں بھی بہتر مزاحمت رکھتا ہے، جو سورجی اسٹوریج سسٹمز کے لیے بہت ضروری ہے کیونکہ انہیں دن کے اوقات میں باقاعدہ طور پر سائیکل کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ تمام باتیں مجموعی طور پر بہتر کارکردگی اور طویل سروس لائف کی طرف لے جاتی ہیں، اسی وجہ سے بہت سے گھر کے مالکان جو سورجی آپشنز پر غور کر رہے ہوں، اپنی رہائشی تنصیبات کے لیے LiFePO4 ٹیکنالوجی کی طرف مائل ہوتے ہیں۔
جب گھریلو سورجی نظاموں کے لیے بیٹری پیکس کو جوڑا جاتا ہے، تو وقتاً فوقتاً انہیں اچھی طرح کام کرنے کے لیے کچھ اہم چیزوں کا خیال رکھنا ضروری ہوتا ہے۔ عمومی طور پر لوگ ان چیزوں کو دیکھتے ہیں جن میں بیٹری کتنی بار چارج اور ڈسچارج کر سکتی ہے قبل اس کے کہ وہ خراب ہو جائے، یہ کس تیزی سے چارج ہوتی ہے، اور ان چکروں کے دوران اس کی کس قسم کی بجلی کی پیداوار ہوتی ہے۔ یہ تمام پہلو عملی طور پر اس بات کو متاثر کرتے ہیں کہ سورجی بیٹری کتنی کارآمد اور پائیدار ہو گی۔ اچھی ڈیزائنوں کو گھر کی توانائی کی بدلتی ہوئی ضرورتوں کے مطابق اپنے کارآمدی کے فوائد کو برقرار رکھتے ہوئے موزوں کرنا چاہیے۔ مثال کے طور پر ٹیسلا کی پاور وال (Powerwall) اس مصنوع کو لیں، جو گھر کے مالکان کے درمیان مقبول ہو رہی ہے جو قابل بھروسہ توانائی ذخیرہ کرنے کے حل کی تلاش میں ہیں۔ یہ دن کے وقت پیدا ہونے والی اضافی سورج کی روشنی کو ذخیرہ کرتی ہے اور جب بجلی کی قیمتیں بڑھ جاتی ہیں یا بجلی گرڈ تک رسائی محدود ہوتی ہے تو اسے گھر میں واپس فراہم کر دیتی ہے۔ اس طرح کی حقیقی دنیا کی درخواستوں کا جائزہ لینے سے یہ بات واضح ہوتی ہے کہ کیوں کچھ ڈیزائن کے انتخابات بیٹری کی عمر کو بڑھانے اور رہائشی سورجی تنصیبات کے لیے مجموعی نظام کی کارکردگی کو بہتر کرنے میں اہم فرق ڈالتے ہیں۔
سیلیکن انوڈز میں نئی ترقی کی بدولت بیٹری کی دنیا میں کچھ اہم تبدیلیاں رونما ہو رہی ہیں۔ یہ پرانے طرز کے گرافائٹ انوڈز کے مقابلے میں کہیں بہتر ذخیرہ اہلیت کی پیش کش کرتے ہیں۔ سیلیکن لیتھیم آئنز کو گرافائٹ کے مقابلے میں تقریباً دس گنا زیادہ رکھنے کی صلاحیت رکھتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ بیٹریاں مجموعی طور پر زیادہ طاقت کا مظاہرہ کر سکتی ہیں۔ صارفین کے گیجٹس بنانے والے اور الیکٹرک گاڑیاں بنانے والی کمپنیاں پہلے ہی سیلیکن انوڈ ٹیکنالوجی کے ساتھ کود چکی ہیں کیونکہ ان کی مصنوعات کو دوبارہ چارج کرنے کے درمیان زیادہ دیر تک چلنے کی صلاحیت اور بہتر کارکردگی حاصل ہوتی ہے۔ جرنل آف پاور سورسز میں شائع ہونے والی ایک تحقیق میں پایا گیا کہ یہ بہتریاں درحقیقت گنجائش کو تقریباً 40 فیصد تک بڑھا دیتی ہیں، لہذا یہ ان آلات کے لیے بہترین ہیں جنہیں زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ صرف ہمارے فونز اور گاڑیوں کو ہی نہیں بلکہ اس ٹیکنالوجی کی مدد سے سورجی بیٹری سسٹمز کو بھی آگے بڑھایا جا رہا ہے۔ زیادہ سے زیادہ گھروں میں ان سورجی ذخیرہ کرنے کے حل کو اپنانا شروع کر دیا ہے کیونکہ یہ دن میں دھوپ کو پکڑ کر رات یا خراب موسم کے دنوں میں استعمال کرنے کے لیے ایک قابل بنا دیتے ہیں۔
سالڈ اسٹیٹ الیکٹرو لائٹس پرانی طرز کے مائع الیکٹرو لائٹس کے مقابلے میں ایک اہم بریک تھرو کی نمائندگی کرتے ہیں، جو آج کی بیٹریوں میں بہتر حفاظتی خصوصیات اور مجموعی کارکردگی کی بہتری لاتے ہیں۔ سب سے بڑی خصوصیت؟ اب پھیکٹنے کا خاتمہ! اس کے علاوہ، انہیں ان خطرناک حرارتی بے قابویت کا سامنا نہیں کرنا پڑتا جو کہ موجودہ بیٹریوں کے بہت سے ڈیزائنوں کو متاثر کرتی ہے۔ اس تبدیلی کے نتیجے میں، اب تیار کنندہ جلنے والے مائعات پر اتنے انحصار کے محتاج نہیں رہتے، جس کے نتیجے میں بیٹری کے پیک بہت زیادہ مستحکم ہوتے ہیں۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری اے کی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ یہ سالڈ اسٹیٹ آپشن لمبے عرصے تک چلتے ہیں اور گرمی کو بہتر طریقے سے برداشت کرتے ہیں، جو کہ فونز، لیپ ٹاپس اور خاص طور پر برقی گاڑیوں کے لیے بہت اہمیت رکھتے ہیں۔ انہیں اور بھی زیادہ نمایاں کرنے والی بات یہ ہے کہ وہ انتہائی حالات میں بھی خراب ہوئے بغیر کام کر سکتے ہیں۔ ہمیں گھریلو سورجی ذخیرہ اسٹوریج سسٹم میں بھی ان کا ظہور شروع ہوتا نظر آ رہا ہے، جہاں روزمرہ کی بجلی کی ضروریات کے لیے لیتھیم آئن ٹیکنالوجی پر انحصار کرتے وقت قابل اعتماد ہونا بہت ضروری ہے۔