پٹرولیم کوک کا اینوڈ مواد کے طور پر استعمال

2025-03-26

لیتھیم آئن بیٹری ایک قابل تجدید توانائی ذخیرہ کرنے والا آلہ ہے، جسے لتیم آئن سیکنڈری بیٹری بھی کہا جاتا ہے، جو کہ ایک مثبت الیکٹروڈ، ایک منفی الیکٹروڈ، ایک ڈایافرام اور ایک الیکٹرولائٹک مائع نظام پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس قسم کی بیٹری دیگر بنیادی بیٹریوں کے مقابلے میں اعلی توانائی کی کثافت کی خصوصیت رکھتی ہے، کوئی میموری اثر نہیں ہوتا ہے اور کم از کم خود بخود بیٹریوں کی بیٹریوں کے مقابلے میں زیادہ توانائی کی کثافت ہوتی ہے۔ مصنوعی گریفائٹ اور قدرتی گریفائٹ میں تقسیم کیا گیا ہے۔ مصنوعی گریفائٹ کا خام مال بنیادی طور پر تیل اور کوئلہ سوئی کوک ہے۔

اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک، جس کی نمائندگی اکائی پٹرولیم کوک کرتی ہے، میں کم حرارتی وسعت کا گنجائش، کم خلاء، کم سلفر، کم راکھ، کم دھاتی مواد، زیادہ برقی چالکتا اور آسان گریفائٹائزیشن جیسی کئی فوائد ہیں، لہذا یہ لیتھیم آئن بیٹری کے اعلیٰ معیار کے اینوڈ مواد کے طور پر شمار کیا جاتا ہے۔

اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کو لیتھیم آئن بیٹری کے اینوڈ مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جس کے عام طور پر صفائی، کٹائی، ذرات کے سائز کی اسکریننگ، گریفائٹائزیشن، سطحی ترمیم اور دیگر عمل کی ضرورت ہوتی ہے۔ پورا عمل نسبتاً طویل ہے، اور آخری اثر متاثر کن عوامل کے لحاظ سے زیادہ ہوتا ہے۔ کچھ بڑے خدشات میں شامل ہیں:
(1) درجہ حرارت کے ساتھ کاربن ڈھانچے کی تبدیلی کا طریقہ کار؛
(2) کیتھوڈ کی مواد کی خصوصیات اور کاربن مواد کی ساخت کے درمیان تعلق؛
(3) کیا کوئی مناسب کاربن مواد ہیں جو لیتھیم آئن بیٹری کے کیتھوڈ مواد کی ضروریات کو پورا کر سکتے ہیں؟

1. اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کی کارکردگی پر بعد کی حرارتی علاج کے درجہ حرارت کا اثر

اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کا بعد میں حرارتی علاج دو مراحل میں تقسیم ہوتا ہے: کیلکینیشن اور اعلی درجہ حرارت پر گرافٹائزیشن۔ کیلکینیشن 1500 کے نیچے کیلکینیشن کے عمل کو ظاہر کرتا ہے، اور اعلی درجہ حرارت کی گرافٹائزیشن 3000 کے قریب اعلی درجہ حرارت کے علاج کے عمل کو ظاہر کرتی ہے۔
ڈیلیےڈ کوچنگ کے عمل سے تیار کردہ اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کو روٹری فرنس میں کیلکائن کیا جاتا ہے، جس سے نمی اور متغیر مواد میں نمایاں کمی ہوتی ہے، اور یہ نقل و حمل اور ذخیرہ کرنے کے لیے زیادہ سہل ہوتا ہے۔ گرافٹائزیشن کے عمل کے دوران، گرافٹائزیشن کا درجہ حرارت اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کے گرافٹائزیشن کی ڈگری پر اثر انداز ہونے والا ایک اہم عنصر ہے۔

700 ~ 1000 کے دائرے میں، جتنا درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے، کاربونائزڈ نمونہ کی گرافائٹ تہوں کی جگہ کم ہوتی ہے، نمونہ کی ساختی ترتیب میں اضافہ ہوتا ہے، اس دور کے کوک کو نرم کاربن کہا جا سکتا ہے۔ اس درجہ حرارت پر علاج شدہ نمونہ کی ابتدائی صلاحیت 340 mAh/g کے گرافائٹ کی نظری صلاحیت سے زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، سوئی جیسی پٹرولیم کوک سے بنے ہوئے لیتھیم آئن بیٹری کی کیتھوڈ مواد کے لیے مستحکم چارج اور ڈسچارج کے پوٹینشل حاصل کرنا مشکل ہے۔

2800 پر اکیولر پٹرولیم کوک اور پچ کوک کی گرافٹائزیشن کے بعد یہ پایا گیا کہ تکرار کے بعد 40 بار چارج اور ڈسچارج کرنے کے بعد گرافٹائزڈ اکیولر پٹرولیم کوک کی لیتھیم صلاحیت 301mAh/g پر مستحکم ہو سکتی ہے، جبکہ گرافٹائزڈ پچ کوک صرف 240mAh/g ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ اکیولر پٹرولیم کوک کا خام مال خالص ہوتا ہے، اور کوکنگ کے عمل میں وسیع علاقے کی میسوفیز تشکیل دے سکتا ہے۔ آخرکار، اکیولر پٹرولیم کوک کا گرافٹائزیشن زیادہ آسان ہوتا ہے اور گرافٹائزیشن کی ڈگری زیادہ ہوتی ہے۔

2. اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک کی مائیکرو ڈھانچہ اور لیتھیم ذخیرہ کرنے کا طریقہ کار

(1) نرم کاربن کی شکل میں، مختلف لیتھیم ذخیرہ کرنے کے طریقے موجود ہیں، جیسے گرافائٹ مائیکرو کرسٹل کے درمیان لیتھیم ذخیرہ کرنا، نرم کاربن میں نانو-پورس یا دراڑوں کے ذریعے لیتھیم ذخیرہ کرنا، اور کاربن مواد کی سطحی نقصانات یا باقیات کے ساتھ Li+ کے رد عمل سے پیدا ہونے والا ٹھوس الیکٹرولائٹ فلم (SEI) وغیرہ۔

(2) دوسرا طریقہ، جس کی نمائندگی مصنوعی گرافائٹ کرتا ہے، بنیادی طور پر لیتھیم گرافٹ کے درمیان ذخیرہ کرنے پر مرکوز ہے، لہذا پہلی صلاحیت نرم کاربن سے کم ہوگی۔

خلاصہ کرنے کے لیے، گرافٹائزیشن کے درجہ حرارت کا حتمی اثر اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک اور دوسرے کاربن مواد کی داخلی ساخت ہے۔ اگر مواد کی داخلی ساخت زیادہ منظم اور گرافٹائزیشن کے لیے آسان ہو تو حتمی منفی الیکٹروڈ کی صلاحیت زیادہ ہوگی اور سائیکل کی کارکردگی بہتر ہوگی۔ تاہم، اگرچہ اعلیٰ گرافٹائزڈ کاربن مواد کی صلاحیت زیادہ اور چارج-ڈسچارج پلیٹ فارم مستحکم ہیں، مگر ان کی سائیکل کی کارکردگی اور کم درجہ حرارت کی کارکردگی کمزور ہوتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ جب Li+ گرافائٹ تہوں میں داخل ہوتا ہے، تو یہ جھلی گرافائٹ کے ساتھ ایک گرافٹ انٹرلیئر نیوکلئس بناتا ہے، اور گرافائٹ کی تہہ پھیلتی ہے۔ جب Li+ باہر آتا ہے تو گرافائٹ اپنی اصل حالت میں بحال ہو جاتا ہے۔ بار بار کے پھیلاؤ اور سکڑاؤ کے عمل میں، گرافائٹ تہہ کی ساخت کو نقصان پہنچانا آسان ہوتا ہے، اور یہ محلول کے ساتھ مشترکہ تکمیل کا سبب بن سکتا ہے، جس سے منفی الیکٹروڈ کی سائیکل کی کارکردگی میں کمی واقع ہو سکتی ہے۔ اس لیے، اعلیٰ معیار کے پٹرولیم کوک جیسے کاربن مواد کی گرافٹائزیشن کے عمل میں گرافٹائزیشن کی ڈگری کو کنٹرول کیا جانا چاہیے، اور مائیکرو کرسٹلز کے درمیان کچھ غیر شکل دار ڈھانچوں کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ ایک مخصوص ساختی طاقت کو برقرار رکھا جا سکے۔

3. سافٹ کاربن کو لیتھیم آئن بیٹری کے انوڈ مواد کے طور پر

عام لیتھیم آئن بیٹریوں سے مختلف، پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کو چارجنگ کے وقت کو کم کرنے کے لیے اعلیٰ شرح کی کارکردگی، مختلف کام کرنے والے ماحول کو پورا کرنے کے لئے اچھی کم درجہ حرارت کی کارکردگی، بیٹری کے حجم کو کم کرنے کے لیے بڑی گنجائش، اور حفاظتی مسائل کو روکنے کے لیے بہتر استحکام کی ضرورت ہوتی ہے۔
سافٹ کاربن کو انوڈ مواد کے طور پر پہلی بار کم کارکردگی اور مستحکم وولٹیج پلیٹ فارم کی کمی ہے۔ آلکینٹرا وغیرہ پہلی سائیکل کی کم کارکردگی کے لیے دو وضاحتیں پیش کرتے ہیں:
(1) لی + اور کم درجہ حرارت کی الیفیٹک ہائیڈروکاربن کے رد عمل کی وجہ سے کوک میں ناقابل واپسی؛
(2) لی + کوک کے کھلے کنارے میں گریفائٹ کے ٹکڑوں کے ساتھ ناقابل واپسی طور پر جڑتا ہے۔ پہلی سائیکل کی کم کارکردگی کے علاوہ، تہوں کے درمیان خلا کی وجہ سے، چارج اور ڈسچارج وولٹیج پیچھے رہ جائے گا اور الیکٹروڈ غیر مستحکم ہوگا۔ تاہم، سافٹ کاربن انوڈ مواد کا فائدہ یہ ہے کہ کام کرنے والی وولٹیج نسبتاً زیادہ ہے، جو شارٹ سرکٹ اور دیگر مسائل کی وجہ سے لیتھیم میٹل کی جمع ہونے کی محفوظ استعمال کو روک سکتا ہے۔ دوسرا، لاگت کم ہے، اور اعلی درجہ حرارت گریفائٹائزیشن کی ضرورت نہیں ہے۔

4. نتیجہ اور مستقبل کی توقعات

لیتھیم آئن بیٹری کے انوڈ مواد کے لئے مناسب پیٹروelum کوک S، O اور دیگر ہیٹروایٹمک مواد کی مقدار کم ہے، گریفائٹائزیشن کے لیے آسان ہے، اور مناسب ذرات کے سائز کی تقسیم اور چھوٹی سطح کے رقبے کی ضرورت ہے، وغیرہ۔ کیلکائنڈ اعلی معیار کے پیٹرولیم کوک اور دیگر سافٹ کاربن مواد کو کم درجہ حرارت اور شرح کی کارکردگی میں بہترین کارکردگی حاصل ہے، جو انہیں لیتھیم آئن بیٹری کے انوڈ مواد کے میدان میں مزید توجہ حاصل کرنے کی طرف لے جا رہا ہے، لیکن سائیکل کی کارکردگی اور استحکام کے مسائل ابھی حل کرنے کی ضرورت ہے۔
کیلکائنیشن اور گریفائٹائزیشن اعلی معیار کے پیٹرولیم کوک کی اندرونی ساخت کو تبدیل کر سکتی ہیں، اور پھر ان کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو انوڈ مواد کے طور پر تبدیل کر سکتی ہیں۔ تاہم، گریفائٹائزڈ مواد کو ابھی بھی مواد کی انجینئرنگ کے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے اپ گریڈ کرنے کی ضرورت ہے تاکہ اچھے سائیکلنگ، توسیع اور اعلی حجم کی خصوصیات دکھا سکیں۔
مستقبل میں پیٹرولیم کوک انوڈ مواد کی ترقی کی تین رجحانات ہیں:
(1) کوک کے ڈھانچے اور اس کے اثر انداز ہونے والے عوامل کی زیادہ گہری سمجھ حاصل کرنا تاکہ زیادہ گنجائش، اعلی شرح کی کارکردگی والی لیتھیم آئن بیٹری کے لئے حسب ضرورت تیار کرنے کا مقصد حاصل ہو؛
(2) نئے کمپوزٹ کوک انوڈ مواد کی ترقی اور تجارتی استعمال؛
(3) نئے پیٹرولیم کوک انوڈ مواد کی ترقی، بشمول پیٹرولیم کوک پر مبنی کاربن نانو انوڈ مواد کی بیچ کی تیاری، اور نئے بیٹری سسٹمز کے ساتھ نئے کوک انوڈ اور کیتھوڈ مواد۔