लिथियम आयन का चार्ज कितना होता है

लिथियम आयन में +1 का चार्ज होता है, और यह मूलभूत गुण लिथियम आयन चार्ज को संचालित करता है जो आपके उपकरणों को शक्ति प्रदान करता है। इसे एक सकारात्मक ध्रुव वाले चुंबक की तरह समझें - हमेशा खींचने वाला, कभी तटस्थ नहीं। यह एकल धनात्मक चार्ज आपकी प्रत्येक लिथियम आयन बैटरी के पीछे का इंजन है।

आप सीखेंगे कि यह चार्ज परमाणु स्तर पर क्यों मौजूद है, और लिथियम आयन चार्ज आपकी जेब में 3.7v लिथियम बैटरी के माध्यम से कैसे प्रवाहित होता है। अंत तक, आप स्मार्टफोन से लेकर इलेक्ट्रिक कारों तक, अपने रोजमर्रा के उपकरणों के पीछे के सरल विज्ञान को समझ जाएंगे।

चाबी छीनना

• ए लिथियम आयन में +1 चार्ज होता है क्योंकि यह स्थिर होने के लिए एक इलेक्ट्रॉन छोड़ता है।

• यह +1 चार्ज आयनों को बैटरी के अंदर धकेलता है, जिससे विद्युत प्रवाह बनता है जो उपकरणों को चलाता है।

• इस सरल चार्ज को समझने से आपको यह देखने में मदद मिलती है कि बैटरियां कैसे काम करती हैं और वे कुशल क्यों हैं।

लिथियम आयन चार्ज: +1 क्यों?

लिथियम परमाणु की शारीरिक रचना

प्रत्येक परमाणु में तीन मूल कण होते हैं। प्रोटॉन पर धनात्मक आवेश होता है। न्यूट्रॉन तटस्थ होते हैं, इसलिए उनमें कोई विद्युत खिंचाव नहीं होता। इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेश होता है। परमाणु को एक छोटे सौर मंडल की तरह समझें। केन्द्रक केन्द्र में है। नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एकत्रित होते हैं। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कोशों में परिक्रमा करते हैं।

लिथियम की परमाणु संख्या 3 है। इसका मतलब है कि इसके नाभिक में 3 प्रोटॉन हैं। एक तटस्थ लिथियम परमाणु में भी 3 इलेक्ट्रॉन होते हैं। धनात्मक और ऋणात्मक आवेश एक दूसरे को संतुलित करते हैं। परमाणु का कोई समग्र आवेश नहीं है। यह विद्युत संतुलन की स्थिति में है।

प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले लिथियम के दो रूप होते हैं जिन्हें आइसोटोप कहा जाता है। लिथियम-6 में 3 प्रोटॉन और 3 न्यूट्रॉन होते हैं। लिथियम-7 में 3 प्रोटॉन होते हैं और 4 न्यूट्रॉन . लिथियम-7 बहुत अधिक सामान्य है। यह बनता है 92% से अधिक प्राकृतिक लिथियम। दोनों आइसोटोप में तटस्थ अवस्था में 3 प्रोटॉन और 3 इलेक्ट्रॉन होते हैं। दोनों रूपों में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन का संतुलन समान है।

एक तटस्थ लिथियम परमाणु में 3 सकारात्मक प्रोटॉन होते हैं। 3 ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन भी हैं। परमाणु संतुलित है. लेकिन यह संतुलन कायम नहीं रहता.

वैलेंस इलेक्ट्रॉन और स्थिरता

वैलेंस इलेक्ट्रॉन वे इलेक्ट्रॉन हैं सबसे बाहरी आवरण . किसी परमाणु का ये इलेक्ट्रॉन रासायनिक बंधन बना सकते हैं। वे तय करते हैं कि एक परमाणु अन्य परमाणुओं के साथ कैसे प्रतिक्रिया करता है।

लिथियम का इलेक्ट्रॉन विन्यास 1s⊃2;2s⊃1; है। पहले कोश में 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं। दूसरे कोश में 1 इलेक्ट्रॉन होता है। वह एकल बाहरी इलेक्ट्रॉन वैलेंस इलेक्ट्रॉन है। यह इलेक्ट्रॉन नाभिक द्वारा शिथिल रूप से धारण किया जाता है।

परमाणु स्थिरता चाहते हैं। वे पूर्ण बाहरी आवरण चाहते हैं। हीलियम के पास यह पहले से ही है। हीलियम में 2 इलेक्ट्रॉनों वाला पूर्ण प्रथम कोश होता है। लिथियम अपना एक वैलेंस इलेक्ट्रॉन खोकर उसी स्थिति में पहुँच सकता है।

इस इलेक्ट्रॉन को हटाने में ऊर्जा लगती है। लिथियम की प्रथम आयनीकरण ऊर्जा है 520 केजे/मोल.

लिथियम की प्रथम आयनीकरण ऊर्जा 520 kJ/mol है।

इसकी तुलना एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने से करें। जब लिथियम एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है, तो वह केवल इलेक्ट्रॉन छोड़ता है 59.6 केजे/मोल । लिथियम अपना इलेक्ट्रॉन खोना पसंद करता है। परिणामी स्थिरता व्यापार को सार्थक बनाती है।

जब लिथियम अपना वैलेंस इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो परमाणु बदल जाता है। इसमें अब 3 प्रोटॉन हैं लेकिन केवल 2 इलेक्ट्रॉन हैं। धनात्मक आवेश ऋणात्मक से अधिक भारी होता है। परिणाम +1 का शुद्ध प्रभार है।

लिथियम, विन्यास 1s⊃2;2s⊃1; के साथ, पहुंचने के लिए एक इलेक्ट्रॉन खो देता है हीलियम का नोबल-गैस विन्यास , 1s⊃2;, Li⁺ बनाता है। Li⁺ और He का इलेक्ट्रॉन विन्यास समान है।

यह लिथियम आयन चार्ज है। परमाणु तटस्थ लिथियम से लिथियम आयन में बदल जाता है। इस आयन का शुद्ध धनात्मक आवेश +1 है। यह सरल तथ्य प्रेरित करता है बैटरी रसायन शास्त्र . परमाणु उस इलेक्ट्रॉन से छुटकारा पाना चाहता है। यह एक स्थिर स्थिति तक पहुंचना चाहता है. यह इच्छा आपके उपकरणों को शक्ति प्रदान करती है।

+1 चार्ज 3.7V लिथियम बैटरी को कैसे शक्ति प्रदान करता है

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लिथियम-आयन बैटरी के तीन प्रमुख भाग होते हैं। एनोड ऋणात्मक इलेक्ट्रोड है। कैथोड धनात्मक इलेक्ट्रोड है। इलेक्ट्रोलाइट उनके बीच बैठता है और आयनों को गति करने देता है । यह लिथियम आयनों को गुजरने देता है लेकिन इलेक्ट्रॉनों को रोकता है। इस पथ को बनाने के लिए LiPF₆ जैसे लिथियम लवण एक तरल में घुल जाते हैं। इलेक्ट्रोलाइट की आयनों को ले जाने की क्षमता लगभग होती है 10 एमएस/सेमी . कमरे के तापमान पर यह गति तय करती है कि बैटरी कितनी तेजी से डिस्चार्ज हो सकती है।

डिस्चार्ज के दौरान आयन की यात्रा

जब आप अपने डिवाइस का उपयोग करते हैं, तो बैटरी डिस्चार्ज होने लगती है। एनोड पर लिथियम परमाणु इलेक्ट्रॉन खो देते हैं । इसे ऑक्सीकरण कहते हैं। परमाणु Li⁺ आयन बन जाते हैं। +1 का लिथियम आयन चार्ज पूरी प्रक्रिया को संचालित करता है।

इलेक्ट्रोलाइट इन सकारात्मक आयनों को वहन करता है एनोड से कैथोड तक . इलेक्ट्रॉन एक अलग रास्ता अपनाते हैं। वे बाहरी सर्किट से यात्रा करते हैं। यह आपके डिवाइस को पावर देता है. रास्तों का यह पृथक्करण बहुत महत्वपूर्ण है। सर्किट में इलेक्ट्रॉन प्रवाह आपके फ़ोन द्वारा उपयोग की जाने वाली विद्युत धारा बनाता है।

व्यावसायिक कोशिकाओं में एनोड प्रायः किसका बना होता है? ग्रेफाइट, सिलिकॉन, या दोनों का मिश्रण । कैथोड सामग्री अधिक भिन्न होती है। निर्माता लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (एलसीओ), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (एलएमओ), लिथियम आयरन फॉस्फेट (एलएफपी), या लिथियम निकल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (एनएमसी) का उपयोग करते हैं। प्रत्येक मिश्रण थोड़ा अलग प्रदर्शन देता है।

बैटरी लेबल पर आप जो वोल्टेज देखते हैं वह इस रासायनिक प्रक्रिया से आता है। एक सेल एक देता है नाममात्र वोल्टेज 3.6V और 3.7V के बीच । 3.7V नंबर अक्सर एक मार्केटिंग लेबल होता है। डिस्चार्ज के दौरान वास्तविक औसत 3.6V के करीब है। यह वोल्टेज इलेक्ट्रोड सामग्रियों के विशिष्ट गुणों से आता है।

डिस्चार्ज के दौरान इलेक्ट्रॉन प्रवाह एक स्पष्ट क्रम का पालन करता है :

1. एनोड ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में भेजती है।

2. ये इलेक्ट्रॉन सर्किट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर यात्रा करते हैं।

3. कैथोड कमी प्रतिक्रिया इन इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करती है।

4. इलेक्ट्रॉन रिलीज़ की गति यह तय करती है कि आपके डिवाइस से कितनी धारा प्रवाहित होती है।

चार्जिंग के दौरान रिवर्स फ्लो

चार्जिंग से यह पूरी प्रक्रिया उलट जाती है। एक बाहरी शक्ति स्रोत इलेक्ट्रॉनों को वापस एनोड की ओर धकेलता है। लिथियम आयन उनसे जुड़ने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से वापस यात्रा करते हैं। यह रिवर्स फ्लो बैटरी को वापस तैयार अवस्था में ले आता है।

आयन ग्रेफाइट परतों में सरकते हैं अंतर्संबंध । यह प्रोसेस ग्रेफाइट परतों के बीच लिथियम आयन डालता है । संरचना को तोड़े बिना फ्रेमवर्क बरकरार रहता है, जिससे बैटरी को लंबे समय तक चलने में मदद मिलती है। डिस्चार्ज के दौरान, आयन डिइंटरकलेशन के माध्यम से निकलते हैं और कैथोड में वापस प्रवाहित होते हैं।

यह चक्र बहुत उच्च दक्षता के साथ दोहराया जाता है। ली-आयन बैटरियां हैं कूलम्बिक दक्षता 99% से अधिक । कुछ कोशिकाएँ 99.1% से शुरू होती हैं और 15 चक्रों के बाद 99.5% तक सुधर जाती हैं। अन्य 99.5% से शुरू होते हैं और पहुंचते हैं 30 चक्रों के बाद 99.9% । इसका मतलब है कि लगभग हर इलेक्ट्रॉन और आयन उपयोगी कार्य करते हैं।

एक सेल के लिए पूर्ण-चार्ज वोल्टेज आमतौर पर 4.2V होता है। डिस्चार्ज कटऑफ लगभग 3.0V है। नाममात्र 3.7V लिथियम बैटरी इसी रेंज में काम करती है। आपकी प्रत्येक 3.7V लिथियम बैटरी इसी मूल रसायन का उपयोग करती है।

+1 चार्ज इस पूरी प्रक्रिया को संचालित करता है। इसके बिना, आयन गति नहीं करेंगे। इलेक्ट्रॉन प्रवाहित नहीं होंगे. आपकी रिचार्जेबल बैटरी काम नहीं करेगी. यह सरल धनात्मक आवेश रासायनिक ऊर्जा को विद्युत शक्ति में बदल देता है। यह आपके स्मार्टफोन से लेकर आपके इलेक्ट्रिक वाहन तक हर चीज को शक्ति प्रदान करता है।

+1 का लिथियम आयन चार्ज एक एकल खोए हुए इलेक्ट्रॉन से शुरू होता है। यह धनात्मक आवेश आयनों को एनोड से कैथोड और वापस ले जाता है। आप हर दिन इस प्रवाह पर भरोसा करते हैं। वही रसायन विज्ञान आपके स्मार्टफोन और इलेक्ट्रिक वाहन को शक्ति प्रदान करता है। ली-आयन बैटरियों की अनुमानित वैश्विक माँग पहुँच गई है 2030 तक 2,722 GWh । आपकी 3.7v लिथियम बैटरी इस सुरुचिपूर्ण सिद्धांत पर निर्भर करती है। यह चार्ज आधुनिक पोर्टेबल बिजली को संभव बनाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

लिथियम आयन पर धनात्मक आवेश क्यों होता है?

एक लिथियम परमाणु स्थिर होने के लिए एक इलेक्ट्रॉन देता है। उसके बाद, इसमें 3 प्रोटॉन हैं लेकिन केवल 2 इलेक्ट्रॉन हैं। अतिरिक्त प्रोटॉन लिथियम आयन को +1 चार्ज देता है।

पूर्णतः चार्ज लिथियम बैटरी किस वोल्टेज तक पहुँचती है?

पूरी तरह चार्ज होने पर एक सेल 4.2V तक पहुंच जाता है। सामान्य रेटिंग 3.7V है। आपका 3.7v लिथियम बैटरी दैनिक उपयोग में 3.0V और 4.2V के बीच काम करती है।

आप लिथियम बैटरी को कितनी बार रिचार्ज कर सकते हैं?

अधिकांश ली-आयन बैटरियां ध्यान देने योग्य क्षमता खोने से पहले 300 से 500 पूर्ण चार्ज संभाल सकती हैं। एक पूर्ण चक्र का अर्थ है एक चार्ज और एक डिस्चार्ज। आपकी रिचार्जेबल बैटरी प्रत्येक चक्र के साथ धीरे-धीरे खराब होती जाती है।