लीड एसिड बैटरी की उत्पत्ति
यह कहना सही है कि बैटरी उन प्रमुख नवाचारों में से एक हैं जिन्होंने आधुनिक औद्योगिक दुनिया को आकार देने के लिए अन्य तकनीकों के साथ जोड़ा है। औद्योगिक से लेकर घरेलू उपयोग से लेकर व्यक्तिगत उपयोग तक, उन्होंने हमें वास्तव में स्वतंत्रता और संभावनाएं दी हैं जो पोर्टेबल और स्थिर ऊर्जा भंडारण के बिना असंभव होगी।
यह किसी भी आधुनिक मानव के लिए बहुत स्पष्ट है, कि हमारे दैनिक जीवन के अधिक से अधिक पहलुओं में बैटरी की गति तेजी से बढ़ रही है, कंप्यूटर माउस के लिए एए अल्कलाइन जैसे हैंडहेल्ड उपकरणों में सिंगल-सेल-सिंगल-यूज़ से या एक ग्रिड-स्केल मेगावाट बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (बीईएसएस) के लिए कलाई घड़ी में इस्तेमाल किया जाने वाला जिंक-एयर बटन सेल। रसायन विज्ञान और अनुप्रयोगों की इस बहुतायत के बावजूद, यह लीड एसिड बैटरी रसायन है जो अभी भी अपने आविष्कार के 160 वर्षों के बाद भी, ग्रह पर संग्रहीत ऊर्जा का सबसे विपुल प्रदाता है। अंजीर। 1 पिछले 27 वर्षों में बेची गई बैटरी की बिक्री के प्रकार और MWh के अनुसार टूटने को दर्शाता है
यह कुछ लोगों के लिए आश्चर्य की बात है जो सोचते हैं कि ली-आयन सबसे अधिक बिकने वाली तकनीक है। यह सच है लेकिन केवल मूल्य में, क्षमता में नहीं। इसकी उच्च लागत प्रति kWh के कारण, लिथियम-आयन बैटरी का बिक्री मूल्य अधिक होता है और लीड एसिड बैटरी की तुलना में बड़ा राजस्व होता है। हालांकि, यह एक कारण है कि लीड एसिड बैटरी (एलएबी) अत्यधिक प्रतिस्पर्धी और बदलते व्यावसायिक वातावरण में इतने लंबे समय तक टिकी हुई है।
इस ब्लॉग में, हम लीड एसिड बैटरी के आविष्कार को देखते हैं – एक इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज बैटरी, और इतिहास के माध्यम से इसकी उत्पत्ति का पता लगाते हैं, इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं के पहले ज्ञात उदाहरणों से लेकर आधुनिक वीआरएलए और बाइपोलर संस्करणों तक।
1749 में, अमेरिका के पोलीमैथ बेंजामिन फ्रैंकलिन ने पहली बार “बैटरी” शब्द का इस्तेमाल लिंक किए गए कैपेसिटर के एक सेट का वर्णन करने के लिए किया था जिसका उपयोग उन्होंने बिजली के साथ अपने प्रयोगों के लिए किया था। ये कैपेसिटर प्रत्येक सतह पर धातु के साथ लेपित कांच के पैनल थे। इन कैपेसिटर को एक स्थिर जनरेटर से चार्ज किया गया था और धातु को उनके इलेक्ट्रोड से छूकर छुट्टी दे दी गई थी। उन्हें “बैटरी” में एक साथ जोड़ने से एक मजबूत निर्वहन मिला। मूल रूप से “एक साथ काम करने वाली दो या दो से अधिक समान वस्तुओं का एक समूह” का सामान्य अर्थ होने के कारण, एक तोपखाने की बैटरी में, इस शब्द का इस्तेमाल वोल्टाइक पाइल्स और इसी तरह के उपकरणों के लिए किया जाता था जिसमें कई इलेक्ट्रोकेमिकल सेल एक साथ जुड़े होते थे।
लेड एसिड बैटरी एक इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज डिवाइस है और जैसे अन्य सभी इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी के रूप में विद्युत प्रवाह और वोल्टेज प्रदान करने का एक ही सिद्धांत है, जिनमें से कुछ बिजली के भंडारण और वितरण की विधि के रूप में लीड एसिड बैटरी को अपनाने से पहले थे। हालाँकि, यह पहली बैटरी थी जो रिचार्जेबल थी। इसका मतलब था कि इसे कई बार इस्तेमाल किया जा सकता है और आवश्यकता पड़ने पर इसे अपनी पूर्ण स्थिति में वापस लाया जा सकता है। यह वह था जिसने इसे अपने समय के अन्य बैटरी केमिस्ट्री से अलग किया।
जब पहली इलेक्ट्रोकेमिकल सेल का आविष्कार किया गया था, तब वापस जाना थोड़ा विवादास्पद है। एक प्राचीन बेबीलोनियाई खोज है जिसके बारे में कुछ लोग दावा करते हैं कि यह एक कार्यशील विद्युत-रासायनिक सेल है। अंजीर। 2 एक तस्वीर है जिसे “बगदाद बैटरी” के रूप में जाना जाता है। इस बात पर कोई सहमति नहीं है कि इन जहाजों को बैटरी के रूप में इस्तेमाल किया गया था और न ही इनका कोई विद्युत रासायनिक उद्देश्य था। हालांकि, अगर एसिटिक एसिड जैसे इलेक्ट्रोलाइट से भरा होता है, तो वे एक करंट और एक वोल्टेज का उत्पादन करेंगे। एक आयनिक चालक में दो असमान धातुएं – वे कैसे नहीं हो सकतीं?
वास्तविक मामला जो भी हो, हमें लगभग 3,000 वर्षों से 18वीं शताब्दी तक तेजी से आगे बढ़ने की जरूरत है जब दो डचमैन, मुशचेनब्रोक और कुनेयस ने जर्मन वैज्ञानिक इवाल्ड जॉर्ज वॉन क्लिस्ट के साथ मिलकर लेडन जार का एक कार्यशील संस्करण बनाया। यह अनिवार्य रूप से एक संधारित्र था और फिर भी एक सच्ची बैटरी नहीं थी। यह फ्रांसीसी एलेसेंड्रो वोल्टा थे जिन्होंने 1800 में पहली इलेक्ट्रोकेमिकल सेल का आविष्कार किया था, जिसे अब वोल्टा के वोल्टाइक ढेर के रूप में जाना जाता है, यह अनिवार्य रूप से तांबे और जस्ता डिस्क को उनके बीच नमकीन कपड़े के साथ वैकल्पिक रूप से एक लंबवत टावर था, चित्र 3
इस पहली बैटरी के साथ व्यावहारिक समस्याएं बहुत स्पष्ट हैं (इलेक्ट्रोलाइट लीक से साइड शॉर्ट्स, कपड़े को नम रखना आदि)। हालाँकि, इसने एक बड़ा झटका दिया, और जब अलग-अलग कोशिकाओं के बीच श्रृंखला संबंध बनाए गए, तो इसने और भी बड़ा झटका दिया। फिर भी, यह बिजली के भंडारण और वितरण का एक आदर्श तरीका नहीं था। डिज़ाइन में कुछ सुधार किए गए थे, जिसने अलग-अलग ग्लास जार में निहित कोशिकाओं को जोड़कर बैटरियों को बनाने की अनुमति दी थी और यह एक स्कॉट-विलियम क्रूकशैंक था, जिसने एक बॉक्स निर्माण किया और प्लेटों को एक स्टैक के बजाय अपनी तरफ रख दिया। इसे ट्रफ बैटरी के रूप में जाना जाता है और वास्तव में, लगभग सभी आधुनिक बैटरी निर्माणों का अग्रदूत था।
हालाँकि, इनमें से किसी भी डिज़ाइन के साथ बड़ी समस्या यह थी कि वे रिचार्जेबल नहीं थे। एक डिस्चार्ज और आपको नई प्लेट और इलेक्ट्रोलाइट डालना था और फिर से शुरू करना था। वास्तव में बिजली के भंडारण और आपूर्ति का व्यावहारिक समाधान नहीं है।
यह 1859 तक नहीं था कि एक फ्रांसीसी, गुस्ताव प्लांटे ने दुनिया की पहली रिचार्जेबल इलेक्ट्रोकेमिकल सेल का आविष्कार किया था। यह एक रबर की पट्टी द्वारा अलग किए गए लेड की एक सर्पिल घाव वाली डबल शीट थी, जो सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट में डूबी हुई थी और एक ग्लास जार अंजीर में निहित थी। 4.
प्रत्येक लीड शीट से जुड़े टेक-ऑफ तारों के साथ प्लेटों को लेड और लेड डाइऑक्साइड के लिए विद्युत रूप से चार्ज किया गया था। प्लेटों के बीच संभावित अंतर 2 वोल्ट था। इसने वोल्टाइक पाइल की तुलना में एक उच्च निरंतर वोल्टेज और करंट दिया, लेकिन इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इसे किसी भी घटक को बदले बिना विद्युत स्रोत से रिचार्ज किया जा सकता है। रिचार्ज करने की यह क्षमता और उच्च वोल्टेज और इस रसायन विज्ञान की लंबी वर्तमान अवधि औद्योगीकरण में एक उपयुक्त समय पर आई और दूरसंचार और बैक-अप पावर के प्रसार में मदद की जहां मुख्य आपूर्ति अविश्वसनीय थी।
जबकि बैटरी ऊर्जा आपूर्ति व्यवसाय में रातोंरात सनसनी बन गई, यह अभी भी अपनी क्षमता में सीमित थी। 1880 में केमिली अल्फोंस फाउरे द्वारा लीड एसिड बैटरी के व्यावसायीकरण में एक बड़ी सफलता मिलने तक यह एक समस्या बनी रही। डिस्चार्ज के दौरान करंट की अवधि बढ़ाने के लिए, उन्हें लेड शीट्स को लेड ऑक्साइड, सल्फ्यूरिक एसिड और पानी के पेस्ट के साथ लेप करने का विचार आया। फिर उन्होंने इलाज की प्रक्रिया विकसित की जिससे लेपित प्लेटों को गर्म, आर्द्र वातावरण में डाल दिया गया।
इन परिस्थितियों में, पेस्ट मिश्रण ने मूल लेड सल्फेट्स का निर्माण किया, जो कम प्रतिरोध बंधन बनाने के लिए लेड इलेक्ट्रोड के साथ भी प्रतिक्रिया करता है। फिर प्लेटों को सल्फ्यूरिक एसिड में चार्ज किया गया और ठीक किए गए पेस्ट को इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सामग्री में बदल दिया गया। इसने मूल प्लांटे सेल की तुलना में बहुत अधिक क्षमता प्रदान की।
इसके अलावा 1881 में, अर्नेस्ट वोल्कमार ने लीड ग्रिड का उपयोग करके लीड शीट कंडक्टर को बदल दिया। इस ग्रिड डिज़ाइन में सक्रिय सामग्री के लिए अधिक स्थान प्रदान करने का दोहरा लाभ था, जिसने एक उच्च क्षमता वाली बैटरी दी और ग्रिड को सक्रिय सामग्री के बेहतर बंधन को भी सक्षम किया।
ये दो लाभ कम प्रतिरोध और उच्च विशिष्ट ऊर्जा घनत्व वाली अधिक मजबूत बैटरी देते हैं। स्कडामोर सेलन ने ग्रिड को यांत्रिक रूप से संसाधित करने के लिए पर्याप्त कठोर बनाने के लिए एंटीमनी को जोड़कर इसमें सुधार किया और वास्तव में तेज उत्पादन गति शुरू करना शुरू कर दिया। 1881, वास्तव में, पोर्टेबल इलेक्ट्रिक आपूर्ति के लिए नए उभरते उपयोगों द्वारा संचालित उत्पाद नवाचार का एक वर्ष था, जैसे कि रिचार्जेबल बैटरी द्वारा संचालित पहला इलेक्ट्रिक वाहन, गुस्ताव ट्रौवे का एक 3-पहिया स्कूटर जो एक चौंका देने वाला 12 किमी / घंटा तक पहुंच गया।
एक बीमा दुःस्वप्न! 1886 में फ्रांस में लेड एसिड बैटरी से चलने वाली पहली पनडुब्बी लॉन्च की गई थी। हमारे पास लेड एसिड बैटरी के लिए प्लेट का पहला ट्यूबलर डिज़ाइन भी था, जिसे एससी करी द्वारा डिज़ाइन किया गया था, जिसने बेहतर चक्र जीवन और ऊर्जा घनत्व दिया।
अब तक लेड एसिड बैटरी चल रही थी और 1899 में केमिली जेनात्ज़ी लेड एसिड बैटरी द्वारा संचालित इलेक्ट्रिक कार में 109 किमी/घंटा तक पहुंच गई थी। विद्युत शक्ति के इस मार्च के साथ, जिसमें 1882 में पेरिस बिजली वितरण प्रणाली की स्थापना और संयुक्त राज्य अमेरिका में मोर्स इलेक्ट्रिक टेलीग्राफ का उदय शामिल है, यह स्पष्ट था कि लीड एसिड बैटरी को उचित व्यावसायिक फैशन में उत्पादित किया जाना था।
लीड एसिड बैटरी निर्माण के आधुनिकीकरण की शुरुआत
मौजूदा डिजाइन और लेड ऑक्साइड उत्पादन प्रक्रिया ने बड़े पैमाने पर उत्पादन विधियों के लिए खुद को आसानी से उधार नहीं दिया। इस युग में लेड एसिड बैटरी की मांग तेजी से उत्पादन क्षमता से अधिक थी। नए उत्पादन-अनुकूल तरीकों और बैटरी डिजाइनों की तत्काल आवश्यकता थी। पहली सफलता 1898 में मिली जब जॉर्ज बार्टन ने फाउरे द्वारा आविष्कार की गई सक्रिय सामग्री को बनाने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले लेड ऑक्साइड के उत्पादन की एक नई और बहुत तेज विधि का पेटेंट कराया। बार्टन ने गर्म हवा का उपयोग करके लेड को पिघलाने और ऑक्सीकरण करने की पारंपरिक विधि का इस्तेमाल किया। उनका नवाचार पिघला हुआ सीसा की क्रियाशीलता द्वारा बनाई गई सूक्ष्म बूंदों का उत्पादन करना था, जो तब तेजी से बहने वाली आर्द्र हवा की धारा के अधीन थी।
- इसमें प्रक्रिया को बहुत तेज करने और पारंपरिक विधि की तुलना में बहुत महीन कण आकार प्रदान करने के दोहरे फायदे थे, जिसके लिए बैटरी सक्रिय सामग्री के लिए उपयुक्त उत्पाद देने के लिए और अधिक पीसने की आवश्यकता होती है। यह 30 साल बाद तक नहीं था कि शिमदज़ू निगम के गेंज़ो शिमदज़ु द्वारा एक वैकल्पिक प्रक्रिया का आविष्कार किया गया था।
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उनका तरीका था सीसे की छोटी-छोटी डली डालना और उन्हें गर्म हवा के साथ घूमने वाली बॉल मिल में ढेर करना। इसने सोने की डली पर सतही ऑक्साइड बनाया जो भंगुर था और फ्लेक्ड हो गया था और फिर एक महीन पाउडर के लिए नीचे गिरा दिया गया था। हवा के प्रवाह की गति को मिल से विशेष आकार के कणों को बाहर निकालने और पेस्ट मिश्रण के लिए तैयार साइलो में स्टोर करने के लिए नियंत्रित किया गया था।
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बैटरी उद्योग के लिए लेड ऑक्साइड बनाने के ये शुरुआती तरीके लगभग एक सदी से निर्विरोध हैं। अधिक पर्यावरण के अनुकूल बैटरी रीसाइक्लिंग विधियों (लीड एसीटेट समाधानों से लीड वर्षा) खोजने में हालिया विकास, भविष्य में वैकल्पिक उत्पादन विधियां प्रदान कर सकते हैं, लेकिन अभी के लिए, अभी भी कोई व्यावहारिक विकल्प नहीं है।
गैस्टन प्लांट का डिज़ाइन बड़े पैमाने पर उत्पादित बैटरी के लिए व्यावहारिक समाधान नहीं था। यहां तक कि फाउरे और स्कॉट्समैन विलियम क्रूकशैंक के सुधार, जिन्होंने श्रृंखला से जुड़ी बैटरी बनाने के लिए प्लांट प्लेट तत्वों को बॉक्स डिब्बों में रखा था, ने विश्वसनीयता या बड़े पैमाने पर उत्पादन क्षमता प्रदान नहीं की।
यह लक्ज़मबर्ग इंजीनियर और आविष्कारक हेनरी ओवेन ट्यूडर हैं जिन्हें 1866 में लीड एसिड बैटरी के पहले व्यावहारिक डिजाइन को विकसित करने का श्रेय दिया जाता है। उन्होंने रोस्पोर्ट, लक्ज़मबर्ग में अपना पहला विनिर्माण संयंत्र स्थापित किया और अन्य निवेशकों के साथ मिलकर यूरोप के चारों ओर कारखाने स्थापित किए। उनकी सफलता की कुंजी एक अधिक मजबूत बैटरी प्लेट थी, जो मौजूदा डिजाइन की तुलना में अधिक समय तक चलने वाली थी।
लीड एसिड बैटरी काम कर रही है
इस समय के आसपास, Genzo Shimadzu जापान में पहला लीड एसिड बैटरी निर्माण कारखाना स्थापित कर रहा था, और 10 Ah क्षमता वाली एक चिपकाई गई प्लेट लीड एसिड बैटरी का उत्पादन किया। यह अब परिचित जापानी कंपनी जीएस बैटरी की शुरुआत थी। दोनों कंपनियों ने आधुनिक प्रक्रियाओं का बीड़ा उठाया और लीड एसिड बैटरी को अधिक विश्वसनीयता और जीवन प्रदान किया।
20वीं शताब्दी ने लेड एसिड बैटरी के लिए कई उन्नयन प्रदान किए। उन्नयन निर्माण की सामग्री के साथ शुरू हुआ। 20वीं शताब्दी में पहले कुछ दशकों तक, बैटरी सेल कंटेनरों में रबर या पिच के साथ पंक्तिबद्ध लकड़ी के बक्से होते थे। 1920 के दशक की शुरुआत तक हार्ड रबर (एबोनाइट) मोल्डिंग तकनीकों में उस बिंदु तक सुधार हुआ था जहां आवास श्रृंखला से जुड़े लीड एसिड कोशिकाओं के लिए बहु-कोशिका, रिसाव-सबूत, कठोर रबड़ बक्से प्रदान करना संभव था। पिच सीलबंद ढक्कनों के उपयोग ने कोशिकाओं के बीच शीर्ष लीड कनेक्शन पर सील करना संभव बना दिया। लकड़ी के विभाजकों और बहुत मोटी प्लेटों के साथ संयुक्त यह निर्माण 1950 के दशक की शुरुआत तक चला।
लीड एसिड बैटरी लाइफ
इस अवधि के दौरान बैटरी के अंदर का विकास पूरी तरह से स्थिर नहीं रहा। सेल्युलोज फाइबर विभाजक, राल के साथ गर्भवती लकड़ी के विभाजक के लिए एक हल्का और कम प्रतिरोध विकल्प बन गया। इन फायदों और इसके कम एसिड विस्थापन ने अधिक डिजाइन संभावनाएं दीं जिससे उच्च क्षमता और बेहतर उच्च दर निर्वहन प्रदर्शन की अनुमति मिली। सीसा-एंटीमोनी मिश्र धातुओं में सुधार ने एक अधिक मजबूत ग्रिड दिया, जो अधिक स्वचालित प्रक्रियाओं का सामना करने में सक्षम था और अंततः मशीन को चिपकाने की अनुमति देता है। नेगेटिव प्लेट के लिए कार्बन जैसे पेस्ट में एडिटिव्स और पॉजिटिव प्लेट एक्टिव मटीरियल में सेल्यूलोसिक फाइबर्स ने लेड एसिड बैटरी के साइकिल लाइफ को एक बड़ा बढ़ावा दिया।
हालाँकि, 1950 के दशक की शुरुआत में, जब प्लास्टिक हमारे जीवन के आधुनिक तरीके का एक अभिन्न अंग बनना शुरू हुआ, तो बैटरी सामग्री और प्रसंस्करण के तरीके वास्तव में बदलने लगे। भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ-साथ उपलब्ध विभिन्न प्लास्टिक की श्रृंखला का मतलब है कि 20 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में बैटरी निर्माण और उत्पादन विधियों को गंभीरता से बदला जा सकता है। इसके साथ ही ग्रिड बनाने में उपयोग किए जाने वाले लेड मिश्र धातुओं के धातु विज्ञान में प्रगति और बैटरी उद्योग ने इस अवधि के दौरान अपने उत्पादों के प्रदर्शन और लागत में सुधार करने में एक गंभीर त्वरण का अनुभव किया।
यह जानना वास्तव में कठिन है कि सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं की सूची कहाँ से शुरू की जाए, इसलिए शायद एक कालानुक्रमिक क्रम सबसे उपयुक्त होगा। इसमें से बहुत कुछ प्रत्यक्ष ऐतिहासिक तथ्य के बजाय व्यक्तिगत स्मरण है, लेकिन यह तकनीकी कदमों का एक उचित खाता होने के लिए पर्याप्त सटीक है जिसके कारण वर्तमान लीड एसिड बैटरी डिजाइन हुए। मुझे लगता है कि 1960 के दशक में हमने देखा कि प्लेटों की मशीन चिपकाने और ग्रिड की अर्ध-स्वचालित कास्टिंग सटीकता और नियंत्रण के उच्च मानकों तक पहुंचती है।
इसने हाथ की ढलाई और हाथ से चिपकाने की जगह को बहुत तेज बुक-मोल्ड ग्रिड कास्टिंग और सिंगल या डबल प्लेटों के लिए ट्रॉवेल-रोलिंग बेल्ट चिपकाने के तरीकों से बदल दिया। इन दोनों तकनीकों ने उच्च उत्पादन स्तर और ग्रिड और सक्रिय सामग्री भार और आयामों पर बेहतर नियंत्रण दिया। इसका प्रारंभिक प्रभाव श्रम और भौतिक लागत दोनों में धन की बचत करना था। द्वितीयक प्रभाव यह था कि इसने पुनर्संयोजन बैटरियों के लिए आवश्यक संकीर्ण सहिष्णुता बैंड के लिए मार्ग प्रशस्त किया।
यह निश्चित रूप से, कोशिकाओं के भीतर बैटरी पट्टियों के थ्रू-द-वॉल कनेक्शन के कारण ही संभव था। यह निचोड़ वेल्डिंग तकनीक बैटरी इंजीनियरिंग की दुनिया का एक अनसंग हीरो है। संक्षेप में, यह एक बहुत ही चतुर उपकरण है जो पिघले हुए इलेक्ट्रो-मेल्टेड लेड इंटरसेल टेक-ऑफ के प्रतिरोध मूल्य का उपयोग करके यह निर्धारित करता है कि इंटरसेल विभाजन छेद को सीसा से कब भरा गया था।
इस विधि ने भारी और महंगी टॉप-एंड लीड को हटा दिया और बॉक्स और ढक्कन को सील करने के लिए एक बहुत ही सरल गर्म दर्पण प्लेटिन का उपयोग करने में सक्षम बनाया। यह राल और गोंद विधियों के साथ विधानसभा को उल्टा किए बिना है। इस असेंबली पद्धति ने न केवल उत्पादन दरों में सुधार किया और लागत कम की, बल्कि इसने वारंटी रिटर्न के एक प्रमुख कारण को भी समाप्त कर दिया: एसिड रिसाव।
विभाजक प्रौद्योगिकी में प्रगति ने बेहतर उत्पादन विधियों की इंजीनियरिंग के साथ-साथ आंतरिक शॉर्ट सर्किट की बैटरी विफलता के एक सामान्य मोड को संबोधित करने में सहायता की। प्रारंभ में, सेल्यूलोसिक की यांत्रिक कठोरता और फिर sintered पीवीसी विभाजकों ने बैटरी पैक के स्वचालित स्टैकिंग की अनुमति दी। इससे कास्ट-ऑन-स्ट्रैप और लीड एसिड बैटरी की स्वचालित असेंबली का विकास हुआ। यह एक प्रमुख उन्नति थी। इस बिंदु तक प्लेट में शामिल होने की विधि हमेशा हाथ से जलने वाली होती थी, जिसमें स्लॉट्स के साथ स्प्लिट बस बार मोल्ड का उपयोग किया जाता था जिसमें प्लेट्स को हाथ से डाला जाता था। फिर उन्हें एक ऑक्सी-एसिटिलीन मशाल का उपयोग करके एक सीसा मिश्र धातु की छड़ी को मोल्ड में पिघलाकर मैन्युअल रूप से एक साथ वेल्डेड किया गया।
यह आज भी उपयोग में है लेकिन ज्यादातर बड़ी औद्योगिक बैटरियों तक ही सीमित है जिसे स्वचालित उपकरणों से संभालना मुश्किल है। कम उत्पादकता के अलावा, यह उद्योग में वारंटी विफलता का एक प्रमुख स्रोत रहा है। चूंकि प्लेटों को सीधा वेल्ड किया जाता है, इसलिए संभावना है कि पिघला हुआ सीसा तत्काल या भविष्य में शॉर्ट सर्किट बनाने के लिए प्लेटों के बीच बस बार मोल्ड में अंतराल से लीक हो सकता है।
लीड एसिड बैटरी आरेख
विशेष रूप से छोटी एसएलआई बैटरी के लिए कास्ट-ऑन-स्ट्रैप की विधि ने मैनुअल हैंड बर्निंग ऑपरेशन को बदल दिया है। हालांकि एक महंगा विकल्प, यह शून्य लीड रन देता है, और अगर सही लग सफाई और फ्लक्स का उपयोग किया जाता है, तो स्ट्रैप वेल्ड के लिए एक बेहतर, कम प्रतिरोध लग भी देता है। इस प्रक्रिया का एक और परिशोधन रैप स्टैकिंग विधि है। पॉलीइथाइलीन सेपरेटर का आगमन जो अत्यधिक लचीला और वेल्ड करने योग्य है, का अर्थ है कि बैटरी को पूरी तरह से पृथक प्लेटों के साथ बनाया जा सकता है।
इस पद्धति में, सकारात्मक या नकारात्मक प्लेटों को स्वचालित रूप से एक विभाजक पट्टी में डाला जा सकता है, पट्टी को प्लेट के चारों ओर मोड़ा और काटा जाता है और फिर या तो गर्मी, अल्ट्रासोनिक्स या क्रिम्पिंग का उपयोग करके प्लेट के चारों ओर एक पूर्ण सील बना दिया जाता है। बैटरी बॉक्स में कास्ट-ऑन-स्ट्रैप और स्वचालित समूह सम्मिलन के साथ संयुक्त यह विधि, उच्च उत्पादन दर, कम वारंटी और शायद सबसे महत्वपूर्ण रूप से, ऑपरेटर लीड एक्सपोजर को बहुत कम करती है।
1970 के दशक तक, लेड एसिड बैटरी में कुछ गंभीर खामियां थीं। एसिड धुएं और विस्फोटक गैसों के उत्पादन के साथ पानी के नुकसान के कारण ये उच्च रखरखाव लागत थे। यह कई औद्योगिक गतिविधियों, विशेष रूप से फोर्क लिफ्ट ट्रक उद्योग के लिए एक गंभीर लागत थी, जिसमें बैटरी को सूखने से बचाने के लिए विशेष चार्जिंग रूम की आवश्यकता होती है जिसमें अर्क और निरंतर पानी टॉपिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। इन समस्याओं का समाधान 1970 के दशक में सामने आया जब बैटरी निर्माताओं ने कार बैटरी के लिए कम सुरमा मिश्र धातुओं पर स्विच किया।
लीड बैटरी प्रकार
हालांकि यह शुरू में लागत बचाने के लिए था, यह जल्द ही पता चला कि एक ऑटोमोबाइल में वोल्टेज-नियंत्रित अल्टरनेटर चार्जिंग के साथ, बैटरी से पानी की कमी, और इसलिए रखरखाव में भारी कमी आई थी। बहुत पहले, लेड-एंटीमनी मिश्रधातुओं को सदी के पूर्वार्द्ध में उपयोग किए जाने वाले 11% की तुलना में 1.8% Sb तक कम कर दिया गया था। यह, संक्षेप में, बाढ़ग्रस्त, रखरखाव-मुक्त SLI बैटरी प्रदान करता है।
कम गैसिंग लेड मिश्र धातु का उपयोग करने के विचार ने 80 के दशक में गति पकड़ी जब भूखे इलेक्ट्रोलाइट लेड एसिड बैटरी एक ही प्लेट और ग्रिड डिजाइनों का उपयोग करके मानक फ्लड रेंज के रूप में अब परिचित बैटरी कंटेनर में दिखाई देने लगी। यह पूरी तरह से सीलबंद बैटरी थी जो पानी नहीं खोएगी या विस्फोटक गैसें नहीं छोड़ेगी। इलेक्ट्रोड पर उत्पादित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को एक स्थिर इलेक्ट्रोलाइट में बैटरी में रखा जाएगा और पानी बनाने के लिए पुनः संयोजित किया जाएगा।
जीईएल बनाने के लिए या तो सिलिका के साथ मिलाकर एसिड को स्थिर किया गया था या अत्यधिक संपीड़ित शोषक ग्लास मैट विभाजक में निलंबन में रखा गया था। यद्यपि वाल्व-विनियमित लेड एसिड बैटरी 1960 के दशक से व्यावसायिक उपयोग में थी (सोनेन्सचेन तब गेट्स), इन डिज़ाइनों में ग्रिड के लिए शुद्ध लेड का उपयोग किया गया था, जो बहुत नरम है। इसका मतलब था कि डिजाइन संभावनाएं और प्रसंस्करण विधियां सीमित थीं।
नई मिश्र धातुओं को डिजाइन किया गया, जिन्होंने सुरमा को पूरी तरह से हटा दिया और कैल्शियम को एक सख्त एजेंट के रूप में प्रतिस्थापित किया। इसने प्रभावी रूप से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की अत्यधिक क्षमता को 2.4 वोल्ट प्रति सेल चार्जिंग थ्रेशोल्ड से ऊपर उठा दिया, जो 15 घंटे के भीतर, या प्रति दिन एक चक्र के संचालन की अनुमति देगा। हालाँकि, 1980 के दशक की शुरुआत में गंभीर समस्याएँ आईं जब समय से पहले क्षमता हानि या पीसीएल के कारण बड़े पैमाने पर बैटरी की विफलता ने अधिकांश बैटरी कंपनियों को बहुत मुश्किल से मारा। यह प्रभावी रूप से सेवा में होने के पहले कुछ हफ्तों या महीनों के भीतर लेड एसिड बैटरी को बहुत तेजी से क्षमता का नुकसान था।
यह अंततः 1990 के दशक में लीड मिश्र धातु में टिन की शुरूआत के साथ हल किया गया था। इंटरफ़ेस पर टिन की सटीक कार्रवाई और सक्रिय सामग्री की अखंडता बहस का विषय है, लेकिन यह काम करने के लिए पाया गया था। एक साइड इफेक्ट यह था कि अगर सकारात्मक ग्रिड में टिन और कैल्शियम के बीच संतुलन गलत था, तो इससे ग्रिड की विनाशकारी जंग विफलता हो सकती है। 90 के दशक में डेविड प्रेंगमैन के कार्य ने इसे हल कर दिया और अब हम उचित रूप से समस्या-मुक्त और रखरखाव-मुक्त लीड एसिड बैटरी का आनंद लेते हैं।
वाल्व विनियमित लीड एसिड बैटरी
लीड एसिड बैटरी निर्माण मशीनरी
1980 के दशक के दौरान प्लेट के ट्यूबलर डिजाइन में भी कुछ आमूल-चूल परिवर्तन हुए। 1910 में अपनी शुरुआत से लेकर 60 के दशक के मध्य तक सक्रिय सामग्री को रखने के लिए ग्रिड की रीढ़ पर लगे अलग-अलग झरझरा रबर सिलेंडर का इस्तेमाल किया गया था। इसे अलग-अलग राल-गर्भवती फाइबरग्लास (पीजी) ट्यूबों के उपयोग से हटा दिया गया था। उच्च स्क्रैप दरों और बड़े पैमाने पर उत्पादन वातावरण में इस उत्पाद से निपटने की शारीरिक कठिनाई के कारण, बुने हुए मल्टीट्यूब गौंटलेट को विकसित किया गया था। इसने अधूरी ग्रिड और सक्रिय सामग्री वाहक की एकल इकाई बनाई।
1980 के दशक तक मल्टी-ट्यूब पीटी बैग्स ने पीजी ट्यूब से लगभग पूरी तरह से कब्जा कर लिया था जो कि कम लागत होने की झूठी अर्थव्यवस्था के कारण अभी भी उपयोग में था। पीटी बैग्स गौंटलेट ने अब प्लेट उत्पादन के कास्टिंग और स्पाइन इंसर्शन सेगमेंट के स्वचालन की अनुमति दी। 80 के दशक के उत्तरार्ध में बाद के विकास ने इसे प्लेट को सक्रिय सामग्री से भरने के लिए बढ़ा दिया।
यह हादी ही थे जिन्होंने रीढ़ की ढलाई से लेकर प्लेटों की फिलिंग, कैपिंग और सुखाने / इलाज तक पूरी तरह से स्वचालित लाइन बनाने का मार्ग प्रशस्त किया। इस अवधि के दौरान स्वचालित, या तो गीला या घोल से भरे तरीके भी पेश किए गए थे। ये तरीके स्वास्थ्य और सुरक्षा के दृष्टिकोण से कहीं बेहतर थे क्योंकि उन्होंने शुष्क पाउडर भरने के विकल्प की हवा की समस्याओं में सीसा को कम कर दिया था।
दूसरी सहस्राब्दी लेड एसिड बैटरी के लिए नए मुद्दों पर ध्यान केंद्रित कर रही थी। स्टॉप-स्टार्ट, और कुछ अन्य अनुप्रयोगों ने बाढ़ वाली लीड एसिड बैटरी के लिए समस्याओं को उजागर किया है जो आंशिक अवस्था (पीएसओसी) स्थितियों में काम करते हैं। इसमें, प्लेटों में सक्रिय पदार्थ कम प्रभावी सतह क्षेत्र के साथ मोटे हो जाते हैं। इसलिए, सामग्री कम प्रतिक्रियाशील है, कम क्षमता और कम उच्च दर निर्वहन क्षमता दे रही है।
इसका मुकाबला करने के लिए विभिन्न रूपों में योजक, अर्थात् कार्बन खोजने के लिए पर्याप्त काम चल रहा है जो इस मोटेपन को रोकता है और सक्रिय सामग्री की चालकता में सुधार करता है। यह चार्ज स्वीकृति (स्टार्ट-स्टॉप उपयोग में महत्वपूर्ण) के साथ-साथ पीएसओसी स्थितियों में एएम कण मोटेपन को रोकने के लिए वर्षा के लिए नाभिक प्रदान करता है। कुछ सफलता की सूचना मिली है, लेकिन इस बात का कोई पुख्ता सबूत नहीं है कि इन महंगे एडिटिव्स को सार्वभौमिक रूप से अपनाया गया है।
पीएसओसी और लीड एसिड बैटरी के विद्युत प्रदर्शन दोनों को बेहतर बनाने के लिए एडिटिव्स और सेपरेटर निर्माताओं के आपूर्तिकर्ताओं द्वारा पर्याप्त काम किया गया है। पीएसओसी स्थितियों में एसिड के स्तरीकरण को रोकने वाले नए विभाजक डिजाइनों का विपणन किया जा रहा है, जैसे कि सक्रिय सामग्री में कण मोटेपन को कम करने में मदद करने के लिए अंतर्निर्मित योजक के साथ विभाजक हैं। यह तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है क्योंकि पारंपरिक एसएलआई बाजार इलेक्ट्रिक वाहन और इसके हाइब्रिड वेरिएंट के उदय को समायोजित करने के लिए बदलता है।
लीड एसिड बैटरी अनुप्रयोग
जैसे-जैसे आंतरिक दहन इंजन हमारी सड़कों से फीका पड़ने लगता है और ईवी बाजार का विस्तार जारी रहता है, लेड एसिड बैटरी, हालांकि आज के ऊर्जा भंडारण बाजारों में सबसे अधिक बिकने वाली तकनीक है, को और अनुकूलन से गुजरना होगा। नए डिजाइन, जैसे कि द्विध्रुवी संस्करण, उनके निर्माण में काफी कम सीसा का उपयोग करने के कारण बहुत अधिक शक्ति और ऊर्जा घनत्व और कम लागत प्रदान करते हैं।
नए बाजारों का उदय, विशेष रूप से ऊर्जा भंडारण, लेड एसिड बैटरी के लिए नए अवसर प्रदान करता है। बेहतर चक्र जीवन, ऊर्जा दक्षता और कम लागत पर ध्यान केंद्रित करने से उन व्यवसायों को अधिक आकर्षक आरओआई मिलेगा जो ग्रिड-स्केल सिस्टम स्थापित कर रहे हैं। बढ़ते ईवी क्षेत्र से एसएलआई बाजार में संभावित गिरावट के बावजूद, लेड एसिड बैटरी में अभी भी बाजार की बड़ी संभावनाएं हैं। हालाँकि, यह मार्केटिंग पर उतना ही निर्भर करता है जितना कि यह तकनीक पर। नई बैटरी प्रणालियों, विशेष रूप से लिथियम आयन बैटरी केमिस्ट्री, में अभी भी उनकी उच्च प्रारंभिक लागत के शीर्ष पर रीसाइक्लिंग या निपटान बुनियादी ढांचे की कमी की महत्वपूर्ण पर्यावरणीय चिंताएं हैं।
इसका मतलब यह हो सकता है कि बैटरी के निपटान की लागत लागू होने पर जीवन का एक महंगा अंत हो सकता है, जो कि बड़ी बैटरी निवेश वाली कई कंपनियों के लिए पर्याप्त हो सकता है। यह और खरीद की उच्च लागत का मतलब है कि लिथियम आयन बैटरी के लिए आरओआई अधिकांश मौजूदा और उभरते अनुप्रयोगों में लेड एसिड बैटरी की तुलना में बहुत कम आकर्षक है। ईवी बाजार में, उदाहरण के लिए, कई इलेक्ट्रिक रिक्शा मालिक लिथियम आयन बैटरी की पूंजीगत लागत नहीं चाहते हैं और इसके बाढ़ वाले लीड एसिड बैटरी समकक्ष का उपयोग करने में प्रसन्न हैं।
संक्षेप में, हम जो कह सकते हैं वह यह है कि नए अनुप्रयोगों और नए बाजार परिवेशों को पूरा करने के लिए लीड एसिड बैटरी अभी भी विकसित हो रही है। लीड एसिड बैटरी के पुनर्चक्रण के नए, सस्ते और अधिक पर्यावरणीय रूप से सुरक्षित तरीकों के विकसित होने के साथ, यह अभी भी सबसे अधिक पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय और सुरक्षित बैटरी है जिसे आप खरीद सकते हैं। और यह बहुत ही कम कीमत में आता है। इस बारे में सोचें कि अगली बार जब आप प्रतिस्पर्धी बैटरी केमिस्ट्री के बीच तुलना करें।
