Applied Technology, IPR and Energy PYQs

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Nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries are a type of rechargeable (secondary) cell specifically designed for portable electronic devices.

They use nickel oxide hydroxide as the positive electrode (cathode) and metallic cadmium as the negative electrode (anode).

These materials allow for a reversible chemical reaction, enabling the battery to be charged and discharged numerous times.

Historically, Ni-Cd batteries were the standard for high-drain portable devices like torchlights and electric shavers because they can deliver high current and maintain a steady voltage throughout discharge.

व्याख्या Please wait..

निकेल-कैडमियम (Ni-Cd) बैटरियां एक प्रकार की रिचार्जेबल (द्वितीयक) सेल हैं, जो विशेष रूप से पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए डिज़ाइन की गई हैं

वे निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड को सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) और धात्विक कैडमियम को नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के रूप में उपयोग करते हैं

ये सामग्री एक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया की अनुमति देती हैं, जिससे बैटरी को कई बार चार्ज और डिस्चार्ज किया जा सकता है

ऐतिहासिक रूप से, Ni-Cd बैटरियां उच्च-ड्रेन पोर्टेबल उपकरणों जैसे टॉर्चलाइट्स और इलेक्ट्रिक शेवर्स के लिए मानक थीं क्योंकि वे उच्च धारा प्रदान कर सकती हैं और डिस्चार्ज के दौरान स्थिर वोल्टेज बनाए रखती हैं

Rechargeable batteries

Rechargeable batteries consist of a cathode (positive, typically lithium metal oxides like NMC or LFP), anode (negative, usually graphite or silicon), and electrolyte (lithium salt in solvent) that facilitates ion movement.

A rechargeable battery, storage battery, or accumulator is a type of electrical battery which comprises of one or more electrochemical cells, and is a type of energy accumulator.

Its electrochemical reactions are electrically reversible and is therefore also known as a secondary cell.

Common Battery Types

Lithium-ion (Li-ion): Standard for electronics and EVs, using graphite and metal oxides.
Lead-acid & Nickel-cadmium (NiCd): Older, robust technologies used in cars and heavy equipment.
Solid-state: Emerging technology using solid electrolytes for higher safety and energy.

Nickel metal hydride (NiMH), and Lithium ion polymer (Li-ion polymer).

Cost

Higher initial cost.

Can be recharged very cheaply and used many times.

Lower total cost of use and environmental impact.

रिचार्जेबल बैटरियां

रिचार्जेबल बैटरियों में एक कैथोड (सकारात्मक, आमतौर पर लिथियम मेटल ऑक्साइड जैसे NMC या LFP), एनोड (नकारात्मक, आमतौर पर ग्रेफाइट या सिलिकॉन), और इलेक्ट्रोलाइट (सॉल्वेंट में लिथियम नमक) होता है जो आयन के संचलन को सुगम बनाता है

एक रिचार्जेबल बैटरी, स्टोरेज बैटरी, या एक्यूम्युलेटर एक प्रकार की विद्युत बैटरी है जिसमें एक या अधिक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल होते हैं, और यह ऊर्जा संचायक का एक प्रकार है

इसके इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं विद्युत रूप से प्रतिवर्ती होती हैं और इसलिए इसे द्वितीयक सेल के रूप में भी जाना जाता है

सामान्य बैटरी प्रकार

लिथियम-आयन (Li-ion): इलेक्ट्रॉनिक्स और EVs के लिए मानक, ग्रेफाइट और मेटल ऑक्साइड का उपयोग करते हैं
लीड-एसिड & निकेल-कैडमियम (NiCd): पुरानी, मजबूत तकनीकें जो कारों और भारी उपकरणों में उपयोग की जाती हैं
सॉलिड-स्टेट: उभरती हुई तकनीक जो उच्च सुरक्षा और ऊर्जा के लिए ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती है

निकेल मेटल हाइड्राइड (NiMH), और लिथियम आयन पॉलिमर (Li-ion पॉलिमर)

लागत

उच्च प्रारंभिक लागत

बहुत सस्ते में फिर से चार्ज किया जा सकता है और कई बार उपयोग किया जा सकता है

उपयोग की कुल लागत और पर्यावरणीय प्रभाव कम

<ul><li> 
रिचार्जेबल बैटरियों में एक कैथोड (सकारात्मक, आमतौर पर लिथियम मेटल ऑक्साइड जैसे NMC या LFP), एनोड (नकारात्मक, आमतौर पर ग्रेफाइट या सिलिकॉन), और इलेक्ट्रोलाइट (सॉल्वेंट में लिथियम नमक) होता है जो आयन के संचलन को सुगम बनाता है</li></ul>

<ul><li> 
एक रिचार्जेबल बैटरी, स्टोरेज बैटरी, या एक्यूम्युलेटर एक प्रकार की विद्युत बैटरी है जिसमें एक या अधिक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल होते हैं, और यह ऊर्जा संचायक का एक प्रकार है</li></ul>

<ul><li> 
इसके इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं विद्युत रूप से प्रतिवर्ती होती हैं और इसलिए इसे द्वितीयक सेल के रूप में भी जाना जाता है</li></ul>

सामान्य बैटरी प्रकार

<ul type="disc">
 <li>लिथियम-आयन (Li-ion): इलेक्ट्रॉनिक्स और EVs के लिए मानक, ग्रेफाइट और मेटल ऑक्साइड का उपयोग करते हैं</li>
 <li>लीड-एसिड & निकेल-कैडमियम (NiCd): पुरानी, मजबूत तकनीकें जो कारों और भारी उपकरणों में उपयोग की जाती हैं</li>
 <li>सॉलिड-स्टेट: उभरती हुई तकनीक जो उच्च सुरक्षा और ऊर्जा के लिए ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती है </li>
</ul>

<ul><li> 
निकेल मेटल हाइड्राइड (NiMH), और लिथियम आयन पॉलिमर (Li-ion पॉलिमर)</li></ul>

लागत

<ul><li> 
उच्च प्रारंभिक लागत</li></ul>

<ul><li> 
बहुत सस्ते में फिर से चार्ज किया जा सकता है और कई बार उपयोग किया जा सकता है</li></ul>

<ul><li> 
उपयोग की कुल लागत और पर्यावरणीय प्रभाव कम</li></ul>

Electrodes, Electrolytes etc.

Cathodes (Positive Electrode): Store lithium and determine voltage/capacity. Determines the energy density, voltage/capacity, and cost of the battery. Common materials include Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2), Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4), Lithium Iron Phosphate (LPF) (LiFePO4), and Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC).
Anodes (Negative Electrode): Store lithium and release electrons. Graphite is most common due to high electrical conductivity and stability, while silicon offers higher energy density.
Electrolytes (Ion Conductor): A medium, often liquid (lithium salt like in organic solvents) or solid, that allows ion flow between the cathode and anode while blocking electron flow. E.g. lithium hexafluorophosphate.

Emerging Technology: Solid-state batteries (SSBs) are being developed to replace flammable liquid electrolytes with solid electrolytes (sulfides, oxides, polymers) for improved safety and energy density.

Cathodes define energy capacity, anodes manage power, and liquid/solid electrolytes facilitate ion transport, determining safety and performance.
LFP is safer, lasts longer (3,000+ cycles), and is cheaper, ideal for standard-range EVs and stationary storage. NMC offers higher energy density for longer range and better performance in cold, but costs more and is less stable at high temperatures.

Operational Principles

During discharge, ions move from anode to cathode; during charge, they move back.

Discharge: Anode oxidizes (releases electrons), cathode reduces (accepts electrons).
Charge: The process reverses; the positive electrode acts as the cathode and the negative as the anode.
Separator: A physical barrier preventing short circuits between electrodes while allowing ion passage.

<ul type="disc">
 <li>Cathodes
 (Positive Electrode): Store
 lithium and determine voltage/capacity. Determines the energy
 density, voltage/capacity, and cost of the battery. Common materials
 include Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2), Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4),
 Lithium Iron Phosphate (LPF) (LiFePO4), and Lithium Nickel Manganese
 Cobalt Oxide (NMC).</li>
 <li>Anodes
 (Negative Electrode): Store
 lithium and release electrons. Graphite is most common due to high
 electrical conductivity and stability, while silicon offers higher energy
 density.</li>
 <li>Electrolytes
 (Ion Conductor): A
 medium, often liquid (lithium salt like in organic solvents) or
 solid, that allows ion flow between the cathode and anode while blocking
 electron flow. E.g. lithium hexafluorophosphate.</li>
</ul>

<ul type="disc">
 <li>Emerging
 Technology: Solid-state
 batteries (SSBs) are being developed to replace flammable liquid
 electrolytes with solid electrolytes (sulfides, oxides, polymers) for
 improved safety and energy density.</li>
</ul>

<ul type="disc">
 <li>Cathodes define
 energy capacity, anodes manage power, and liquid/solid electrolytes
 facilitate ion transport, determining safety and performance.</li>
 <li>LFP is safer,
 lasts longer (3,000+ cycles), and is cheaper, ideal for standard-range EVs
 and stationary storage. NMC offers higher energy density for longer range
 and better performance in cold, but costs more and is less stable at high
 temperatures.</li>
</ul>

Operational
Principles

<ul><li> 
During discharge, ions move from anode to cathode; during charge, they
move back.</li></ul>

<ul type="disc">
 <li>Discharge: Anode oxidizes (releases electrons),
 cathode reduces (accepts electrons).</li>
 <li>Charge: The process reverses; the positive
 electrode acts as the cathode and the negative as the anode.</li>
 <li>Separator: A physical barrier preventing short
 circuits between electrodes while allowing ion passage. </li>
</ul>

इलेक्ट्रोड्स, इलेक्ट्रोलाइट्स आदि

कैथोड्स (सकारात्मक इलेक्ट्रोड): लिथियम को संग्रहीत करते हैं और वोल्टेज/क्षमता निर्धारित करते हैं। बैटरी की ऊर्जा घनत्व, वोल्टेज/क्षमता, और लागत निर्धारित करते हैं। सामान्य सामग्री में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO2), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn2O4), लिथियम आयरन फॉस्फेट (LPF) (LiFePO4), और लिथियम निकेल मैंगनीज कोबाल्ट ऑक्साइड (NMC) शामिल हैं।
एनोड्स (नकारात्मक इलेक्ट्रोड): लिथियम को संग्रहीत करते हैं और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं। ग्रेफाइट उच्च विद्युत चालकता और स्थिरता के कारण सबसे सामान्य है, जबकि सिलिकॉन उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है।
इलेक्ट्रोलाइट्स (आयन कंडक्टर): एक माध्यम, अक्सर तरल (जैसे कार्बनिक विलायकों में लिथियम नमक) या ठोस, जो कैथोड और एनोड के बीच आयन प्रवाह की अनुमति देता है जबकि इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोकता है। जैसे लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट।

उभरती प्रौद्योगिकी: सॉलिड-स्टेट बैटरियों (SSBs) को ज्वलनशील तरल इलेक्ट्रोलाइट्स को ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स (सल्फाइड्स, ऑक्साइड्स, पॉलिमर्स) से बदलने के लिए विकसित किया जा रहा है, जिससे सुरक्षा और ऊर्जा घनत्व में सुधार होता है।

कैथोड्स ऊर्जा क्षमता को परिभाषित करते हैं, एनोड्स शक्ति को प्रबंधित करते हैं, और तरल/ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स आयन परिवहन की सुविधा प्रदान करते हैं, जो सुरक्षा और प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं।
LFP अधिक सुरक्षित है, लंबे समय तक चलता है (3,000+ चक्र), और सस्ता है, मानक-रेंज EVs और स्थिर भंडारण के लिए आदर्श है। NMC उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है, लंबी रेंज और ठंड में बेहतर प्रदर्शन के लिए, लेकिन अधिक महंगा है और उच्च तापमान पर कम स्थिर है।

संचालन सिद्धांत

डिस्चार्ज के दौरान, आयन एनोड से कैथोड की ओर जाते हैं; चार्ज के दौरान, वे वापस जाते हैं।

डिस्चार्ज: एनोड ऑक्सीडाइज होता है (इलेक्ट्रॉनों को छोड़ता है), कैथोड रिड्यूस होता है (इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है)।
चार्ज: प्रक्रिया उलट जाती है; सकारात्मक इलेक्ट्रोड कैथोड के रूप में कार्य करता है और नकारात्मक एनोड के रूप में।
सेपरेटर: इलेक्ट्रोड्स के बीच शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए एक भौतिक बाधा है जबकि आयन के मार्ग की अनुमति देता है।

<ul type="disc">
 <li>कैथोड्स
 (सकारात्मक इलेक्ट्रोड): लिथियम
 को संग्रहीत करते हैं और वोल्टेज/क्षमता निर्धारित करते हैं। बैटरी की ऊर्जा
 घनत्व, वोल्टेज/क्षमता, और लागत निर्धारित करते हैं। सामान्य सामग्री में
 लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LiCoO2), लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड (LiMn2O4),
 लिथियम आयरन फॉस्फेट (LPF) (LiFePO4), और लिथियम निकेल मैंगनीज
 कोबाल्ट ऑक्साइड (NMC) शामिल हैं।</li>
 <li>एनोड्स
 (नकारात्मक इलेक्ट्रोड): लिथियम
 को संग्रहीत करते हैं और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं। ग्रेफाइट उच्च
 विद्युत चालकता और स्थिरता के कारण सबसे सामान्य है, जबकि सिलिकॉन उच्च
 ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है।</li>
 <li>इलेक्ट्रोलाइट्स
 (आयन कंडक्टर): एक
 माध्यम, अक्सर तरल (जैसे कार्बनिक विलायकों में लिथियम नमक) या
 ठोस, जो कैथोड और एनोड के बीच आयन प्रवाह की अनुमति देता है जबकि
 इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोकता है। जैसे लिथियम हेक्साफ्लोरोफॉस्फेट।</li>
</ul>

<ul type="disc">
 <li>उभरती
 प्रौद्योगिकी: सॉलिड-स्टेट
 बैटरियों (SSBs) को ज्वलनशील तरल
 इलेक्ट्रोलाइट्स को ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स (सल्फाइड्स, ऑक्साइड्स, पॉलिमर्स) से
 बदलने के लिए विकसित किया जा रहा है, जिससे सुरक्षा और ऊर्जा घनत्व में सुधार
 होता है।</li>
</ul>

<ul type="disc">
 <li>कैथोड्स ऊर्जा
 क्षमता को परिभाषित करते हैं, एनोड्स शक्ति को प्रबंधित करते हैं, और तरल/ठोस
 इलेक्ट्रोलाइट्स आयन परिवहन की सुविधा प्रदान करते हैं, जो सुरक्षा और
 प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं।</li>
 <li>LFP अधिक सुरक्षित है,
 लंबे समय तक चलता है (3,000+ चक्र), और सस्ता है, मानक-रेंज EVs और स्थिर
 भंडारण के लिए आदर्श है। NMC उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है, लंबी रेंज और
 ठंड में बेहतर प्रदर्शन के लिए, लेकिन अधिक महंगा है और उच्च तापमान पर कम
 स्थिर है।</li>
</ul>

संचालन
सिद्धांत

<ul><li> 
डिस्चार्ज के दौरान, आयन एनोड से कैथोड की ओर जाते हैं; चार्ज के दौरान, वे
वापस जाते हैं।</li></ul>

<ul type="disc">
 <li>डिस्चार्ज: एनोड ऑक्सीडाइज होता है (इलेक्ट्रॉनों को
 छोड़ता है), कैथोड रिड्यूस होता है (इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करता है)।</li>
 <li>चार्ज: प्रक्रिया उलट जाती है; सकारात्मक
 इलेक्ट्रोड कैथोड के रूप में कार्य करता है और नकारात्मक एनोड के रूप में।</li>
 <li>सेपरेटर: इलेक्ट्रोड्स के बीच शॉर्ट
 सर्किट को रोकने के लिए एक भौतिक बाधा है जबकि आयन के मार्ग की अनुमति
 देता है। </li>
</ul>

Science Tech Internal Security / विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी तथा आंतरिक सुरक्षा

Q 1995, Applied Technology, IPR and Energy

Which one of the following pairs of materials serves as electrodes in chargeable batteries commonly used in devices such as torchlights, electric shavers etc.?

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Rechargeable batteries

रिचार्जेबल बैटरियां

Electrodes, Electrolytes etc.

इलेक्ट्रोड्स, इलेक्ट्रोलाइट्स आदि

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John Doe

Science Tech Internal Security / विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी तथा आंतरिक सुरक्षा

Q 1995, Applied Technology, IPR and Energy

Which one of the following pairs of materials serves as electrodes in chargeable batteries commonly used in devices such as torchlights, electric shavers etc.?

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Rechargeable batteries

रिचार्जेबल बैटरियां

Electrodes, Electrolytes etc.

इलेक्ट्रोड्स, इलेक्ट्रोलाइट्स आदि

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Question Meta

Ancient History / प्राचीन इतिहास

John Doe