باطری لیتیومی
در این مقاله میخواهیم شما را با باطری های لیتیومی آشنا سازیم. این نوع باطری به دو دسته باتری لیتیومی و لیتیم یون تقسیم میشوند که کاربرد آنها در فلاش دوربین عکاسی و لپتاپ و دیگر لوازم الکترونیکی قابل حمل مانند موباید و جی پی اس و تبلت و… .
باتریهای لیتیومی امروزه بخش جداییناپذیر از زندگی روزمره ما هستند. این باتریها به دلیل ویژگیهای برجستهای مانند چگالی انرژی بالا، طول عمر طولانی، و وزن سبک در دستگاههای مختلف، از گوشیهای همراه گرفته تا خودروهای برقی، استفاده میشوند. در این مقاله، به بررسی اجمالی باتریهای لیتیومی، نحوه عملکرد آنها، انواع مختلف، مزایا و معایب و کاربردهای آنها خواهیم پرداخت.
مشاوره و خرید باتری
نحوه عملکرد باتریهای لیتیومی
باتریهای لیتیومی از دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت تشکیل شدهاند. در حین شارژ، یونهای لیتیوم از کاتد به آند حرکت میکنند، و در هنگام تخلیه باتری (زمانی که دستگاه روشن است)، یونهای لیتیوم از آند به کاتد باز میگردند. این جابجایی یونها است که انرژی الکتریکی تولید میکند.
اجزای اصلی باتریهای لیتیومی
آند (Anode): معمولا از گرافیت ساخته میشود. این قسمت باتری محل ذخیره یونهای لیتیوم در هنگام شارژ است.
کاتد (Cathode): معمولا از ترکیبات فلزی مانند کobalt (Co) یا نیکل (Ni) ساخته میشود. در این بخش یونهای لیتیومی در هنگام تخلیه باتری آزاد میشوند.
الکترولیت (Electrolyte): این ماده واسطهای است که یونهای لیتیومی را از آند به کاتد منتقل میکند.
غشای جداساز (Separator): این غشا بین آند و کاتد قرار میگیرد و از اتصال مستقیم آنها جلوگیری میکند.
تاریخچه باتریهای لیتیومی
باتریهای لیتیومی اولین بار در دهه ۱۹۸۰ توسط "جان بی. گودیناف" و "آکیرا یوشینو" توسعه یافتند. این دو دانشمند به دلیل پیشرفتهایشان در فناوری باتریهای لیتیومی، در سال ۲۰۱۹ جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند. باتریهای لیتیومی جایگزین مناسبی برای باتریهای نیکل کادمیومی و نیکل متال هیدریدی شدند و به سرعت در صنایع مختلف کاربرد پیدا کردند.
انواع باتریهای لیتیومی
۱. باتریهای لیتیومی یون (Lithium-Ion)
باتریهای لیتیومی یون به دلیل قیمت مناسب و قابلیت شارژ بالا، به طور گسترده در دستگاههای الکترونیکی استفاده میشوند. این باتریها دارای انرژی ذخیرهشده بالایی هستند و عمر طولانیتری نسبت به باتریهای دیگر دارند. در این باتریها، یونهای لیتیوم به طور مداوم از کاتد به آند و برعکس منتقل میشوند.
۲. باتریهای لیتیوم پلیمری (Lithium-Polymer)
باتریهای لیتیوم پلیمری مشابه باتریهای لیتیومی یون هستند، با این تفاوت که از یک الکترولیت پلیمری به جای الکترولیت مایع استفاده میکنند. این ساختار باعث میشود که این باتریها انعطافپذیرتر و سبکتر باشند. در نتیجه، باتریهای لیتیوم پلیمری در دستگاههایی مانند گوشیهای موبایل و لپتاپها که نیاز به طراحیهای نازک و سبک دارند، کاربرد دارند.
۳. باتریهای لیتیومی آهن فسفاته (Lithium Iron Phosphate)
باتریهای لیتیومی آهن فسفاته (LiFePO4) به دلیل ایمنی بیشتر و طول عمر بالا در صنایع خودروهای برقی و ذخیره انرژی استفاده میشوند. این باتریها برخلاف دیگر انواع لیتیومی، کمتر مستعد داغ شدن و انفجار هستند و طول عمر بالاتری دارند.
مزایا و معایب باتریهای لیتیومی
مزایا
چگالی انرژی بالا: باتریهای لیتیومی نسبت به سایر باتریها، انرژی بیشتری در هر واحد حجم یا وزن ذخیره میکنند.
عمر طولانی: این باتریها میتوانند چندین هزار چرخه شارژ و دشارژ را بدون کاهش قابلتوجه ظرفیت تحمل کنند.
وزن سبک: باتریهای لیتیومی به دلیل ترکیبات سبک وزن خود، در مقایسه با باتریهای دیگر، سبکتر هستند.
عدم وجود اثر حافظه: باتریهای لیتیومی برخلاف باتریهای نیکل کادمیومی، نیاز به تخلیه کامل ندارند و هیچگونه "اثر حافظه" در آنها وجود ندارد.
شارژ سریع: این باتریها نسبت به دیگر انواع باتریها سریعتر شارژ میشوند.
معایب
قیمت بالا: یکی از بزرگترین معایب باتریهای لیتیومی، قیمت بالای آنها است. این باتریها هزینه تولید بالایی دارند و به همین دلیل قیمت محصولات الکترونیکی که از این نوع باتری استفاده میکنند نیز بالاتر است.
حساسیت به دما: باتریهای لیتیومی به دما حساس هستند و در دماهای بالا یا پایین عملکرد بهینهای ندارند. در دمای بسیار بالا، احتمال آسیب به باتری یا حتی انفجار وجود دارد.
خطرات امنیتی: در صورتی که باتریهای لیتیومی به درستی مدیریت نشوند، ممکن است دچار مشکلاتی مانند داغ شدن بیش از حد، آتشسوزی یا انفجار شوند.
فرایند تولید پیچیده: ساخت باتریهای لیتیومی نیاز به فناوریهای پیشرفته و تجهیزات خاص دارد که تولید آنها را پیچیده و هزینهبر میکند.
البته از دیگر مزایای آن میتوان به موارد زیر نیز اشاره نمود:
۱-چگالی بسیار بالایی از انرژی را فراهم میکند
۲-دو برابر باطری های نیکلی طول عمر و ظرفیت دارد
۳-به دشارژ نیاز ندارد
۴-شارژ را به مدت ۱۰ سال نگه داشته
۵-سیستمی بی نقص و ساده دارد
۶-راندمان آن ۹۹٫۹ درصد است
ولتاژ هر پیل برابر است با ۳٫۶ولت و ولتاژ شارژ هر پیل برابر است با ۰٫۰۵ +- ۴٫۲ البته میتوان با ولتاژ ۴٫۱ هم شارژ نمود اما ظرفیت را ۱۰% کاهش میدهد ولی طول عمر باطری بیشتر میشود
ولتاژ شارژکمتر از ۴٫۱ باعث کاهش عمر مفید باتری میشود
و نیز ولتاژ شارژ بیشتر از ۴٫۲ باعث ترکیدن باطری میشود.
توجه داشته باشید که در هنگام شارژ باطری نباید دمای آن از حد معمول بیشتر شود
در زمان استفاده اگر ولتاژ باطری از ۲٫۸ ولت کمتر شود باید جریان قطع شود
حدودا هر ۲۰ روز یک بار باید ریشارژ شود.
کاربردهای باتریهای لیتیومی
گوشیهای همراه و تبلتها
باتریهای لیتیومی به دلیل چگالی انرژی بالا و وزن سبک، در گوشیهای موبایل و تبلتها به کار میروند. این باتریها به کاربران این امکان را میدهند که ساعتها از دستگاههای خود استفاده کنند بدون آنکه نیاز به شارژ مجدد داشته باشند.
خودروهای برقی
یکی از بزرگترین استفادههای باتریهای لیتیومی در صنعت خودروهای برقی است. این باتریها به دلیل توانایی ذخیرهسازی حجم زیادی انرژی و طول عمر طولانی، برای تغذیه موتورهای برقی استفاده میشوند.
دستگاههای الکترونیکی پوشیدنی
باتریهای لیتیومی در دستگاههایی مانند ساعتهای هوشمند، دستبندهای سلامت و دیگر دستگاههای پوشیدنی به کار میروند. این دستگاهها نیاز به باتریهایی با ابعاد کوچک و چگالی انرژی بالا دارند که باتریهای لیتیومی بهترین گزینه برای آنها هستند.
ذخیرهسازی انرژی
باتریهای لیتیومی در سیستمهای ذخیرهسازی انرژی برای خانهها و مشاغل نیز استفاده میشوند. این باتریها میتوانند انرژی تولید شده از منابع تجدیدپذیر مانند پنلهای خورشیدی را ذخیره کرده و در مواقع نیاز استفاده کنند.
ایمنی و نگهداری باتریهای لیتیومی
برای حفظ ایمنی و عملکرد باتریهای لیتیومی، لازم است که آنها به درستی نگهداری شوند. از جمله نکات ایمنی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
اجتناب از دمای بالا: باتریهای لیتیومی نباید در دماهای بالا قرار بگیرند، زیرا این شرایط ممکن است باعث آسیب به باتری و حتی آتشسوزی شود.
استفاده از شارژر مناسب: همیشه از شارژرهای استاندارد برای شارژ باتریهای لیتیومی استفاده کنید.
حفظ شارژ مناسب: باتریهای لیتیومی بهتر است در بازههای زمانی خاص شارژ شوند و از تخلیه کامل انرژی جلوگیری شود.
آینده باتریهای لیتیومی
با توجه به نیازهای روزافزون به ذخیرهسازی انرژی و استفاده از فناوریهای نوین، پژوهشهای زیادی در جهت بهبود عملکرد و ایمنی باتریهای لیتیومی در حال انجام است. محققان در حال کار بر روی افزایش چگالی انرژی، کاهش زمان شارژ، و افزایش عمر باتریهای لیتیومی هستند. همچنین، جستجو برای یافتن مواد جایگزین برای لیتیوم و کاهش اثرات زیستمحیطی تولید این باتریها در حال پیشرفت است.
درصورت هر گونه سوال با ما تماس بگیرید