باتری لیتیومی(lithium battery) بعنوان یک فناوری پیشرفته، از یون های لیتیوم به عنوان جزء کلیدی در الکتروشیمی خود استفاده می کند و یکی از محبوب ترین، پر انرژی‌ترین و قابل اعتمادترین باتری‌های قابل شارژ به حساب می آید. باتری لیتیوم یونی در دستگاه های الکترونیکی مانند تلفن همراه، لپ تاپ و همچنین توسط شرکت های خودروسازی برای وسایل نقلیه الکتریکی کاربرد دارد. اگرچه گرمای بیش از حد ممکن است به منجر به احتراق شود اما با این حال، نرخ احتراق باتری ها لیتیوم یونی کم است.
تفاوت باتری های لیتیومی (Lithium Battery) و لیتیوم یونی (Lithium-Ion)
باتری‌های لیتیوم یون قابل شارژ هستند، در حالی که باتری‌های لیتیومی قابلیت شارژ را ندارند. سلول‌های لیتیوم یون دارای چرخه‌های شارژ/دشارژ هستند که تا هزاران بار ادامه می‌یابد. اگر این دو نوع باتری را در قفسه بدون استفاده رها کنید لیتیوم یونی حدود دو یا سه سال دوام خواهد آورد، در حالی که باتری لیتیومی ۱۰ الی ۱۲ سال ماندگاری بیشتر دارند.
اجزای تشکیل دهنده باتری های لیتیومی
سلول لیتیوم یونی از چهار جزء اصلی تشکیل شده است:
- آند
اجازه عبور جریان الکتریکی از یک مدار خارجی را می دهد. هنگامی که باتری شارژ می شود، آند یون های لیتیوم را ذخیره می کند.
- کاتد
بعنوان منبع یون های لیتیوم، تعیین کننده ولتاژ و ظرفیت باتری است.
- الکترولیت
کانال عبور یون های لیتیوم بین کاتد و آند است و از مواد افزودنی، حلال ها و نمک تشکیل شده است.
- جداکننده
بعنوان یک مانع فیزیکی به منظور دور نگه داشتن کاتد و آند از یکدیگر مطرح است.
اجزای داخلی باتری لیتیوم یونی
- سلول های لیتیوم یونی
سلول های منشوری، استوانه ای یا سلول های پاکتی
- کنترل کننده وضعیت شارژ باتری
یک کامپیوتر کوچک که فرآیند شارژ باتری را کنترل می کند
- شیر ولتاژ (voltage tap)
نظارت بر ظرفیت انرژی سلول های جداگانه باتری
- کابل های اتصال دهنده (Notebook Connector)
تسهیل کننده جریان اطلاعات و برق به داخل و خارج باتری
- مدار رگولاتور و مبدل ولتاژ
حفظ سطوح ایمن جریان و ولتاژ
- سنسورهای دما
نظارت بر دمای باتری
تفاوت باتری لیتیومی با سایر باتری های قابل شارژ
- چگالی انرژی بالاتر (می‌تواند انرژی بیشتری را در همان اندازه باتری نگه دارد)
- نرخ خود شارژی پایین که به طول عمر بهتر باتری کمک می‌کند
- ولتاژ کاری بالا (برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل مانند MP3، دوربین های دیجیتال، تلفن های همراه و بسیاری دیگر مناسب است)
- ایمنی و عملکرد بالا
نکته قابل توجه این است که شما نمی توانید باتری های سرب اسیدی را مانند لیتیوم یونی شارژ کنید.
کاربرد باتری های لیتیومی
- پاور پک قابل حمل (Portable Power Packs)
سایز کوچک تر و وزن سبک تر باتری‌های لیتیومی نسبت به باتری های سرب اسیدی، برای تأمین انرژی لپ‌تاپ، رایانه و تلفن‌ها بسیار مفید است.
- سیستم های نظارت یا هشدار در مکان های دور
به کمک سیستم های هشدار یا نظارتی که با باتری‌های لیتیوم یون کار می‌کنند، می توانید به‌طور ایمن هر مکانی را که می‌خواهید نظارت کنید.
- ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی
به دلیل فرآیند شارژ سریع و نحوه شارژ، این نوع باتری گزینه مناسبی برای پنل‌های خورشیدی است، زیرا این امکان را می‌دهد که بتوانید روزانه بیشترین ذخیره انرژی را از نور خورشید داشته باشید.
- قدرت قابل اعتماد وسایل نقلیه الکتریکی و تفریحی
شما می توانید جهت تأمین انرژی وسایل نقلیه الکتریکی یا تفریحی از باتری های لیتیومی استفاده کنید زیرا اندازه و وزن کاهش یافته آنها باعث افزایش کارایی می شود. بنابراین، اگر به فکر سفر به مکان‌های دورافتاده هستید باتری‌های لیتیوم یونی برای تأمین انرژی وسیله نقلیه جهت سفری ایمن و راحت، گزینه مناسبی هستند.
- یو پی اس یا پشتیبان گیری برق اضطراری
از آنجایی که این نوع از باتری ها به طور مؤثری انرژی را ذخیره می کنند، انتخاب ایده آلی برای یو پی اس (پشتیبان برق اضطراری) هستند تا بتوانند در برابر بی ثباتی یا از دست دادن برق محافظت کنند.
مزایا و معایب باتری لیتیومی
مزایا
- برای مدیریت چرخه های شارژ و دشارژ زیاد ساخته شده است.
- در مقایسه با باتری‌های نیکل-فلز هیدرید (NiMH) که حدود ۲۰ درصد شارژ ماهانه خود را از دست می‌دهند، باتری لیتیوم یونی هر ماه فقط ۵ درصد شارژ خود را از دست می‌دهد.
- بدلیل استفاده کربن سبک وزن و لیتیوم در الکترودها، باتری لیتیومی سبک تر از باتری های دیگر با اندازه یکسان است.
- میزان انرژی ذخیره شده در ۱kg باتری، برای باتری های لیتیوم می تواند ۱۵۰ وات ساعت باشد در حالی که این انرژی برای باتری سرب اسیدی ۲۵ وات ساعت و برای باتری نیکل-هیدرید حدود ۷۰ وات ساعت است.
معایب
- ایمنی کم
- احتمال آتش گرفتن در برابر ضربه یا پارگی وجود دارد.
- تخلیه کامل باتری می تواند در خرابی آن نقش داشته باشد.
- دمای بالا برای طول عمر آن مضر است و نگهداری در دمای بالا باعث می شود که باتری با سرعت بیشتری از بین رود.
- یک الکترولیت قابل اشتعال در این باتری ها وجود دارد که می تواند باعث آتش سوزی باتری در مقیاس کوچک شود. این موضوع در نوت ۷ سامسونگ مشاهده شد و باعث شد سازندگان تولید بیشتر آن را متوقف کنند.
- استفاده از باتری لیتیومی در هواپیما ممنوع است، زیرا این احتمال وجود دارد که سطح گرمای عجیبی تولید کند و منجر به آتش‌سوزی غیرقابل مهار شود
- با توجه به تنوع اجزا در ساخت این نوع باتری، چرخه بازیافت باتری های لیتیومی هنوز کامل نشده است.
بیشتر بخوانید: باتری خورشیدی