باتری‌های لیتیوم یونی چیستند؟
باتری‌های لیتیوم-یونی نوع محبوبی از باتری‌ها هستند. یکی از مزایای اصلی این باتری‌ها قابل شارژ بودن آنهاست. به دلیل این ویژگی، امروزه در اکثر دستگاه‌های مصرفی که از باتری استفاده می‌کنند، یافت می‌شوند. آنها را می‌توان در تلفن‌ها، وسایل نقلیه الکتریکی و ماشین‌های گلف باتری‌دار یافت.
باتری‌های لیتیوم-یون چگونه کار می‌کنند؟
باتری‌های لیتیوم-یونی از یک یا چند سلول لیتیوم-یونی تشکیل شده‌اند. آنها همچنین حاوی یک برد مدار محافظ برای جلوگیری از شارژ بیش از حد هستند. این سلول‌ها پس از نصب در یک محفظه با برد مدار محافظ، باتری نامیده می‌شوند.
آیا باتری‌های لیتیوم-یونی همان باتری‌های لیتیومی هستند؟
خیر. باتری لیتیومی و باتری لیتیوم-یونی تفاوت‌های زیادی با هم دارند. تفاوت اصلی این است که باتری‌های لیتیوم-یونی قابل شارژ هستند. تفاوت عمده دیگر، عمر مفید آنهاست. یک باتری لیتیومی می‌تواند تا ۱۲ سال بدون استفاده دوام بیاورد، در حالی که باتری‌های لیتیوم-یونی تا ۳ سال عمر مفید دارند.
اجزای اصلی باتری‌های لیتیوم یونی چیست؟
سلول‌های لیتیوم-یونی چهار جزء اصلی دارند که عبارتند از:
آند
آند اجازه می‌دهد تا الکتریسیته از باتری به مدار خارجی منتقل شود. همچنین هنگام شارژ باتری، یون‌های لیتیوم را ذخیره می‌کند.
کاتد
کاتد چیزی است که ظرفیت و ولتاژ سلول را تعیین می‌کند. کاتد هنگام تخلیه باتری، یون‌های لیتیوم تولید می‌کند.
الکترولیت
الکترولیت ماده‌ای است که به عنوان مجرایی برای حرکت یون‌های لیتیوم بین کاتد و آند عمل می‌کند و از نمک‌ها، افزودنی‌ها و حلال‌های مختلف تشکیل شده است.
جداکننده
قطعه نهایی در یک سلول لیتیوم-یونی، جداکننده است. این قطعه به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کند تا کاتد و آند را از هم جدا نگه دارد.
باتری‌های لیتیوم-یونی با حرکت یون‌های لیتیوم از کاتد به آند و برعکس از طریق الکترولیت کار می‌کنند. با حرکت یون‌ها، الکترون‌های آزاد در آند فعال می‌شوند و در کلکتور جریان مثبت بار ایجاد می‌کنند. این الکترون‌ها از طریق دستگاه، تلفن یا ماشین گلف، به کلکتور منفی جریان می‌یابند و به کاتد برمی‌گردند. جریان آزاد الکترون‌ها در داخل باتری توسط جداکننده جلوگیری می‌شود و آنها را به سمت کنتاکت‌ها سوق می‌دهد.
وقتی یک باتری لیتیوم-یونی را شارژ می‌کنید، کاتد یون‌های لیتیوم را آزاد می‌کند و آنها به سمت آند حرکت می‌کنند. هنگام دشارژ، یون‌های لیتیوم از آند به کاتد حرکت می‌کنند که باعث ایجاد جریان می‌شود.
باتری‌های لیتیوم-یونی چه زمانی اختراع شدند؟
باتری‌های لیتیوم-یونی اولین بار در دهه ۷۰ میلادی توسط شیمیدان انگلیسی، استنلی ویتینگهام، مطرح شدند. در طول آزمایش‌های او، دانشمندان مواد شیمیایی مختلفی را برای باتری‌ای که بتواند خود را شارژ کند، بررسی کردند. اولین آزمایش او شامل دی‌سولفید تیتانیوم و لیتیوم به عنوان الکترود بود. با این حال، باتری‌ها دچار اتصال کوتاه شده و منفجر می‌شدند.
در دهه ۸۰ میلادی، دانشمند دیگری به نام جان بی. گودیناف این چالش را پذیرفت. کمی بعد، آکیرا یوشینو، شیمیدان ژاپنی، تحقیقات خود را در مورد این فناوری آغاز کرد. یوشینو و گودیناف ثابت کردند که فلز لیتیوم عامل اصلی انفجارها است.
در دهه ۹۰ میلادی، فناوری لیتیوم-یون شروع به جلب توجه کرد و تا پایان دهه به سرعت به یک منبع انرژی محبوب تبدیل شد. این اولین باری بود که این فناوری توسط سونی تجاری‌سازی شد. سابقه ضعیف ایمنی باتری‌های لیتیوم-یون، توسعه باتری‌های لیتیوم-یون را برانگیخت.
اگرچه باتری‌های لیتیومی می‌توانند چگالی انرژی بالاتری را در خود نگه دارند، اما در هنگام شارژ و دشارژ ناامن هستند. از سوی دیگر، باتری‌های لیتیوم-یونی در صورت رعایت دستورالعمل‌های ایمنی اولیه، شارژ و دشارژ کاملاً بی‌خطر هستند.
بهترین ترکیب شیمیایی لیتیوم یون چیست؟
انواع مختلفی از ترکیبات شیمیایی باتری لیتیوم-یون وجود دارد. انواع تجاری موجود عبارتند از:
- تیتانات لیتیوم
- اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل کبالت
- اکسید کبالت منگنز لیتیوم نیکل
- اکسید منگنز لیتیم (LMO)
- اکسید کبالت لیتیوم
- فسفات آهن لیتیم (LiFePO4)
انواع مختلفی از ترکیبات شیمیایی برای باتری‌های لیتیوم-یونی وجود دارد. هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. با این حال، برخی از آنها فقط برای موارد استفاده خاص مناسب هستند. به این ترتیب، نوعی که انتخاب می‌کنید به نیازهای انرژی، بودجه، تحمل ایمنی و مورد استفاده خاص شما بستگی دارد.
با این حال، باتری‌های LiFePO4 در دسترس‌ترین گزینه از نظر تجاری هستند. این باتری‌ها حاوی یک الکترود کربن گرافیتی هستند که به عنوان آند و فسفات به عنوان کاتد عمل می‌کند. آنها عمر چرخه‌ای طولانی تا 10000 چرخه دارند.
علاوه بر این، آنها پایداری حرارتی بسیار خوبی ارائه می‌دهند و می‌توانند با خیال راحت افزایش کوتاه مدت تقاضا را تحمل کنند. باتری‌های LiFePO4 برای آستانه فرار حرارتی تا ۵۱۰ درجه فارنهایت رتبه‌بندی شده‌اند که بالاترین میزان در بین انواع باتری‌های لیتیوم-یونی موجود در بازار است.
مزایای باتری‌های LiFePO4
در مقایسه با باتری‌های سرب-اسید و سایر باتری‌های مبتنی بر لیتیوم، باتری‌های لیتیوم-آهن-فسفات مزیت بزرگی دارند. آنها به طور کارآمد شارژ و دشارژ می‌شوند، دوام بیشتری دارند و می‌توانند به طور عمیق ...کلیبدون از دست دادن ظرفیت. این مزایا به این معنی است که این باتری‌ها در مقایسه با سایر انواع باتری، در طول عمر خود صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌ها ارائه می‌دهند. در زیر نگاهی به مزایای خاص این باتری‌ها در وسایل نقلیه کم‌سرعت و تجهیزات صنعتی می‌اندازیم.
باتری LiFePO4 در وسایل نقلیه کم سرعت
وسایل نقلیه الکتریکی کم‌سرعت (LEV) وسایل نقلیه چهارچرخی هستند که وزن آنها کمتر از ۳۰۰۰ پوند است. آنها با باتری‌های الکتریکی تغذیه می‌شوند و همین امر آنها را به انتخابی محبوب برای چرخ دستی‌های گلف و سایر کاربردهای تفریحی تبدیل می‌کند.
هنگام انتخاب گزینه باتری برای LEV خود، یکی از مهمترین ملاحظات، طول عمر است. به عنوان مثال، چرخ دستی‌های گلف باتری‌دار باید قدرت کافی برای رانندگی در یک زمین گلف ۱۸ سوراخه بدون نیاز به شارژ مجدد داشته باشند.
نکته مهم دیگر، برنامه نگهداری است. یک باتری خوب نباید به نگهداری نیاز داشته باشد تا حداکثر لذت را از فعالیت تفریحی شما تضمین کند.
باتری همچنین باید بتواند در شرایط آب و هوایی مختلف کار کند. به عنوان مثال، باید به شما امکان دهد هم در گرمای تابستان و هم در پاییز که دما کاهش می‌یابد، گلف بازی کنید.
یک باتری خوب همچنین باید دارای یک سیستم کنترل باشد که تضمین کند بیش از حد گرم یا سرد نمی‌شود و ظرفیت آن کاهش نمی‌یابد.
یکی از بهترین برندهایی که تمام این شرایط اساسی اما مهم را برآورده می‌کند، ROYPOW است. خط تولید باتری‌های لیتیومی LiFePO4 آنها برای دمای ۴ تا ۱۳۱ درجه فارنهایت (۴ تا ۱۳۱ درجه فارنهایت) طراحی شده است. این باتری‌ها دارای سیستم مدیریت باتری داخلی هستند و نصب آنها بسیار آسان است.
کاربردهای صنعتی باتری‌های لیتیوم یون
باتری‌های لیتیوم-یونی یک گزینه محبوب در کاربردهای صنعتی هستند. رایج‌ترین ماده شیمیایی مورد استفاده، باتری‌های LiFePO4 هستند. برخی از رایج‌ترین تجهیزات مورد استفاده از این باتری‌ها عبارتند از:
- لیفتراک‌های راهرو باریک
- لیفتراک‌های متعادل
- لیفتراک‌های سه چرخ
- واکی استاکرها
- سوارکاران انتهایی و مرکزی
دلایل زیادی وجود دارد که چرا باتری‌های لیتیوم-یونی در محیط‌های صنعتی محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. دلایل اصلی عبارتند از:
ظرفیت و طول عمر بالا
باتری‌های لیتیوم-یونی در مقایسه با باتری‌های سرب-اسیدی چگالی انرژی و طول عمر بیشتری دارند. آنها می‌توانند یک سوم وزن باتری‌های سرب-اسیدی را داشته باشند و همان خروجی را ارائه دهند.
چرخه عمر آنها یکی دیگر از مزایای اصلی است. برای یک عملیات صنعتی، هدف این است که هزینه‌های مکرر کوتاه‌مدت به حداقل برسد. با باتری‌های لیتیوم-یونی، باتری‌های لیفتراک می‌توانند سه برابر بیشتر عمر کنند و در درازمدت منجر به صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌ها شوند.
آنها همچنین می‌توانند در عمق بیشتری از تخلیه تا ۸۰٪ بدون هیچ تاثیری بر ظرفیت خود کار کنند. این مزیت دیگری در صرفه‌جویی در زمان دارد. نیازی به توقف عملیات در میانه راه برای تعویض باتری‌ها نیست، که می‌تواند منجر به صرفه‌جویی هزاران ساعت کار در یک دوره زمانی نسبتاً طولانی شود.
شارژ پرسرعت
با باتری‌های سرب-اسید صنعتی، زمان شارژ معمولی حدود هشت ساعت است. این معادل یک شیفت کامل ۸ ساعته است که در آن باتری برای استفاده در دسترس نیست. در نتیجه، یک مدیر باید این زمان از کارافتادگی را در نظر بگیرد و باتری‌های اضافی خریداری کند.
با باتری‌های LiFePO4، این یک چالش نیست. یک مثال خوب این استباتری‌های لیتیومی صنعتی ROYPOW LifePO4که چهار برابر سریع‌تر از باتری‌های اسید سرب شارژ می‌شوند. مزیت دیگر، توانایی حفظ کارایی در هنگام تخلیه است. باتری‌های اسید سرب اغلب هنگام تخلیه دچار تأخیر در عملکرد می‌شوند.
خط تولید باتری‌های صنعتی ROYPOW به لطف یک سیستم مدیریت باتری کارآمد، هیچ مشکلی در حافظه ندارد. باتری‌های سرب-اسیدی اغلب از این مشکل رنج می‌برند که می‌تواند منجر به عدم دستیابی به ظرفیت کامل شود.
با گذشت زمان، باعث سولفاته شدن می‌شود که می‌تواند طول عمر کوتاه آنها را به نصف کاهش دهد. این مشکل اغلب زمانی رخ می‌دهد که باتری‌های سرب اسیدی بدون شارژ کامل انبار می‌شوند. باتری‌های لیتیومی را می‌توان در فواصل کوتاه شارژ کرد و بدون هیچ مشکلی در هر ظرفیتی بالاتر از صفر نگهداری کرد.
ایمنی و جابجایی
باتری‌های LiFePO4 در محیط‌های صنعتی مزیت بزرگی دارند. اولاً، پایداری حرارتی بالایی دارند. این باتری‌ها می‌توانند در دماهای تا ۱۳۱ درجه فارنهایت بدون هیچ آسیبی کار کنند. باتری‌های سرب اسیدی در دمای مشابه تا ۸۰٪ از چرخه عمر خود را از دست می‌دهند.
مسئله دیگر وزن باتری‌ها است. برای ظرفیت باتری مشابه، باتری‌های سرب-اسید وزن قابل توجهی بیشتری دارند. به همین دلیل، آنها اغلب به تجهیزات خاص و زمان نصب طولانی‌تری نیاز دارند که می‌تواند منجر به کاهش ساعت کاری نیروی انسانی شود.
مسئله دیگر ایمنی کارگران است. به طور کلی، باتری‌های LiFePO4 از باتری‌های سرب-اسید ایمن‌تر هستند. طبق دستورالعمل‌های OSHA، باتری‌های سرب-اسید باید در اتاق مخصوصی با تجهیزاتی که برای از بین بردن گازهای خطرناک طراحی شده‌اند، نگهداری شوند. این امر هزینه و پیچیدگی اضافی را به یک عملیات صنعتی وارد می‌کند.
نتیجه‌گیری
باتری‌های لیتیوم-یونی در محیط‌های صنعتی و برای وسایل نقلیه الکتریکی کم‌سرعت مزیت آشکاری دارند. آنها عمر طولانی‌تری دارند و در نتیجه در هزینه‌های کاربران صرفه‌جویی می‌کنند. این باتری‌ها همچنین نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند، که این امر به ویژه در محیط‌های صنعتی که صرفه‌جویی در هزینه از اهمیت بالایی برخوردار است، بسیار مهم است.
مقاله مرتبط:
آیا باتری‌های لیتیوم فسفات بهتر از باتری‌های لیتیوم سه‌تایی هستند؟
آیا گاری‌های گلف یاماها با باتری‌های لیتیومی عرضه می‌شوند؟
آیا می‌توان باتری‌های لیتیومی را در ماشین‌های باشگاهی قرار داد؟
