แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นสารเคมีแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่ได้รับความนิยม ข้อดีหลักประการหนึ่งของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือสามารถชาร์จซ้ำได้ ด้วยคุณสมบัตินี้จึงทำให้พบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ใช้แบตเตอรี่ในปัจจุบัน สามารถพบได้ในโทรศัพท์ รถยนต์ไฟฟ้า และรถกอล์ฟที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยเซลล์ลิเธียมไอออนหนึ่งเซลล์หรือหลายเซลล์ นอกจากนี้ยังมีแผงวงจรป้องกันเพื่อป้องกันการชาร์จไฟเกิน เซลล์เหล่านี้เรียกว่าแบตเตอรี่เมื่อติดตั้งในเคสที่มีแผงวงจรป้องกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหมือนกับแบตเตอรี่ลิเธียมหรือไม่?

ไม่ แบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความแตกต่างกันอย่างมาก ความแตกต่างหลักคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถชาร์จซ้ำได้ ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคืออายุการใช้งาน แบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานนานถึง 12 ปีโดยไม่ต้องใช้งาน ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานนานถึง 3 ปี

ส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร

เซลล์ลิเธียมไอออนมีส่วนประกอบหลัก 4 ประการ ได้แก่:

ขั้วบวก

ขั้วบวกช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลจากแบตเตอรี่ไปยังวงจรภายนอก นอกจากนี้ยังเก็บลิเธียมไอออนไว้ในระหว่างการชาร์จแบตเตอรี่อีกด้วย

แคโทด

แคโทดเป็นตัวกำหนดความจุและแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ แคโทดจะผลิตลิเธียมไอออนเมื่อปล่อยประจุออกจากแบตเตอรี่

อิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์เป็นวัสดุที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำให้ลิเธียมไอออนเคลื่อนที่ระหว่างขั้วแคโทดและขั้วแอโนด ประกอบด้วยเกลือ สารเติมแต่ง และตัวทำละลายหลายชนิด

ตัวแยก

ชิ้นส่วนสุดท้ายในเซลล์ลิเธียมไอออนคือตัวคั่น ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกั้นทางกายภาพเพื่อแยกแคโทดและแอโนดออกจากกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานโดยการเคลื่อนย้ายไอออนลิเธียมจากขั้วลบไปยังขั้วบวก และในทางกลับกันผ่านอิเล็กโทรไลต์ เมื่อไอออนเคลื่อนที่ พวกมันจะกระตุ้นอิเล็กตรอนอิสระในขั้วบวก ทำให้เกิดประจุที่ตัวเก็บกระแสบวก อิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลผ่านอุปกรณ์ เช่น โทรศัพท์หรือรถกอล์ฟ ไปยังตัวเก็บกระแสลบ และไหลกลับเข้าสู่ขั้วลบ การไหลของอิเล็กตรอนอิสระภายในแบตเตอรี่ถูกกั้นโดยตัวแยก บังคับให้อิเล็กตรอนไหลไปยังหน้าสัมผัส

เมื่อคุณชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ขั้วลบจะปล่อยไอออนลิเธียมออกมา และไอออนเหล่านี้จะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก เมื่อประจุหมด ไอออนลิเธียมจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อใด?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1970 โดยสแตนลีย์ วิตติงแฮม นักเคมีชาวอังกฤษ ระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเคมีต่างๆ เพื่อหาแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จตัวเองได้ การทดลองแรกของเขาใช้ไทเทเนียมไดซัลไฟด์และลิเธียมเป็นอิเล็กโทรด อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่จะเกิดการลัดวงจรและระเบิด

ในช่วงทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งชื่อ จอห์น บี. กู๊ดอีนัฟ ได้ริเริ่มความท้าทายนี้ ไม่นานหลังจากนั้น อากิระ โยชิโนะ นักเคมีชาวญี่ปุ่น ก็ได้เริ่มวิจัยเทคโนโลยีนี้ โยชิโนะและกู๊ดอีนัฟได้พิสูจน์แล้วว่าโลหะลิเธียมเป็นสาเหตุหลักของการระเบิด

ในช่วงทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีลิเธียมไอออนเริ่มได้รับความนิยมอย่างรวดเร็ว และกลายเป็นแหล่งพลังงานที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วภายในสิ้นทศวรรษ นับเป็นครั้งแรกที่ Sony นำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในเชิงพาณิชย์ ความปลอดภัยที่ย่ำแย่ของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมจะสามารถเก็บพลังงานได้สูงกว่า แต่ก็ไม่ปลอดภัยในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนค่อนข้างปลอดภัยในการชาร์จและการคายประจุ หากผู้ใช้ปฏิบัติตามแนวทางความปลอดภัยขั้นพื้นฐาน

เคมีลิเธียมไอออนชนิดใดดีที่สุด?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีเคมีหลายประเภท เคมีที่มีจำหน่ายในท้องตลาดมีดังนี้:

ลิเธียมไททาเนต
ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อะลูมิเนียมออกไซด์
ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์
ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO)
ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีสารเคมีอยู่หลายประเภท แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป อย่างไรก็ตาม บางประเภทเหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะกรณีเท่านั้น ดังนั้น ประเภทที่คุณเลือกจึงขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน งบประมาณ ความทนทานต่อความปลอดภัย และกรณีการใช้งานเฉพาะของคุณ

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ LiFePO4 ถือเป็นตัวเลือกที่มีจำหน่ายทั่วไปมากที่สุด แบตเตอรี่เหล่านี้ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าคาร์บอนกราไฟต์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วบวก และฟอสเฟตเป็นขั้วลบ แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานถึง 10,000 รอบ

นอกจากนี้ แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และสามารถรองรับความต้องการใช้ไฟฟ้ากระชากระยะสั้นได้อย่างปลอดภัย แบตเตอรี่ LiFePO4 ได้รับการประเมินค่าขีดจำกัดความร้อนสูงสุดที่ 510 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งสูงที่สุดเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีจำหน่ายทั่วไป

ข้อดีของแบตเตอรี่ LiFePO4

เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดอื่นๆ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีข้อได้เปรียบอย่างมาก ชาร์จและคายประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ใช้งานได้ยาวนานกว่า และสามารถชาร์จได้ลึกเคลียร์โดยไม่สูญเสียความจุ ข้อดีเหล่านี้หมายความว่าแบตเตอรี่เหล่านี้ช่วยประหยัดต้นทุนได้อย่างมากตลอดอายุการใช้งานเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น ด้านล่างนี้คือข้อดีเฉพาะของแบตเตอรี่เหล่านี้ในยานยนต์พลังงานความเร็วต่ำและอุปกรณ์อุตสาหกรรม

แบตเตอรี่ LiFePO4 ในยานพาหนะความเร็วต่ำ

รถยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ (LEV) คือยานพาหนะสี่ล้อที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 3,000 ปอนด์ ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่ไฟฟ้า ทำให้เป็นที่นิยมใช้กันในรถกอล์ฟและการใช้งานเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจอื่นๆ

เมื่อเลือกแบตเตอรี่สำหรับรถ LEV ของคุณ สิ่งสำคัญที่สุดประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคืออายุการใช้งาน ตัวอย่างเช่น รถกอล์ฟที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่ควรมีพลังงานเพียงพอที่จะวิ่งรอบสนามกอล์ฟ 18 หลุมได้โดยไม่ต้องชาร์จใหม่

สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือตารางการบำรุงรักษา แบตเตอรี่ที่ดีไม่ควรต้องบำรุงรักษาเพื่อให้เพลิดเพลินกับกิจกรรมยามว่างของคุณได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

แบตเตอรี่ควรสามารถทำงานได้ในสภาพอากาศที่หลากหลาย เช่น ช่วยให้คุณเล่นกอล์ฟได้ทั้งในฤดูร้อนที่มีอากาศร้อนอบอ้าว และฤดูใบไม้ร่วงที่อุณหภูมิลดลง

แบตเตอรี่ที่ดีควรมาพร้อมกับระบบควบคุมที่ช่วยไม่ให้แบตเตอรี่ร้อนเกินไปหรือเย็นลงมากเกินไปจนทำให้ความจุลดลง

หนึ่งในแบรนด์ที่ดีที่สุดที่ตอบโจทย์ทุกเงื่อนไขพื้นฐานแต่สำคัญเหล่านี้คือ ROYPOW แบตเตอรี่ลิเธียม LiFePO4 ของพวกเขาสามารถใช้งานในอุณหภูมิตั้งแต่ 4°F ถึง 131°F แบตเตอรี่มาพร้อมระบบจัดการแบตเตอรี่ในตัวและติดตั้งง่ายมาก

การใช้งานในอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นตัวเลือกยอดนิยมในการใช้งานทางอุตสาหกรรม สารเคมีที่ใช้กันมากที่สุดคือแบตเตอรี่ LiFePO4 อุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ประเภทนี้มากที่สุด ได้แก่:

รถยกสำหรับทางเดินแคบ
รถยกแบบถ่วงน้ำหนัก
รถยก 3 ล้อ
รถยกซ้อน
ผู้ขับขี่ปลายและกลาง

มีหลายเหตุผลที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในโรงงานอุตสาหกรรม เหตุผลหลักๆ มีดังนี้

ความจุสูงและอายุการใช้งานยาวนาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นพลังงานและอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด โดยมีน้ำหนักเพียงหนึ่งในสามของน้ำหนักแบตเตอรี่และให้พลังงานเท่ากัน

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง สำหรับการดำเนินงานในภาคอุตสาหกรรม เป้าหมายคือการควบคุมต้นทุนที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในระยะสั้นให้น้อยที่สุด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนช่วยให้แบตเตอรี่รถยกมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นถึงสามเท่า ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้อย่างมากในระยะยาว

ยังสามารถทำงานที่ความลึกการปล่อยประจุที่มากขึ้นถึง 80% โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความจุ ข้อดีอีกประการหนึ่งคือประหยัดเวลา ไม่จำเป็นต้องหยุดกลางคันเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถประหยัดเวลาการทำงานได้หลายพันชั่วโมงในระยะเวลาที่ยาวนานเพียงพอ

การชาร์จความเร็วสูง

สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดสำหรับอุตสาหกรรม เวลาในการชาร์จปกติจะอยู่ที่ประมาณแปดชั่วโมง ซึ่งเทียบเท่ากับการทำงาน 8 ชั่วโมงเต็มๆ ที่แบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้ ดังนั้น ผู้จัดการจึงต้องคำนึงถึงระยะเวลาหยุดทำงานนี้และซื้อแบตเตอรี่เพิ่ม

ด้วยแบตเตอรี่ LiFePO4 นั่นไม่ใช่ความท้าทาย ตัวอย่างที่ดีคือแบตเตอรี่ลิเธียม LifePO4 สำหรับอุตสาหกรรม ROYPOWซึ่งชาร์จได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถึงสี่เท่า ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการรักษาประสิทธิภาพไว้ได้ในระหว่างการคายประจุ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมักมีประสิทธิภาพลดลงเมื่อคายประจุ

แบตเตอรี่อุตสาหกรรม ROYPOW ไม่มีปัญหาเรื่องหน่วยความจำอีกต่อไป ด้วยระบบจัดการแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมักประสบปัญหานี้ ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการใช้พลังงานอย่างเต็มประสิทธิภาพ

เมื่อเวลาผ่านไป จะทำให้เกิดภาวะซัลเฟต ซึ่งอาจทำให้อายุการใช้งานที่สั้นอยู่แล้วลดลงครึ่งหนึ่ง ปัญหามักเกิดขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ตะกั่วกรดถูกเก็บไว้โดยไม่ได้ชาร์จจนเต็ม แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถชาร์จได้ในช่วงเวลาสั้นๆ และเก็บไว้ที่ความจุใดๆ ก็ตามที่สูงกว่าศูนย์โดยไม่มีปัญหาใดๆ

ความปลอดภัยและการจัดการ

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีข้อได้เปรียบอย่างมากในโรงงานอุตสาหกรรม ประการแรกคือมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถทำงานได้ในอุณหภูมิสูงถึง 131°F โดยไม่เกิดความเสียหายใดๆ แบตเตอรี่กรดตะกั่วจะสูญเสียอายุการใช้งานมากถึง 80% ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน

อีกประเด็นหนึ่งคือน้ำหนักของแบตเตอรี่ สำหรับแบตเตอรี่ที่มีความจุใกล้เคียงกัน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะมีน้ำหนักมากกว่ามาก ดังนั้น แบตเตอรี่จึงมักต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะและระยะเวลาในการติดตั้งที่นานกว่า ซึ่งอาจทำให้ลดชั่วโมงการทำงานลงได้

อีกประเด็นหนึ่งคือความปลอดภัยของคนงาน โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ LiFePO4 ปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ตามแนวทางของ OSHA แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดต้องถูกจัดเก็บในห้องพิเศษที่มีอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อกำจัดควันอันตราย ซึ่งทำให้ต้นทุนและความซับซ้อนเพิ่มขึ้นในการดำเนินงานทางอุตสาหกรรม

บทสรุป

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในโรงงานอุตสาหกรรมและยานยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า จึงช่วยประหยัดเงินของผู้ใช้ นอกจากนี้ แบตเตอรี่เหล่านี้ยังไม่ต้องบำรุงรักษา ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในโรงงานอุตสาหกรรมที่การประหยัดต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญที่สุด