بررسی انواع باتری ها لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر و غیره

بررسی انواع باتری ها لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر و غیره

 

باتری ها امروزه بخش مهمی در زندگی انسان ها بازی می کنند  تقریبا تمامی وسایل الکتریکی که از  برق مستقیم استفاده نمی کنند برای استفاده از انها نیاز به باتری وجود دارد که البته باتری ها هم دارای تنوع  مختلف  برای کاربرد های مختلف ساخته شده از باتری که برای تنطیم ضربان قلب انسان در علم پزشکی گرفته تا تولید اتوبوس و کامیون ها توسط شرکت تسلا که به زودی به بازار وارد خواهند شد از باتری استفاده می کنند

باطری ها به دوبخش قابل شارژ  و یکبار مصرف تقسیم می شوند
امروز نسل 3و 4 باطری ها بسیارپر کاربرد هستند به طور مثال باطری گوشی موبایل ها باطری پاور بانک ها باتری لب تاب ها و غیره البته ما قبلا در یک مقاله به صورت کامل به مقایسه انواع باتری ها پرداخته ایم.

 

باطرهای شارژ شونده:

 

1.    نیکل ـ کادمیم (Ni-cd) یا  (nickel-cadmium)
2.    هیبرید نیکل ـ فلز (NiMH) یا  (Nickel-Metal Hybride)
3.    لیتیم ـ یون (Lithium-Ion)
4.    لیتیوم پلیمر (Li-Ion polymer)

 

   نیکل ـ کادمیم (Ni-cd) یا  (nickel-cadmium)

 

 

باتریهای نیکل ـ کادمیم سرعت شارژ شدن بالا و طول عمر خوبی دارن با بیش از هزار چرخه شارژ.اما یک عیب بزرگ دارن به نام اثر حافظه (Memory Effect)یعنی اگه زمانی‌که شارژ یک باتری NiCd به‌طور کامل تمام نشده باشه، شارژ مجدد بشه، دانه‌های کریستالی درون باتری متبلور میشه و رشد می‌کنه. این دانه‌ها، ظرفیت باتری رو کم میکنن و حذف آن‌ها هم از باتری سخته. این نوع باتری ها در وسایلی به کار میرن که همیشه استفاده میشن. چون باید حداقل هفته ای یک بار شارژ کامل و دشارژ کامل بشن، در غیر این صورت روزانه 1% از توانشون کم میشه و اگه این باتری ها برای چند روز در حالت شارژ بمونن، آسیب میبینن.

 

  هیبرید نیکل ـ فلز (NiMH) یا  (Nickel-Metal Hybride)

 

باتری‌های نیکل- هیبرید فلزی(NiMH)  جایگزین بسیار مناسبی برای باتری‌های NiCd اند، چون خصوصیات مشابه آن‌ها رو دارن و عیب بزرگ اونها یعنی اثر حافظه رو هم ندارن. باتریهای NiMH سی تا چهل درصد ظرفیت انبارش بیشتری را نسبت به معادلهای نیکل ـ کادمیم دارن ولی تعداد چرخه شارژ/دشارژ مجدد کمتری، بین 300 تا 500 چرخه، رو پشتیبانی میکنن. برای باتریهای NiMH نیاز نیس قبل از شارژ به دشارژ کامل برسن پس میتونین قبل از یک استفاده طولانی کاملا شارژش کنینیکی از مهم‌ترین نکاتی که هنگام خرید دستگاه هوشمند مثل موبایل ها تبلت ها و لب تاب ها و غیره به آن توجه می‌شود باتری دستگاه است. امروزه، با افزایش کاربری دستگاه‌های هوشمند، نقش باتری مناسب و کارآمد بیش‌ازپیش نمایان شده است.

 

باتری لیتیوم یون Li-Io

 

 

 

 

باتری‌های لیتیومی باتری‌هایی‌اند که از فلز لیتیوم یا ترکیبی از آن به‌عنوان قطب مثبت (آند) استفاده می‌کنند. عمر طولانی و ظرفیت شارژ شدن بالا این باتری‌ها را گزینه مناسبی برای استفاده در دستگاه‌های هوشمند کرده است.

لیتیوم سبک‌ترین نوع فلز است که پتانسیل الکتروشیمیایی بالایی دارد و بیشترین ظرفیت پذیرش انرژی را دارد (تقریبا دو برابر باتری‌های نیکل-کادیوم). یون‌های لیتیوم هنگام مصرف انرژی از قطب منفی آند به سمت قطب مثبت کاتد حرکت می‌کنند و هنگام شارژ شدن این فرآیند معکوس می‌شود. باتری‌های لیتیومی، که از فلز لیتیوم در تولیدشان استفاده می‌شد، به‌دلیل خاصیت ناپایدار فلز لیتیوم بسیار خطرناک بودند، به‌خصوص زمان شارژ شدن. بر همین اساس استفاده از یون‌های لیتیوم به‌جای فلز مرسوم شد. ظرفیت این باتری‌ها که از یون لیتیوم استفاده می‌کردند به نصف کاهش یافت، اما اینها دیگر خطرات باتری‌های لیتیوم فلزی را نداشتند. باتری‌های لیتیوم-یونی ولتاژی حدود 3.6 ولت دارند. این خصیصه باعث می‌شود این باتری‌ها به‌صورت تک‌سلولی استفاده شوند، درحالی‌که در صورت استفاده از باتری‌های معمولی (نیکل-کادیوم) باید از سه سلول 1.2 ولتی استفاده کرد که به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند. همین امر تاثیر بسزایی در طراحی دستگاه‌های هوشمند باریک‌تر داشت
تولید انبوه و کاربردی این نوع باتری از سال 1912 شروع شد. البته استفاده عمومی و کاربری برای عامه نداشتند. تا اینکه در سال 1991 توسط شرکت سونی در دوربین‌های هندی کم و واک من و … از این باتری استفاده شد. به عبارتی در طی دهه 90 میلادی ورودی عمومی باتری‌های لیتیوم یون Li-Io بین کاربران بوده است. 
اما باتری لیتیوم یونی عمر کوتاه‌تری دارند و اگر سیکل شارژ آن‌ها درست رعایت نشود و یا پس از مدتی شارژ نشوند، سلول مربوطه از بین خواهد رود. از این رو نسبت به زمان شارژ شدن بسیار حساس خواهند بود. اخیرا مصرف این باتری‌ها در ساخت پاور بانک Power Bank  موبایل ها و بسیاری دیگری از گجت ها بسیار کاربرد پیدا کرده است
در ادامه به جدول مشخصات فنی باتری لیتیوم یون دقت کنید.

 

 

---

 

باتری لیتیوم پلیمر Li-Po

 

 

باتری‌های لیتیومی-پلیمری در واقع همان باتری‌های لیتیومی-یونی هستند که معماری متفاوتی دارند و از معماری پلیمری استفاده می‌کنند. در این معماری، به‌جای استفاده از مایع الکترولیت، از ژل استفاده می‌شود؛ البته در ساخت ابتدایی این باتری‌ها از الکترولیت فلزی استفاده می‌شد. اولین سری باتری‌های پلیمری با شکست مواجه شدند، چرا که در دمای اتاق فعال نمی‌شدند و برای برقراری جریان می‌بایست تا دمای 60 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شدند. برای حل این مشکل، در ساخت باتری‌های پلیمری جدید از ژل‌های الکترولیت استفاده شد تا جریان در دمای اتاق نیز برقرار شود.

 

 

 

تولید این نوع باتری‌ها ریشه در سال‌های 1970 دارند. اولین نوع این باتری از یک الکترولیت پلیمری جامد که ظاهری شبیه به فیلم پلاستیکی داشت؛ تشکیل شده بود. باتری‌های لیتیوم پلیمر توانایی تولید در ابعاد و ضخامت کارت اعتباری را دارند. این نوع باتری‌ها علاوه بر ایمن بودن وزن کمتری هم دارند. در مقایسه باتری لیتیوم پلیمر Li-Po با نوع لیتیوم یون، هزینه تولید لیتیوم پلیمر بیشتر بوده و انرژی خروجی کمتری نسبت به لیتیوم یون دارند.
هر دو نوع باتری لیتیومی-یونی از نظر ساختاری شبیه یکدیگرند، اما باتری‌های پلیمری انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی ذخیره می‌کنند و از آنها نازک‌ترند، اما هزینه تولیدشان حدود 10 تا 30 درصد بیشتر از باتری‌های یونی معمولی است.
 

 

در ادامه به جدول مشخصات فنی باتری لیتیوم پلیمر دقت کنید.

 

---

 

 

 

 
جمع بندی
تا اینجا متوجه شدیم که تفاوتی بسیاری بین این دو باتری وجود ندارد. مگر در شکل ظاهر و سبک بودن دیگری و یا توان تولید انرژی دیگری و هزینه‌های تولیدی، در نهایت در یک رده قرار دارند. به عنوان مثال اکثرا میدانیم که باتری‌های استفاده شده توسط شرکت‌های بزرگی همچون اپل، موتورولا، سامسونگ و … چه هستند. ساختارهای شیمیایی این دو باتری از لحاظ الکترولیتی بودن فرآیند برای تولید انرژی شبیه به هم است. اینکه چرخه عمر استفاده عمومی از این دو مدل باتری Battery چند سال دیگر دوام خواهد آورد، دقیقا مشخص نیست. ولی به زودی شاهد باتری‌های نسل جدید، با کارایی بیشتر و سبک‌تر و البته هزینه تولیدی که هنوز مشخص نیست، خواهیم بود.

نکته مهم:

باتری استفاده شده در پهپادها از نوع لیتیوم پلیمر Li-Po است. به علت اینکه این باتری سبک‌تر است و قابلیت کار در شرایط دمایی مختلف را دارد. اما سوالی که اکثر کاربران با آن مواجه میشوند. این است که باتری لیتیوم پلیمر مخصوص پهپاد با باتری لیتیوم پلیمر معمولی متفاوت است. بلکه از چند سلول تشکیل شده است. دقت داشته باشید در ربات‌های پرنده مانند پهپادها و دیگر ربات‌ها به علت اینکه نیاز به جریان لحظه‌ای زیادی می‌باشد. باید سلول‌های باتری متفاوت باشند، چرا که در لحظه بلند شدن پهپاد بتواند کل جریان مورد نیاز برای موتورها را تامین کند.

 

آتش گرفتن باتری لیتیوم پلیمر Li-Po

 

باتری لیتیوم پلیمر Li-Po بسیار مستعد به آتش گرفتن و آسیب فیزیکی است. از این رو بدون شک از این رو حتما از شارژر های اورجینال استفاده کنید به هیچ عنوان با باتری ها ضربه نزنید از حرارت دادن باتری ها پرهیز کنید  استفاده کنید. همچنین سیکل شارژ را رعایت کنید. یعنی اگر چندین سلول باتری برای مصرفی خاص دارید، دقت کنید که تمامی سلول‌ها در یک سیکل منظم شارژ کامل و تخلیه کامل شوند. همچنین باتری‌های لیتیوم یونی Li-Ion اگر بعد از مدتی بدون شارژ بمانند، حالت خود تخریب پیدا می‌کنند. پس به این دو نکته کاملا دقت کنید.

 

 

بازیافت باطری ها

 

 

باتری ها دارای مواد شیمیایی مضر برای انسان و طبیعت هستنددر صورت رها کردن انها در طبعیت باعث آلودگی بسیار زیاد خواهند شد .باتری‌ها در خود فلزات سنگینی مانند جیوه و کادمیوم دارند که بسیار سمی‌هستند و پس از دور ریخته شدن بر اثر فساد و خوردگی ناشی از مواد داخل باتری، جدار فلزی آنها می‌شکند و این فلزات خطرناک آزاد می‌شوند یا همراه مواد داخل باتری به خاک نفوذ می‌کنند یا این که بر اثر گرما و نور خورشید تبخیر می‌شوند و هوا را آلوده می‌کنند. جیوه که یکی از مواد تشکیل دهنده باتری به شمار می‌رود فلزی بسیار خطرناک است.

به عنوان مثال  سرب عنصری است در موبایل های زیادی و بیشتر در باتری موبایل ها وجود دارد و قرار گرفتن در معرض آن غدد درون ریز، سیستم ایمندی، سیستم عصبی بدن را تحت تاثیر قرار می دهد و همچنین به مغز کودکان آسیب وارد می کند.

در بسیاری از کشور ها وسایل الکترونیکی بازیافت شده علاوه بر سود بسیاز زیاد از بازیافت این وسایل مهم تر این که طبعیت را هم از خطر اودگی در امان نگه می دارد .با توجه به قرار دادن سطل های زباله مجزا برای دور انداختن از انها استفاده کنیم تا کمکی به پاکیزه نگه داشتن طبیعت کرده باشیم