تفاوت باتری های لیتیومی-یونی، لیتیومی-پلیمری و سایر باتری ها

Li-Ion battery :

باتری های لیتیوم آیون معمولا برای تامین نیروی لازم در دستگاههای الکترونیکی قابل حمل مورد استفاده قرار می گیرند. در مقایسه به نسل های قدیمی تر باتری ها یعنی NiCd (نیکل – کادمیوم) و NiMH (نیکل – متال) ، باتری های Li-Ion وزن و حجم سبک تری حدود 3 تا 5 برابر دارند و علاوه بر این از دوره ماندگاری بیشتری در هر بار شارژ بهره می برند.

در باتری ها اصطلاحی وجود دارد که به Memory Effect ( خاصیت حافظه ای ) مشهور است ، که خصوصا در باتری های NiCd و NiMH به شدت دیده می شد ، به اینصورت که پس از هر بار شارژ ظرفیت باتری به اندازه بسیار کمی کاهش می یافت و برای از بین بردن آن می بایست باتری را حداقل هفته ای یک بار کاملاً 100 درصد تخلیه نمود . به همین دلیل در گوشی های قدیمی که از باتری ها NiCd و یا NiMH استفاده می کردند ، بعد از یک یا دو سال عملا نیاز به عوض کردن باتری داشتیم. اما در باتری های Li-Ion این مسئله به طور کامل حل شده است.

در باتری های لیتیون آیون و پلیمر هر چقدر باتری کمتر تخلیه گردد و مرحله شارژ انجام گیرد طول عمر آن بیشتر خواهد بود. مثلا باتری را تا 50 درصد تخلیه نموده و دوباره شارز نماییم با باتری که 80 درصد تخلیه و شارژ گردد طول عمر باتری کمتر تخلیه شده ، حدودا تا دو برابر افزایش می یابد. که هر کارخانه سازنده باتری با اصطلاح DOD ( ضریب عمق تخلیه ) طول عمر باتری را با گراف نمایش می دهد. یکی از خواص برتر این نوع باتری نسبت به سایرین حالت خود تخلیه ای ( Self leakage ) بسیار پایین می باشد.

Li-Po battery :



باتری از نوع پلیمر لیتیوم می باشد که از نظر ظرفیت و ماندگاری بعد از هر بار شارژ ، مشابه باتری ها Li-Ion عمل می کند . این نوع باتری دارای وزن کمتری نسبت به مدلهای دیگر به استثنا لیتیون آیون است . اما ویژگی منحصر به فردی که سازندگان گوشی های موبایل را به سمت استفاده از این نوع باتری می کشاند این است که این باتری ها را می توان به هر شکل هندسی که در طراحی مورد نیاز باشد در آورد . این ویژگی باعث از میان رفتن محدودیت های زیادی می گردد که باتری ها مکعب مستطیلی قدیمی تر در طراحی گوشیها ایجاد می کردند .

اطلاعات تکمیلی :



۱- اگه در رابطه با باتری‌های لیتیوم یون می‌خواین بدونید باید بگم که کاملا این موضوع شیمیایی هستش و یک ماده با تغییر شیمیایی به ماده‌ای دیگر از خودش الکترون ساتع می‌کنه که وظیفهٔ اصلی‌ روی دوش یون Litium هستش و این واکنش برگشت پذیر هستش.البته این واکنش حد اکثر تا ۳۰۰ الی‌ ۱۰۰۰ بار انجام میگیره.بهتره تو سایت‌های خارجی‌ دنبال اطلاعات واکنش بگردید.

۲- راجع به مداری که داخل باتری هستش باید بگم که این باتری‌ها اگه دقت کنید به جای ۲ پایه از آنها بیشتر از ۳ پایه خارج شده است که این موضوع به خاطر وجود یک مدار داخل پک (کنار باتری) باتری هستش.این مدار کارهای زیر رو انجام میده:

– تعیین ولتاژ باتری

– تعیین دمای باتری

– تشخیص فول شارژ شدن باتری

– تشخیص خراب شدن باتری

– تعیین میزان شارژ باتری و ……

۳- روش شارژ باتری‌های Li-ion با باتری‌های دیگر فرق می‌کنه.ابتدا باتری را با جریان ثابت حداکثر تا نصف ظرفیت باتری شارژ نموده تا به ولتاژ 4.2 ولت (+ و یا- 0.05 ولت) برسد. شارژ با جریان ثابت را اصطلاحاً CC Mode می گویندو شارژ با ولتاژ ثابت را CV Mode می نامند.

شارژ با جریان ثابت تا رسیدن به 4.2 ولت حدوداً 70 تا 80 درصدظرفیت باتری شارژ می گردد و شارژ با ولتاژ ثابت که حدود 20 تا 30 درصد ظرفیت شارژ باتری می باشد، در این مد قراردادرد. معمولاً یک سوم زمان شارژ در مد CC انجام می گیرد که حدود 80 درصد شارژ می باشد و برای 20 درصد باقی مانده شارژ نیاز به دو سوم زمان دارد.

۴- در رابطه با باتری‌های خورشیدی باید بگم که همه رنجی تو بازار هست ولی‌ معیار‌های سنجش باتری خورشیدی ۲ چیز هست.

– توان یا همون watt

– جریان یا همون mA

علت کاهش ظرفیت و انفجار باتری چیست؟



باتری‌های لیتیوم یونی هم مثل دیگر انواع باتری به مرور زمان ظرفیت مفید خود را از دست می‌دهند. قبلاً در بررسی باتری‌های لیتیوم یونی و نحوه‌ی شارژ صحیح به این نتیجه رسیدیم که دمای کارکرد پایین‌تر و پرهیز از شارژ کامل و خالی شدن کامل، به افزایش عمر باتری کمک می‌کند ولیکن همیشه ظرفیت باتری در حال کاهش است. مشکل اینجاست که در گذر زمان، در اطراف کاتد واکنش ایده‌آلی که انتظارش را داریم رخ نمی‌دهد. واکنش برگشت‌ناپذیر و به خصوص استفاده‌ی ناصحیح عاملی است که کاتد را فرسوده می‌کند. البته باتری‌ها به مدار کنترل دشارژ تجهیز می‌شوند تا از دشارژ عمیق جلوگیری شود.

اما علت انفجار چیست؟ پدیده‌ای که کمتر اتفاق می‌افتد اما به هر حال مهم و خطرناک است. فرض کنید گوشی در دست کاربر و کنار گوش او باشد، آتش گرفتن ناگهانی بسیار خطرناک است. نکته این است که لیتیوم از عناصر فعال گروه یک جدول تناوبی عنصرهاست. شاید دیده باشید که دو هم گروه لیتیوم یعنی سدیم و پتاسیم، وقتی روی سطح آب می‌افتند، چه واکنش شدیدی نشان می‌دهند، کار به آتش گرفتن و پرتاب شدن تکه‌های پتاسیم به بیرون ظرف هم می‌کشد! دقیقاً به همین علت است که الکترولیت باتری‌های لیتیوم یونی باید عاری از آب باشد. الکترولیت معمولاً محلول یکی از نمک‌های لیتیوم در حلالی آلی است.


غشا برای جدا کردن دو بخش باتری به کار رفته لذا یک آسیب هر چند کوچک، باعث می‌شود که درون باتری پدیده‌ی اتصال کوتاه اتفاق بیافتد. شاید اتصال کوتاه سیم‌های برق منزل را دیده باشید، جرقه و گرمای زیاد محصول آن است. اما در باتری لیتیوم یونی، تولید گرمای زیاد در داخل باتری، پایان کار نیست، گرمای تولید شده مسبب واکنش‌های بعدی که گرمازا هستند می‌شود و در یک زمان نسبتاً کوتاه، متوجه می‌شوید که باتری آتش گرفته و حتی منفجر می‌شود.

در عمل به محض اینکه متوجه بلند شدن دود شدید، گوشی، لپ‌تاپ یا باتری ربات خود را سریعاً به گوشه‌ای پرتاب کنید چرا که نمی‌توان جلوی آتش گرفتن آن را گرفت. از تجربه‌ی شخصی خودم برایتان بگویم، جدا کردن شارژر از باتری در حال شارژ، دردی دوا نمی‌کند! باتری سریعاً و در عرض چند ثانیه به مرحله‌ی آتش گرفتگی می‌رسد! البته اگر زود متوجه دود آن شده باشید، شاید بتوانید گوشی و لپ‌تاپ خود را از مرگ نجات دهید.

دشارژ بسیار خوب باتری‌های لیتیوم یون



اگر قطب مثبت را با یک سیم نازک به قطب منفی متصل کنید، سریعاً سیم ذوب می‌شود! علت جریان بسیار بالایی است که از آن عبور می‌کند. نرخ دشارژ باتری‌های لیتیوم پلیمری به صورت 1C یا 2C بیان می‌شود. هر چه عدد مربوطه بالاتر باشد، سرعت دشارژ هم بیشتر است. به عنوان مثال فرض کنید شما هم به ساختن یک کوآدکاپتر نسبتاً سنگین علاقه‌مند شده‌اید. باتری‌های قلمی احتمالاً جوابگوی مسأله نیستند چرا که جریان الکتریکی کمی فراهم می‌کنند. به اصطلاح آمپر کمی دارند.


تعریف دقیق C-rate یا نرخ دشارژ 1C این است که یک باتری با جریانی برابر با ظرفیت خود به مدت 1 ساعت دشارژ می‌شود. مثلاً یک باتری 1000 میلی‌آمپر ساعتی در شرایط ایده‌آل قادر است جریانی 1000 میلی‌آمپر را به مدت 1 ساعت تأمین کند. باتری 3000 میلی‌آمپر ساعتی یک گوشی یا تبلت هم اگر با نرخ دشارژ 2C دشارژ شود، قادر است جریان 6000 میلی‌آمپرساعتی را در مدت زمان 30 دقیقه فراهم آورد.


باتری‌های معمولی NiMH یا نیکل متال هیدرید، نرخ دشارژی بین 1.1 تا 2.8 ظرفیت خود دارند. بنابراین با در نظر گرفتن ولتاژ 1.2 ولتی خود، توانی معادل 8.4 وات( 2.8 در 2500 میلی‌آمپر در 1.2 ولت)، حداکثر چیزی است که از یک باتری شارژی نیکل متال هیدرید انتظار داریم. اما در مورد لیتیوم یون، یک سلول 2000 میلی‌آمپرساعتی که شاید وزن کمتری هم داشته باشد، توان مفیدی برابر با 14.4 وات را در اختیارمان قرار می‌دهد. با این توان، چرخاندن سریع روتورهای چهار موتور براشلس که روی کوآدکاپتر تعبیه شده، کار مشکلی نیست.

چرا باتری لیتیوم یون معروف و محبوب است؟



موضوع اصلی چگالی انرژی است که در محاسبات مذکور، تا حدی متوجه آن شدیم. منظور از چگالی انرژی این است که به ازای واحد وزن مثلاً یک گرم، چه قدر انرژی در باتری ذخیره می‌شود. 110 تا 160 وات‌ساعت انرژی در یک کیلوگرم باتری لیتیوم-یونی ذخیره می‌شود که در مقایسه با دیگر انواع، یک رکورد است. لیتیوم-یون به ملاحظات نگهداری و مراقبت نیازی ندارد. در هر ماه تنها 10 درصد شارژ آن به خودی خود خالی می‌شود. بین 500 تا 1000 بار می‌توان آن را پر و خالی کرد تا نهایتاً 20 درصد ظرفیت آن برایمان باقی بماند. با این خصوصیات یک گزینه‌ی بهینه برای وسایل همراه و حتی دیگر ابزارها مثل پهپادها، ربات‌ها و حتی خودروهای الکتریکی است.

سال‌هاست که محققین روی باتری‌ها مشغول به کار هستند تا تکنولوژی‌های بهتری پیدا کنند. همان‌طور که مستحضر هستید، امروزه گوشی‌ها و تبلت‌ها از تمام جنبه‌ها پیشرفت کرده‌اند و به نوعی یک کامپیوتر کوچک با امکانات اضافی مثل دوربین و جی‌پی‌اس و مودم مخابراتی هستند. یکی از بخش‌هایی که به نظر می‌رسد از قافله‌ی پیشرفت جا مانده، باتری است. در کنار آزمایشات مختلف برای یافتن باتری‌هایی با ساختار الکتروشیمیایی جدید، باتری‌های لیتیوم-یونی هم زیر میکروسکوپ‌های محققین قرار داشته‌اند و کمی بهینه شده‌اند. اما اخیراً نتایج خوبی از تحقیقات دانشگاه MIT روی باتری‌هایی که الکترود فسفات آهن لیتیوم دارند، به دست آمده است.