باتری لیتیوم یون
مقدار
باتری لیتیوم یونی یا باتری لیتیوم یونی نوعی باتری لیتیومی است
فناوری های نوظهور برای تحرک الکترونیکی
گوشی‌های هوشمند، دوربین‌های داخل هواپیما، پهپادها، ابزارهای برقی، موتورسیکلت‌های برقی، اسکوترها... باتری‌های لیتیومی امروزه در زندگی روزمره ما وجود دارند و بسیاری از کاربردها را متحول کرده‌اند. اما آنها در واقع چه چیزی را به ارمغان می آورند و آیا هنوز هم می توانند تکامل یابند؟
داستان
در دهه 1970 بود که باتری لیتیوم یونی توسط استنلی ویتینگهام معرفی شد. کار دومی توسط جان بی گودناف و آکیرو یوشینو در سال 1986 ادامه خواهد یافت. تنها در سال 1991 بود که سونی اولین باتری در نوع خود را به بازار عرضه کرد و یک انقلاب فنی را آغاز کرد. در سال 2019، سه مخترع مشترک جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند.
چگونه کار می کند؟
باتری لیتیوم یونی در واقع مجموعه ای از چندین سلول لیتیوم یونی است که انرژی الکتریکی را ذخیره و برمی گرداند. باتری مبتنی بر سه جزء اصلی است: یک الکترود مثبت به نام کاتد، یک الکترود منفی به نام آند و یک الکترولیت، یک محلول رسانا.
هنگامی که باتری تخلیه می شود، آند الکترون ها را از طریق الکترولیت به کاتد ساطع می کند که به نوبه خود یون های مثبت را مبادله می کند. حرکت در هنگام شارژ تغییر می کند.
بنابراین، اصل کار مانند باتری "سرب" باقی می ماند، با این تفاوت که در اینجا سرب و اکسید سرب الکترودها با یک کاتد اکسید کبالت جایگزین می شوند که شامل کمی زنبق و یک آند گرافیتی است. به همین ترتیب، اسید سولفوریک یا حمام آب جای خود را به الکترولیت نمک های لیتیوم می دهد.
الکترولیت مورد استفاده امروزه به شکل مایع است، اما تحقیقات به سمت الکترولیت جامد، ایمن تر و بادوام تر حرکت می کند.
مزایا
چرا باتری لیتیوم یونی در 20 سال گذشته جایگزین باتری های دیگر شده است؟
پاسخ ساده است. این باتری چگالی انرژی بسیار خوبی را ارائه می دهد و بنابراین عملکرد یکسانی را برای کاهش وزن در مقایسه با سرب، نیکل ...
این باتری ها همچنین دارای خود تخلیه نسبتا کم (حداکثر 10 درصد در ماه)، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند و اثر حافظه ندارند.
در نهایت، اگر گران‌تر از فناوری‌های باتری قدیمی‌تر باشند، ارزان‌تر از لیتیوم پلیمر (Li-Po) هستند و از لیتیوم فسفات (LiFePO4) کارآمدتر باقی می‌مانند.
محدودیت ها
با این حال، باتری های لیتیوم یون ایده آل نیستند و به ویژه در صورت تخلیه کامل، آسیب سلولی بیشتری خواهند داشت. بنابراین برای اینکه خواص خود را خیلی سریع از دست ندهند بهتر است بدون اینکه منتظر صاف شدن آن ها باشید بارگیری کنید.
اول از همه، باتری می تواند خطرات ایمنی جدی ایجاد کند. هنگامی که باتری بیش از حد بارگیری می شود یا به زیر 5- درجه سانتیگراد می رسد، لیتیوم از طریق دندریت های هر الکترود جامد می شود. هنگامی که آند و کاتد توسط دندریت های خود به هم متصل می شوند، باتری می تواند آتش بگیرد و منفجر شود. موارد زیادی با نوکیا، فوجیتسو-زیمنس یا سامسونگ گزارش شده است، انفجارهایی نیز در هواپیما رخ داده است، بنابراین امروزه حمل باتری لیتیوم یونی در انبار ممنوع است و سوار شدن در کابین اغلب از نظر قدرت محدود است (ممنوع در بالا 160 وات ساعت و منوط به مجوز از 100 تا 160 وات ساعت).
بنابراین، برای مبارزه با این پدیده، سازندگان سیستم‌های کنترل الکترونیکی (BMS) را با قابلیت اندازه‌گیری دمای باتری، تنظیم ولتاژ و عمل به عنوان قطع کننده مدار در صورت بروز ناهنجاری، پیاده‌سازی کرده‌اند. الکترولیت جامد یا ژل پلیمری نیز دیدگاه‌هایی هستند که برای دور زدن این مشکل مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
همچنین، برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، شارژ باتری در 20 درصد گذشته کند شده است، بنابراین زمان شارژ اغلب فقط 80 درصد تبلیغ می شود.
با این حال، یک باتری لیتیوم یونی بسیار کاربردی برای استفاده روزمره تأثیر عمیقی بر محیط زیست دارد، ابتدا با استخراج لیتیوم که به مقدار نجومی آب شیرین نیاز دارد و سپس در پایان عمر آن بازیافت می شود. با این حال، بازیافت یا استفاده مجدد از سال به سال در حال افزایش است.
آینده یون لیتیوم چیست؟
از آنجایی که تحقیقات بیشتر به سمت فناوری‌های جایگزینی می‌رود که آلودگی کمتر، بادوام‌تر، تولید ارزان‌تر یا ایمن‌تر هستند، آیا باتری لیتیوم یونی به پتانسیل خود رسیده است؟
باتری لیتیوم یونی که به مدت سه دهه به صورت تجاری کار می کند، آخرین حرف خود را نگفته است و پیشرفت ها برای بهبود چگالی انرژی، سرعت شارژ یا ایمنی ادامه دارد. ما این را در طول سال‌ها دیده‌ایم، به‌ویژه در زمینه وسایل نقلیه موتوری دو چرخ، که در آن اسکوتر فقط حدود پنجاه کیلومتر در 5 سال پیش وجود داشت، برخی از موتورسیکلت‌ها اکنون از 200 پایانه برد عبور می‌کنند.
نویدهای یک انقلاب نیز لشکرهایی مانند الکترود کربن ناوا، باتری تاشو جناکس، دمای عملیاتی 105 درجه سانتیگراد در NGK ...
متأسفانه، پژوهش اغلب با واقعیت سخت سودآوری و الزامات صنعتی مواجه است. در انتظار توسعه فناوری جایگزین، به خصوص لیتیوم-هوای مورد انتظار، لیتیوم-یون هنوز آینده روشنی در پیش دارد، به ویژه در دنیای دو چرخ های الکتریکی، که در آن کاهش وزن و ردپای معیارهای مهمی هستند.
