باتری های لیتیوم یونی چیست؟

باتری های لیتیوم یونی یک نوع شیمی باتری محبوب هستند. مزیت اصلی این باتری ها این است که قابل شارژ هستند. با توجه به این ویژگی، امروزه در اکثر دستگاه های مصرفی که از باتری استفاده می کنند، یافت می شوند. آنها را می توان در تلفن ها، وسایل نقلیه الکتریکی و چرخ دستی های گلف با باتری یافت.

باتری های لیتیوم یون چگونه کار می کنند؟

باتری های لیتیوم یونی از یک یا چند سلول لیتیوم یونی تشکیل شده اند. آنها همچنین دارای یک برد مدار محافظ برای جلوگیری از شارژ بیش از حد هستند. این سلول ها پس از نصب در محفظه ای با برد مدار محافظ، باتری نامیده می شوند.

آیا باتری های لیتیوم یونی مانند باتری های لیتیومی هستند؟

نه. باتری لیتیومی و باتری لیتیوم یونی بسیار متفاوت هستند. تفاوت اصلی این است که دومی ها قابل شارژ هستند. یکی دیگر از تفاوت های عمده، ماندگاری است. یک باتری لیتیومی می تواند تا 12 سال بدون استفاده دوام بیاورد، در حالی که باتری های لیتیوم یونی تا 3 سال عمر مفید دارند.

اجزای کلیدی باتری های لیتیوم یونی چیست؟

سلول های لیتیوم یونی دارای چهار جزء اصلی هستند. اینها عبارتند از:

آند

آند اجازه می دهد تا الکتریسیته از باتری به مدار خارجی منتقل شود. همچنین در هنگام شارژ باتری، یون های لیتیوم را ذخیره می کند.

کاتد

کاتد چیزی است که ظرفیت و ولتاژ سلول را تعیین می کند. در هنگام تخلیه باتری، یون لیتیوم تولید می کند.

الکترولیت

الکترولیت ماده ای است که به عنوان مجرای برای حرکت یون های لیتیوم بین کاتد و آند عمل می کند. از نمک ها، مواد افزودنی و حلال های مختلف تشکیل شده است.

جداکننده

قطعه نهایی در یک سلول لیتیوم یونی جداکننده است. به عنوان یک مانع فیزیکی برای جدا نگه داشتن کاتد و آند از یکدیگر عمل می کند.

باتری های لیتیوم یونی با حرکت یون های لیتیوم از کاتد به آند و بالعکس از طریق الکترولیت کار می کنند. همانطور که یون ها حرکت می کنند، الکترون های آزاد را در آند فعال می کنند و باری را در جمع کننده جریان مثبت ایجاد می کنند. این الکترون ها از طریق دستگاه، تلفن یا گاری گلف، به کلکتور منفی جریان پیدا کرده و به کاتد باز می گردند. از جریان آزاد الکترون ها در داخل باتری توسط جداکننده جلوگیری می شود و آنها را به سمت کنتاکت ها سوق می دهد.

هنگامی که باتری لیتیوم یونی را شارژ می کنید، کاتد یون های لیتیوم را آزاد می کند و آنها به سمت آند حرکت می کنند. هنگام تخلیه، یون های لیتیوم از آند به کاتد حرکت می کنند که جریانی را ایجاد می کند.

باتری های لیتیوم یونی چه زمانی اختراع شدند؟

باتری های لیتیوم یونی اولین بار در دهه 70 توسط شیمیدان انگلیسی استنلی ویتینگهام ابداع شد. در طول آزمایش های او، دانشمندان مواد شیمیایی مختلفی را برای باتری ای که می تواند خود را شارژ کند، بررسی کردند. اولین آزمایش او شامل دی سولفید تیتانیوم و لیتیوم به عنوان الکترود بود. با این حال، باتری ها اتصال کوتاه و منفجر می شوند.

در دهه 80، دانشمند دیگری به نام جان بی گودناف، این چالش را بر عهده گرفت. اندکی بعد، آکیرا یوشینو، شیمیدان ژاپنی، تحقیق در مورد این فناوری را آغاز کرد. یوشینو و گودناف ثابت کردند که فلز لیتیوم عامل اصلی انفجارها بوده است.

در دهه 90، فن آوری لیتیوم یون شروع به جذب کرد و به سرعت در پایان این دهه به یک منبع انرژی محبوب تبدیل شد. این اولین بار بود که این فناوری توسط سونی تجاری شد. سابقه ایمنی ضعیف باتری‌های لیتیومی باعث توسعه باتری‌های لیتیوم یونی شد.

در حالی که باتری‌های لیتیومی می‌توانند چگالی انرژی بالاتری داشته باشند، در هنگام شارژ و دشارژ ناایمن هستند. از سوی دیگر، باتری‌های لیتیوم یونی برای شارژ و دشارژ کردن کاملاً ایمن هستند، زمانی که کاربران دستورالعمل‌های ایمنی اولیه را رعایت کنند.

بهترین شیمی یون لیتیوم چیست؟

انواع مختلفی از باتری های لیتیوم یونی وجود دارد. موارد تجاری موجود عبارتند از:

لیتیوم تیتانات
اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل کبالت
لیتیوم نیکل منگنز اکسید کبالت
اکسید لیتیوم منگنز (LMO)
اکسید لیتیوم کبالت
لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4)

انواع مختلفی از مواد شیمیایی برای باتری های لیتیوم یونی وجود دارد. هر کدام جنبه های مثبت و منفی خود را دارند. با این حال، برخی از آنها فقط برای موارد استفاده خاص مناسب هستند. به این ترتیب، نوع انتخابی شما به نیازهای برق، بودجه، تحمل ایمنی و مورد استفاده خاص شما بستگی دارد.

با این حال، باتری های LiFePO4 تجاری ترین گزینه در دسترس هستند. این باتری ها حاوی یک الکترود کربن گرافیت است که به عنوان آند و فسفات به عنوان کاتد عمل می کند. آنها عمر چرخه طولانی تا 10000 چرخه دارند.

علاوه بر این، آنها پایداری حرارتی بسیار خوبی را ارائه می‌دهند و می‌توانند با خیال راحت موج‌های کوتاه تقاضا را مدیریت کنند. باتری‌های LiFePO4 برای آستانه فرار حرارتی تا 510 درجه فارنهایت رتبه‌بندی می‌شوند که بالاترین میزان در بین هر نوع باتری لیتیوم یونی تجاری موجود است.

مزایای باتری های LiFePO4

در مقایسه با باتری‌های اسید سرب و سایر باتری‌های مبتنی بر لیتیوم، باتری‌های لیتیوم آهن فسفات مزیت بزرگی دارند. آنها به طور موثر شارژ و دشارژ می شوند، ماندگاری بیشتری دارند و می توانند عمیقاً سای شوندcleبدون از دست دادن ظرفیت این مزایا به این معنی است که باتری ها در طول عمر خود صرفه جویی زیادی در هزینه ها نسبت به سایر انواع باتری ها ارائه می دهند. در زیر نگاهی به مزایای خاص این باتری ها در خودروهای کم سرعت و تجهیزات صنعتی آورده شده است.

باتری LiFePO4 در خودروهای کم سرعت

وسایل نقلیه الکتریکی کم سرعت (LEVs) خودروهای چهار چرخی هستند که وزن آنها کمتر از 3000 پوند است. انرژی آنها توسط باتری های الکتریکی تامین می شود که آنها را به گزینه ای محبوب برای چرخ دستی های گلف و سایر مصارف تفریحی تبدیل می کند.

هنگام انتخاب گزینه باتری برای LEV، یکی از مهم ترین ملاحظات طول عمر است. به عنوان مثال، گاری‌های گلف با باتری باید قدرت کافی برای رانندگی در یک زمین گلف 18 سوراخه را بدون نیاز به شارژ مجدد داشته باشند.

یکی دیگر از نکات مهم، برنامه نگهداری است. یک باتری خوب نباید نیازی به تعمیر و نگهداری داشته باشد تا حداکثر لذت را از فعالیت های اوقات فراغت شما تضمین کند.

باتری همچنین باید بتواند در شرایط آب و هوایی مختلف کار کند. به عنوان مثال، باید به شما اجازه دهد هم در گرمای تابستان و هم در پاییز که دما کاهش می یابد، گلف کنید.

یک باتری خوب باید دارای یک سیستم کنترلی نیز باشد که تضمین کند بیش از حد گرم یا سرد نمی شود و ظرفیت آن را کاهش نمی دهد.

یکی از بهترین برندهایی که تمام این شرایط اساسی اما مهم را برآورده می کند ROYPOW است. سری باتری های لیتیومی LiFePO4 آنها برای دمای 4 درجه فارنهایت تا 131 درجه فارنهایت رتبه بندی شده اند. باتری ها دارای سیستم مدیریت باتری داخلی هستند و نصب آنها بسیار آسان است.

کاربردهای صنعتی برای باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی یک گزینه محبوب در کاربردهای صنعتی هستند. رایج ترین شیمی مورد استفاده باتری های LiFePO4 است. برخی از رایج ترین تجهیزات برای استفاده از این باتری ها عبارتند از:

لیفتراک راهروهای باریک
لیفتراک های ضد تعادل
لیفتراک 3 چرخ
استاکر واکی
سواران پایان و مرکز

دلایل زیادی وجود دارد که چرا باتری های لیتیوم یونی در محیط های صنعتی در حال افزایش هستند. اصلی ترین آنها عبارتند از:

ظرفیت و طول عمر بالا

باتری های لیتیوم یون دارای چگالی انرژی و طول عمر بیشتری در مقایسه با باتری های سرب اسیدی هستند. آنها می توانند یک سوم وزن را وزن کنند و همان خروجی را ارائه دهند.

چرخه زندگی آنها یکی دیگر از مزایای مهم است. برای یک عملیات صنعتی، هدف این است که هزینه های کوتاه مدت کوتاه مدت را به حداقل برسانند. با باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های لیفتراک می‌توانند سه برابر بیشتر دوام بیاورند که منجر به صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌ها در دراز مدت می‌شود.

آنها همچنین می توانند در عمق تخلیه بزرگتر تا 80٪ بدون هیچ تاثیری بر ظرفیت آنها کار کنند. این مزیت دیگری در صرفه جویی در زمان دارد. عملیات برای تعویض باتری نیازی به توقف در میانه راه ندارد، که می تواند منجر به صرفه جویی در هزاران نفر ساعت در یک دوره زمانی کافی شود.

شارژ با سرعت بالا

با باتری های سرب اسیدی صنعتی، زمان شارژ معمولی حدود هشت ساعت است. این معادل یک شیفت کامل 8 ساعته است که در آن باتری برای استفاده در دسترس نیست. در نتیجه، یک مدیر باید این زمان خرابی را در نظر بگیرد و باتری های اضافی خریداری کند.

با باتری های LiFePO4، این یک چالش نیست. یک مثال خوب استباتری های لیتیوم صنعتی ROYPOW LifePO4که چهار برابر سریعتر از باتری های سرب اسید شارژ می شوند. مزیت دیگر توانایی کارآمد ماندن در هنگام تخلیه است. باتری‌های اسید سرب معمولاً در هنگام تخلیه دچار تاخیر در عملکرد می‌شوند.

خط باتری های صنعتی ROYPOW نیز به لطف سیستم مدیریت باتری کارآمد، مشکلی در حافظه ندارند. باتری های اسید سرب اغلب از این مشکل رنج می برند که می تواند منجر به عدم رسیدن به ظرفیت کامل شود.

با گذشت زمان، باعث سولفاته شدن می شود که می تواند طول عمر کوتاه آنها را به نصف کاهش دهد. این مشکل اغلب زمانی رخ می دهد که باتری های اسید سرب بدون شارژ کامل ذخیره می شوند. باتری های لیتیومی را می توان در فواصل زمانی کوتاه شارژ کرد و در هر ظرفیت بالای صفر بدون هیچ مشکلی ذخیره کرد.

ایمنی و جابجایی

باتری های LiFePO4 مزیت بزرگی در تنظیمات صنعتی دارند. اول، آنها پایداری حرارتی بالایی دارند. این باتری ها می توانند در دمای 131 درجه فارنهایت بدون آسیب دیدگی کار کنند. باتری‌های اسید سرب تا 80 درصد از چرخه عمر خود را در دمای مشابه از دست می‌دهند.

موضوع دیگر وزن باتری هاست. برای ظرفیت باتری مشابه، باتری های اسید سرب به طور قابل توجهی وزن بیشتری دارند. به این ترتیب، آنها اغلب به تجهیزات خاص و زمان نصب طولانی‌تری نیاز دارند، که می‌تواند منجر به صرف ساعت‌های انسانی کمتری در کار شود.

موضوع دیگر ایمنی کارگران است. به طور کلی باتری های LiFePO4 ایمن تر از باتری های سرب اسیدی هستند. طبق دستورالعمل های OSHA، باتری های اسید سرب باید در یک اتاق مخصوص با تجهیزات طراحی شده برای از بین بردن بخارهای خطرناک نگهداری شوند. این یک هزینه و پیچیدگی اضافی را به یک عملیات صنعتی وارد می کند.

نتیجه گیری

باتری‌های لیتیوم یونی مزیت آشکاری در تنظیمات صنعتی و خودروهای الکتریکی کم‌سرعت دارند. آنها دوام بیشتری دارند و در نتیجه در هزینه کاربران صرفه جویی می کنند. این باتری ها همچنین تعمیر و نگهداری صفر دارند، که به ویژه در محیط های صنعتی که در آن صرفه جویی در هزینه اهمیت بالایی دارد، اهمیت دارد.