แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นเคมีประเภทหนึ่งของแบตเตอรี่ที่ได้รับความนิยม ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแบตเตอรี่เหล่านี้คือสามารถชาร์จใหม่ได้ เนื่องจากคุณสมบัตินี้ จึงพบได้ในอุปกรณ์ผู้บริโภคส่วนใหญ่ในปัจจุบันที่ใช้แบตเตอรี่ สามารถพบได้ในโทรศัพท์ ยานพาหนะไฟฟ้า และรถกอล์ฟที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานอย่างไร?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยเซลล์ลิเธียมไอออนหนึ่งเซลล์หรือหลายเซลล์ นอกจากนี้ยังมีแผงวงจรป้องกันเพื่อป้องกันการชาร์จไฟเกิน เซลล์เหล่านี้เรียกว่าแบตเตอรี่เมื่อติดตั้งในเคสที่มีแผงวงจรป้องกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหมือนกับแบตเตอรี่ลิเธียมหรือไม่?

ไม่ แบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความแตกต่างกันอย่างมาก ข้อแตกต่างที่สำคัญคือแบบหลังสามารถชาร์จใหม่ได้ ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคืออายุการเก็บรักษา แบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานสูงสุด 12 ปีโดยไม่ได้ใช้งาน ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการเก็บรักษาสูงสุด 3 ปี

ส่วนประกอบสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร

เซลล์ลิเธียมไอออนมีองค์ประกอบหลักสี่ประการ เหล่านี้คือ:

ขั้วบวก

ขั้วบวกช่วยให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนจากแบตเตอรี่ไปยังวงจรภายนอกได้ นอกจากนี้ยังเก็บลิเธียมไอออนเมื่อชาร์จแบตเตอรี่

แคโทด

แคโทดคือสิ่งที่กำหนดความจุและแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ มันผลิตลิเธียมไอออนเมื่อคายประจุแบตเตอรี่

อิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์เป็นวัสดุซึ่งทำหน้าที่เป็นท่อสำหรับลิเธียมไอออนเพื่อเคลื่อนที่ระหว่างแคโทดและแอโนด ประกอบด้วยเกลือ สารเติมแต่ง และตัวทำละลายต่างๆ

เครื่องแยก

ชิ้นส่วนสุดท้ายในเซลล์ลิเธียมไอออนคือตัวแยก มันทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวางทางกายภาพเพื่อแยกแคโทดและแอโนดออกจากกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานโดยการเคลื่อนย้ายลิเธียมไอออนจากแคโทดไปยังขั้วบวกและในทางกลับกันผ่านทางอิเล็กโทรไลต์ ขณะที่ไอออนเคลื่อนที่ พวกมันจะกระตุ้นอิเล็กตรอนอิสระในขั้วบวก ทำให้เกิดประจุที่ตัวสะสมกระแสไฟฟ้าที่เป็นบวก อิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลผ่านอุปกรณ์ โทรศัพท์ หรือรถกอล์ฟ ไปยังตัวสะสมประจุลบและกลับเข้าไปในแคโทด การไหลของอิเล็กตรอนอย่างอิสระภายในแบตเตอรี่จะถูกป้องกันโดยตัวคั่น ทำให้พวกมันหันไปทางหน้าสัมผัส

เมื่อคุณชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แคโทดจะปล่อยลิเธียมไอออน และเคลื่อนไปทางขั้วบวก เมื่อทำการคายประจุ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกไปยังแคโทด ซึ่งทำให้เกิดกระแสไหล

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อใด?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถือกำเนิดขึ้นครั้งแรกในทศวรรษที่ 70 โดยนักเคมีชาวอังกฤษ Stanley Whittingham ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบสารเคมีหลายชนิดเพื่อหาแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จใหม่ได้ การทดลองครั้งแรกของเขาเกี่ยวข้องกับไทเทเนียมไดซัลไฟด์และลิเธียมเป็นอิเล็กโทรด อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่จะลัดวงจรและระเบิด

ในยุค 80 นักวิทยาศาสตร์อีกคนชื่อ John B. Goodenough เข้ามารับความท้าทายนี้ ไม่นานหลังจากนั้น อากิระ โยชิโนะ นักเคมีชาวญี่ปุ่น ก็เริ่มค้นคว้าเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ Yoshino และ Goodenough พิสูจน์ให้เห็นว่าโลหะลิเธียมเป็นสาเหตุหลักของการระเบิด

ในยุค 90 เทคโนโลยีลิเธียมไอออนเริ่มได้รับความสนใจ และกลายเป็นแหล่งพลังงานยอดนิยมอย่างรวดเร็วภายในสิ้นทศวรรษ นับเป็นครั้งแรกที่เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์โดย Sony บันทึกด้านความปลอดภัยที่ไม่ดีของแบตเตอรี่ลิเธียมทำให้เกิดการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมจะสามารถรองรับความหนาแน่นของพลังงานได้สูงกว่า แต่ก็ไม่ปลอดภัยในระหว่างการชาร์จและคายประจุ ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนค่อนข้างปลอดภัยในการชาร์จและคายประจุเมื่อผู้ใช้ปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ด้านความปลอดภัยขั้นพื้นฐาน

เคมีลิเธียมไอออนที่ดีที่สุดคืออะไร?

เคมีภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหลายประเภท ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดคือ:

ลิเธียมไททาเนต
ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อลูมิเนียมออกไซด์
ลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส โคบอลต์ ออกไซด์
ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO)
ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4)

สารเคมีสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหลายประเภท แต่ละคนมีข้อดีและข้อเสีย อย่างไรก็ตาม บางส่วนเหมาะสำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ ประเภทที่คุณเลือกจะขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน งบประมาณ ความทนทานต่อความปลอดภัย และกรณีการใช้งานเฉพาะของคุณ

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ LiFePO4 เป็นตัวเลือกที่มีขายทั่วไปมากที่สุด แบตเตอรี่เหล่านี้ประกอบด้วยอิเล็กโทรดคาร์บอนกราไฟต์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วบวก และฟอสเฟตเป็นแคโทด มีอายุการใช้งานยาวนานถึง 10,000 รอบ

นอกจากนี้ ยังมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และสามารถรองรับความต้องการที่เพิ่มขึ้นในช่วงสั้นๆ ได้อย่างปลอดภัย แบตเตอรี่ LiFePO4 ได้รับการจัดอันดับสำหรับเกณฑ์ควบคุมความร้อนที่สูงถึง 510 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีจำหน่ายทั่วไป

ข้อดีของแบตเตอรี่ LiFePO4

เมื่อเปรียบเทียบกับกรดตะกั่วและแบตเตอรี่ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีข้อได้เปรียบอย่างมาก ชาร์จและคายประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ ใช้งานได้นานขึ้น และชาร์จได้ลึกเคลียร์โดยไม่สูญเสียความสามารถ ข้อดีเหล่านี้หมายความว่าแบตเตอรี่ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากตลอดอายุการใช้งานเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ ด้านล่างนี้คือข้อดีเฉพาะของแบตเตอรี่เหล่านี้ในรถยนต์พลังงานความเร็วต่ำและอุปกรณ์อุตสาหกรรม

แบตเตอรี่ LiFePO4 ในยานพาหนะความเร็วต่ำ

ยานพาหนะไฟฟ้าความเร็วต่ำ (LEV) เป็นยานพาหนะสี่ล้อที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 3,000 ปอนด์ ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ไฟฟ้า ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับรถกอล์ฟและการใช้งานด้านสันทนาการอื่นๆ

เมื่อเลือกตัวเลือกแบตเตอรี่สำหรับ LEV ของคุณ ข้อควรพิจารณาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งก็คืออายุการใช้งานที่ยืนยาว ตัวอย่างเช่น รถกอล์ฟที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ควรมีกำลังเพียงพอที่จะขับไปรอบๆ สนามกอล์ฟ 18 หลุม โดยไม่ต้องชาร์จใหม่

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือกำหนดการบำรุงรักษา แบตเตอรี่ที่ดีไม่ควรต้องการการบำรุงรักษาเพื่อให้มั่นใจว่ากิจกรรมยามว่างของคุณมีความเพลิดเพลินสูงสุด

แบตเตอรี่ควรสามารถทำงานได้ในสภาพอากาศที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ควรให้คุณเล่นกอล์ฟได้ทั้งในฤดูร้อนและฤดูใบไม้ร่วงเมื่ออุณหภูมิลดลง

แบตเตอรี่ที่ดีควรมาพร้อมกับระบบควบคุมที่ทำให้มั่นใจว่าจะไม่ร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไป ส่งผลให้ความจุลดลง

หนึ่งในแบรนด์ที่ดีที่สุดที่ตรงตามเงื่อนไขพื้นฐานแต่สำคัญเหล่านี้คือ ROYPOW กลุ่มผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียม LiFePO4 ได้รับการจัดอันดับสำหรับอุณหภูมิ 4°F ถึง 131°F แบตเตอรี่มาพร้อมกับระบบจัดการแบตเตอรี่ในตัวและติดตั้งง่ายมาก

การใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นตัวเลือกยอดนิยมในงานอุตสาหกรรม เคมีที่ใช้กันมากที่สุดคือแบตเตอรี่ LiFePO4 อุปกรณ์ทั่วไปบางประการในการใช้แบตเตอรี่เหล่านี้ ได้แก่:

รถยกทางเดินแคบ
รถยกถ่วงดุล
รถยก 3 ล้อ
รถยกวอล์คกี้
ผู้ขับขี่ส่วนท้ายและตรงกลาง

มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความนิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรม สิ่งสำคัญคือ:

ความจุสูงและอายุการใช้งานยาวนาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด พวกเขาสามารถชั่งน้ำหนักหนึ่งในสามของน้ำหนักและให้ผลผลิตเท่ากัน

วงจรชีวิตของพวกมันเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่ง สำหรับการดำเนินงานทางอุตสาหกรรม เป้าหมายคือการรักษาต้นทุนที่เกิดซ้ำในระยะสั้นให้ต่ำที่สุด ด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่รถยกมีอายุการใช้งานยาวนานถึงสามเท่า ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนได้มหาศาลในระยะยาว

นอกจากนี้ยังสามารถทำงานได้ที่ระดับความลึกของการปล่อยประจุที่มากขึ้นถึง 80% โดยไม่มีผลกระทบใดๆ ต่อกำลังการผลิต นั่นก็มีข้อดีอีกอย่างหนึ่งในการประหยัดเวลา การทำงานไม่จำเป็นต้องหยุดกลางทางเพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถประหยัดเวลาในการทำงานได้หลายพันชั่วโมงในระยะเวลาที่มากพอ

การชาร์จความเร็วสูง

สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอุตสาหกรรม เวลาในการชาร์จปกติคือประมาณแปดชั่วโมง ซึ่งเท่ากับการทำงาน 8 ชั่วโมงโดยที่แบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้ ด้วยเหตุนี้ ผู้จัดการจะต้องคำนึงถึงการหยุดทำงานนี้และซื้อแบตเตอรี่เพิ่มเติม

ด้วยแบตเตอรี่ LiFePO4 นั่นไม่ใช่เรื่องท้าทาย ตัวอย่างที่ดีก็คือROYPOW แบตเตอรี่ลิเธียมอุตสาหกรรม LifePO4ซึ่งชาร์จได้เร็วกว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่วถึงสี่เท่า ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการคงประสิทธิภาพในระหว่างการปลดประจำการ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมักจะประสบปัญหาประสิทธิภาพการทำงานล่าช้าขณะคายประจุ

กลุ่มผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่อุตสาหกรรม ROYPOW ยังไม่มีปัญหาด้านหน่วยความจำ ด้วยระบบจัดการแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมักประสบปัญหานี้ ซึ่งอาจส่งผลให้ไม่สามารถใช้งานจนเต็มความจุได้

เมื่อเวลาผ่านไป จะทำให้เกิดซัลเฟต ซึ่งสามารถลดอายุการใช้งานที่สั้นอยู่แล้วลงได้ครึ่งหนึ่ง ปัญหามักเกิดขึ้นเมื่อเก็บแบตเตอรี่กรดตะกั่วไว้โดยไม่ได้ชาร์จจนเต็ม แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถชาร์จในช่วงเวลาสั้นๆ และเก็บไว้ที่ความจุใดๆ ที่สูงกว่าศูนย์ได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ

ความปลอดภัยและการจัดการ

แบตเตอรี่ LiFePO4 มีข้อได้เปรียบอย่างมากในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ประการแรก พวกมันมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถทำงานได้ในอุณหภูมิสูงถึง 131°F โดยไม่เกิดความเสียหายใดๆ แบตเตอรี่กรดตะกั่วจะสูญเสียวงจรชีวิตได้ถึง 80% ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือน้ำหนักของแบตเตอรี่ สำหรับความจุของแบตเตอรี่ที่ใกล้เคียงกัน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะมีน้ำหนักมากกว่ามาก ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึงมักต้องการอุปกรณ์เฉพาะและใช้เวลาในการติดตั้งนานขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้ใช้เวลาคนในการทำงานน้อยลง

อีกประเด็นหนึ่งคือความปลอดภัยของพนักงาน โดยทั่วไป แบตเตอรี่ LiFePO4 ปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ตามแนวทางของ OSHA แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะต้องเก็บไว้ในห้องพิเศษพร้อมอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อกำจัดควันอันตราย นั่นทำให้เกิดต้นทุนและความซับซ้อนเพิ่มเติมในการดำเนินงานทางอุตสาหกรรม

บทสรุป

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าความเร็วต่ำ มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น จึงช่วยประหยัดเงินของผู้ใช้ แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่มีการบำรุงรักษา ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่การประหยัดต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง