استفاده از هدفون بی سیم ، تلفن همراه ، ساعت هوشمند ، پنل خورشیدی یا ماشین برقی تا چند دهه پیش امکان پذیر نبود. این انقلاب در تکنولوژی به لطف باتری های لیتیوم یونی به وجود آمده است. این باتری ها می توانند انرژی بیشتری را در فضای کمتری نسبت به سایر باتریها ذخیره کنند و بنابراین در آینده با توجه به چالش های ناشی از تغییرات آب و هوایی که شامل کربن زدائی و انرژی های تجدیدپذیر می شود ، کلید قفل ذخیره سازی انرژی در آینده خواهند بود.
هزینه تولید باتری های لیتیوم یونی از سال 2010 تا کنون 85 درصد کاهش یافته است و انتظار می رود در دهه آینده بیشتر کاهش یابد. به گفته روری مک کارتی ، تحلیلگر ذخیره انرژی در وود مکنزی ، “یون لیتیوم دارای مزیت قابل توجهی نسبت به سایر فناوری های ذخیره سازی جایگزین است و آن صرفه جویی در اندازه است”. به عبارت دیگر ، استفاده از آن باعث کاهش هزینه ها می شود.
محصول مرتبط با این پست : باتری دوچرخه برقی
باتری لیتیوم یون چیست؟
باتری لیتیوم یونی یا Li-Ion نوعی باتری قابل شارژ است که از ترکیبات لیتیوم به عنوان یکی از الکترودها استفاده می کند. در سال 1985 ، آکیرا یوشینو اولین نمونه اولیه را بر اساس تحقیقات قبلی جان گودنو و سایر متخصصان در طول دهه 1970 ایجاد کرد. متعاقباً ، یک تیم از سونی اولین باتری لیتیوم یونی تجاری را در سال 1991 توسعه داد. پیشرفت های بیشتری در طول این سالها به ویژه در استفاده از کاتدهای نیکل-منگنز-اکسید کبالت (NMC) انجام شد که باعث افزایش چگالی ، عملکرد و ایمنی شد.
شارژ باتری های لیتیوم یونی عملکرد و ویژگی ها
باتری های لیتیوم یونی از قسمتهای زیر تشکیل شده اند: یک الکترود یا آند منفی که الکترونها از آن آزاد می شوند و یک الکترود یا کاتد مثبت که الکترونها را دریافت می کند. هنگامی که باتری متصل است ، یون های لیتیوم از طریق یک الکترولیت از آند به کاتد حرکت می کنند و در نتیجه اختلاف بالقوه ای را ایجاد می کند که جریان را تولید می کند. هنگامی که باتری شارژ می شود ، یون های لیتیوم به آند باز می گردند.
باتری ها از یک یا چند سلول تشکیل شده اند و بسته به نوع استفاده نهایی ، انواع مختلفی دارند: سلول های استوانه ای که در بیشتر وسایل نقلیه برقی استفاده می شوند ، شامل اجزای مختلف هستند که به صورت استوانه ای تولید میشوند. مدل دیگر سلولهای مسطح هستند، مانند سلولهای تلفن همراه و لپ تاپ ، در تولید این مدل از پلیمر یون لیتیوم به شکل ورقه های روی هم استفاده می کنند.
علاوه بر این ، باتری های لیتیوم یون عناصر دیگری را دارند که عملکرد و ایمنی آنها را بهبود می بخشد: سنسور دما ، مدار تنظیم کننده ولتاژ و مانیتور شارژ. این اجزا میزان شارژ و جریان را کنترل می کنند ، آخرین ظرفیتی را که با شارژ کامل به دست می آید ثبت می کنند و دما را کنترل می کنند ، دما زیاد می تواند بر عمر باتری تأثیر منفی بگذارد.
مزایا و معایب باتری های لیتیوم یون
در مقایسه با فناوری سنتی باتری های قابل شارژ نیکل هیدرید یا نیکل-کادمیوم ، باتری های لیتیوم یونی چندین مزیت دارند: در درجه اول ، آنها در زمان کمتری شارژ می شوند و مدت زمان بیشتری طول می کشد تا تخلیه شوند ، همچنین دارای چگالی انرژی بالاتری هستند ، در صورت عدم استفاده از باتری ، باتری خراب نمیشود.
با این حال ، مانند هر فناوری ، آنها دارای معایب خاصی هستند که عمدتا مربوط به حفاظت است (باید از سیستم هایی برای جلوگیری از شارژ بیش از حد و گرم شدن بیش از حد استفاده کنند) و هزینه (با وجود کاهش قیمت ، ساخت آنها هنوز حدود 40 درصد گرانتر از نیکل-کادمیوم است. )
کاربردهای باتری های لیتیوم یون
مزایای باتری های لیتیوم یونی و کاهش هزینه آنها باعث افزایش استفاده از آنها در بسیاری از زمینه ها شده است:
سیستم های برق اضطراری
در تأسیسات مهم ، مانند مزارع سرور ، باتری های UPS(منبع تغذیه بدون وقفه) شما را در برابر از دست دادن یا بی ثباتی منبع برق محافظت می کند.
ذخیره انرژی خورشیدی
ذخیره انرژی خورشیدی مدل متناوب است و این باتری ها به دلیل نحوه شارژ و سرعت آنها ، مناسب پنل های خورشیدی هستند.
لوازم الکترونیکی مصرفی و دستگاه های تلفن همراه
دستگاه های تلفن همراه اصلی ترین کاربرد این باتری ها تبدیل شده است، که امکان کوچک سازی روزافزون را فراهم می کند.
کمک معلولین
این نوع باتری ها در ویلچرهای برقی ، آسانسورهای پله یا پروتزهای موتوری وجود دارند که زندگی را برای افرادی که محدودیت حرکتی دارند آسان تر می کند.
باتری های لیتیوم یونی برای خودروهای برقی
توسعه و استقبال روزافزون خودروهای برقی و هیبریدی عمدتا به دلیل کارایی و هزینه کمتر باتری های لیتیوم یونی است. تولید انبوه آنها علاوه بر داشتن چگالی انرژی بالا نسبت به اندازه آنها ، قیمت خودروهای برقی را به خودروهای بنزینی نزدیک کرده است. از نظر هزینه های عملیاتی ، قیمت برق برای شارژ خودروهای برقی کمتر از هزینه سوخت خودروهای بنزینی است.
نسل آینده دستگاه های ذخیره سازی انرژی
عنصری که با آن این مدل باتریها را تولید میکنند کبالت است ، کبالت یک عنصر کم در جهان است و همین باعث تحقیق در زمینه عنصر جایگزین کبالت در این باتریها شده است. راه حل های جدیدی که برای این از حل این مشکل پیدا شده، موارد زیراست:
سلولهای هیدروژنی: این باتریها از هیدروژن گازی الکتریسیته تولید می کنند ، در تکنولوژی اش مشکلی وجود ندارد ، مشکل عدم توانایی تولید هیدروژن سبز بدون استفاده از سوختهای فسیلی است.
باتری های حالت جامد: این روش استفاده از الکترولیت های جامد به جای الکترولیت های مایع یا ژل است. چگالی انرژی بالاتری دارند ، خطر انفجار و آتش سوزی را کاهش می دهند و فضای کمتری را اشغال می کنند و به قطعات کنترل ایمنی نیاز ندارند.
ابرخازن های گرافن: خازن ها می توانند کارآمدتر از باتری شارژ و تخلیه شوند و استفاده از گرافن می تواند چگالی انرژی مشابه باتری های امروزی را داشته باشد.