باتری لیتیوم یونی یا به اختصار Li-ion یک باتری قابل شارژ است. باتری‌های لیتیوم یونی معمولاً برای تحرک وسایل نقلیه قابل حمل و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند و محبوبیت آنها برای کاربردهای نظامی و فضایی در حال افزایش است.
نمونه اولیه باتری لیتیوم یون آکیرا یوشینو در سال 1985 بر اساس تحقیقات قبلی توسط جان گودنف، ام استنلی ویتینگهام، رشید یازومی و کوئیچی میسوشیما در دهه های 1970 و 1980 ساخته شد و پس از آن یک باتری لیتیوم یون تجاری توسط سونی و آساهی کاسی یوشیو توسعه یافت. رهبری نیشی در سال 1991 گسترش یافت.
باتری لیتیوم یونی یک فناوری باتری پیشرفته است که از یون های لیتیوم به عنوان یک جزء کلیدی در الکتروشیمی خود استفاده می کند.
در طول چرخه رقت، اتم های لیتیوم در آند یونیزه می شوند و از الکترون های خود جدا می شوند. یون‌های لیتیوم از آند و الکترولیت عبور کرده و به کاتد می‌رسند و در آنجا با الکترون‌های خود ترکیب می‌شوند و از نظر الکتریکی خنثی می‌شوند.
یون های لیتیوم به قدری کوچک هستند که می توانند بین آند و کاتد از طریق جداکننده ریز متخلخل حرکت کنند. تا حدودی به دلیل مقدار کمی لیتیوم (در رتبه سوم پس از هیدروژن و هلیوم)، باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند ولتاژ بسیار بالایی داشته باشند و شارژ را در واحد جرم و حجم ذخیره کنند.
باتری های لیتیوم یونی می توانند از مواد مختلفی به عنوان الکترود استفاده کنند. رایج ترین ترکیبات کبالت اکسید لیتیوم (در کاتد) و گرافیت (در آند) است که بیشتر در وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه و لپ تاپ ها یافت می شود.
سایر مواد کاتدی شامل اکسید منگنز لیتیوم (مورد استفاده در خودروهای هیبریدی الکتریکی و الکتریکی) و فسفات آهن لیتیوم است. باتری های لیتیوم یونی معمولاً از اتر (کلاسی از ترکیبات آلی) به عنوان الکترولیت استفاده می کنند.
باتری های لیتیوم یون دارای چگالی انرژی بالا و سرعت تخلیه پایین هستند. این باتری ها به دلیل اینکه حاوی الکترولیت های قابل اشتعال هستند، می توانند خطر ایمنی داشته باشند و در صورت آسیب دیدن یا شارژ نادرست، باعث انفجار و آتش سوزی شوند. پس از آتش گرفتن باتری لیتیوم یون و چندین انفجار باتری در بوئینگ 787، سامسونگ مجبور شد گلکسی نوت 7 را خارج کند.
برخی از مزایای باتری لیتیوم یونی
در مقایسه با سایر فناوری های باتری قابل شارژ (نیکل-کادمیم یا هیدرید نیکل-فلز)، باتری های لیتیوم یون دارای چندین مزیت هستند. آنها یکی از بالاترین چگالی توان را در بین هر فناوری باتری امروزی دارند (100-265 Wh / kg یا 250-670 Wh / L).
باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند تا 3.6 ولت، سه برابر بیشتر از فناوری‌هایی مانند Ni-Cd یا Ni-MH تولید کنند. این بدان معناست که این باتری ها می توانند جریان زیادی را در اختیار لوازم الکترونیکی با قدرت بالا قرار دهند.
باتری‌های لیتیوم یون تعمیر و نگهداری نسبتا کم، تعمیر و نگهداری پایینی دارند و برای حفظ عمر خود نیازی به چرخه برنامه‌ریزی‌شده ندارند.
باتری‌های لیتیوم یونی اثر حافظه ندارند (همچنین به عنوان اثر باتری، اثر باتری کند، یا اثر حافظه باتری مشاهده شده در باتری‌های قابل شارژ نیکل-کادمیم و هیدرید فلز نیکل شناخته می‌شود و در نتیجه ذخیره باتری کمتری دارد). ظرفیت کمتر را “یادآور” می کند، که مزیتی نسبت به نیکل-کادمیم / Ni-Cd و هیدرید فلز نیکل / Ni-MH است.
باتری های لیتیوم یونی نیز سطح خود تخلیه پایینی در حدود 1.5 تا 2 درصد در ماه دارند. آنها حاوی کادمیوم سمی نیستند، که دفع آنها را راحت تر از باتری های Ni-Cd می کند.
با توجه به این مزایا، باتری های لیتیوم یونی جایگزین باتری های نیکل-کادمیمی به عنوان رهبر بازار در لوازم الکترونیکی قابل حمل (مانند گوشی های هوشمند و لپ تاپ) شده اند. باتری‌های لیتیوم یونی نیز برای تامین انرژی سیستم‌های الکتریکی برای برخی کاربردهای هوافضا استفاده می‌شوند – جایی که وزن یک فاکتور هزینه قابل توجه است (در بوئینگ 787 جدید).
از نظر انرژی پاک، این باتری ها به دلیل کاربرد بالقوه باتری های لیتیوم یونی در خودروهای الکتریکی مورد توجه قرار گرفته اند. در حال حاضر خودروهای الکتریکی پرفروش نیسان لیف و تسلا مدل اس از باتری های لیتیوم یونی به عنوان منبع اصلی سوخت خود استفاده می کنند.
برخی از معایب باتری های لیتیوم یونی
باتری‌های لیتیوم یونی، علی‌رغم وعده‌های تکنولوژیکی، همچنان دارای کاستی‌هایی به‌خصوص از نظر ایمنی هستند. باتری های لیتیوم یونی تمایل دارند در ولتاژ بالا بیش از حد داغ شوند و آسیب ببینند. در برخی موارد، این می تواند منجر به از دست دادن گرما و سوختگی شود. این امر مشکلات قابل توجهی به خصوص زمینگیر شدن ناوگان بوئینگ 787 پس از گزارش آتش سوزی در باتری هواپیما ایجاد کرد.
به دلیل خطرات این باتری ها، تعدادی از شرکت های کشتیرانی تمایلی به جابجایی باتری ها از طریق هوا ندارند. باتری‌های لیتیوم یونی به مکانیسم‌های ایمنی برای محدود کردن ولتاژ و فشار داخلی نیاز دارند که می‌تواند باعث افزایش وزن و محدود کردن عملکرد در برخی موارد شود.
باتری‌های لیتیوم یونی نیز مستعد پیری هستند، به این معنی که ممکن است ظرفیت خود را از دست داده و اغلب پس از چند سال آسیب ببینند. عامل دیگری که موفقیت آنها را محدود می کند قیمت آنها است که حدود 40٪ بیشتر از نیکل-کادمیم است.
حل این مشکلات جزء کلیدی تحقیقات جاری در این فناوری است. در نهایت، با وجود چگالی انرژی بالای یون‌های لیتیوم در مقایسه با انواع دیگر باتری‌ها، همچنان چگالی انرژی آنها حدود 100 برابر کمتر از بنزین است (که وزن آن 12700 وات بر کیلوگرم یا 8760 وات بر لیتر در لیتر است).
مشکلات باتری لیتیوم یون
باتری های لیتیوم یونی در اشکال مختلف موجود هستند که معمولاً می توان آنها را به چهار گروه تقسیم کرد:
1. سیلندرهای کوچک (بدنه جامد بدون پایانه، مانند بدنه‌های مورد استفاده در باتری‌های لپ‌تاپ قدیمی)
2. سیلندرهای بزرگ (بدنه سفت با پایانه های کابلی بزرگ)
3. تخت یا کیسه (بدنه نرم و صاف، مانند باتری های مورد استفاده در تلفن های همراه و لپ تاپ های جدیدتر.
4. باتری های پلاستیکی سفت و سخت با پایانه های کابلی بزرگ (مانند باتری های ماشین های الکتریکی)
مارک الیس، تحلیلگر فناوری باتری در Munro & Associates، سه نوع اصلی باتری‌های لیتیوم یون مورد استفاده در خودروهای الکتریکی جدید را دسته‌بندی می‌کند:
باتری‌های استوانه‌ای (مانند تسلا)، باتری‌های منشوری (مانند ال‌جی)، باتری‌های منشوری (مانند سامسونگ، پاناسونیک و غیره)
هر کدام از آنها معایب و مزایای خود را برای محیط زیست دارند.
برای خرید باتری های لیتیوم یونی به وب سایت Battery Earth مراجعه کنید.
www.BatteryLand.ir