آشنایی با باتری های لیتیوم-یون

باتری یون لیتیم (به انگلیسی: Lithium-ion battery) (مخفف انگلیسی: Li-ion یا LIB) یک خانواده از باتری‌های قابل شارژ است که در آن در زمان تخلیه، یون‌های لیتیم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و در هنگام شارژ شدن وارونه حرکت می‌کنند.

باتری‌های یون لیتیم بالاترین چگالی انرژی را فراهم می‌سازند که تقریباً دو برابر انرژی قابل دسترسی از باتری‌های نیکل-کادمیم است. باتری‌های لیتیم-یون معمولاً برای تأمین نیروی لازم در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در مقایسه با نسل‌های قدیمی‌تر باتری‌ها یعنی باتری نیکل–کادمیم و باتری نیکل– هیدرید فلز، باتری‌های لیتیم-یون حدود ۳ تا ۵ برابر وزن و حجم کمتری دارند. باتری لیتیم-یون انرژی زیادی تولید می‌کند اما در مقابله با باتری‌های نیکل-هیدرید ایمنی آنها پایین است. برای نمونه این نوع باتری‌ها زود آتش می‌گیرند. اما نسل جدید باتری لیتیم-یون با حل «مشکل کاتدی» هر نیاز را برآورده می‌کنند.

آنها به دشارژ کامل نیاز ندارند و می‌توان از جریان الکتریکی بالاتر برای شارژ و دشارژ بدون آسیب به باتری استفاده کرد. در هنگام دشارژ افت ولتاژ کمی دارند و به دوره break-in نیاز ندارند.

 

کویر نمک سالار دو ییونی در بولیوی یکی از بزرگترین ذخایر لیتیم شناخته شده در جهان است.

یک باتری لیتیم-یون را می‌توان در هر زمان بی‌آنکه روی کارایی باتری اثر بگذارد شارژ کرد. اما چون باتری‌های لیتیم-یون معمولاً دارای طول عمر شارژ/دشارژ ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه هستند، اگر زود به زود و قبل از تخلیه، این باتری شارژ شود طول عمر باتری پایین می‌آید. همچنین در صورت ادامه شارژ پس از پر شدن، باتری آسیب دیده و از عمر آن کاسته می‌شود به همین دلیل برای شارژ آنها از مدارهای محافظ هوشمند استفاده می‌شود تا پس از پر شدن، جریان شارژ قطع شود و باتری بیش از حد شارژ نشود.

با آنکه بسیاری از سازندگان باتری‌های لیتیم- یون طول عمر باتری را تا سه سال ذکر می‌کنند، بعضی از مصرف‌کنندگان طول عمر تا ۱۸ ماه را گزارش کرده‌اند.

بازار باتری‌های لیتیوم-یونی

طبق گزارشات منتشر شده، بازار جهانی باتری‌های لیتیوم-یونی در سال ۲۰۱۷ معادل ۲۹٫۸۶ میلیارد دلار بوده‌است و انتظار می‌رود این رقم تا سال ۲۰۲۶ به ۱۳۹٫۳۶ میلیارد دلار برسد. بازار پر رونق خودروهای برقی، پیشرفت سریع فناوری، و افزایش تقاضا از جانب دستگاه‌های هوشمند کوچک، از عوامل رشد چشمگیر این بازار است.

 

مقایسه یک باتری سایز ۱۸۶۵۰ با باتری سایز AA. از باتری ۱۸۶۵۰ برای مثال در لپ‌تاپ‌ها و خوروهای برقی استفاده می‌شود.

در سال ۲۰۱۲ تقریباً ۶۶۰ میلیون سلول استوانه ای لیتیوم-یونی در صنعت ساخته شده‌است؛ سایز 18650 پرکاربردترین سایز باتری مورد استفاده است. اگر شرکت تسلا موفق به رسیدن به هدف فروش ۴۰۰۰۰ خودروی برقی مدل اس خود در سال ۲۰۱۴ شود و اگر باتری ۸۵ کیلووات-ساعتی که تعداد ۷۱۰۴ عدد از این سلول‌ها در آن به کار برده می‌شود، محبوبیتی که در ایالات متحده آمریکا دارد در خارج آن نیز بدست بیاورد، تحقیقی در سال ۲۰۱۴ وجود دارد که نشان می‌دهد مدل اس به تنهایی ۴۰٪ از تولید جهانی باتری‌های لیتیوم-یونی در سال ۲۰۱۴ را بخود اختصاص خواهد داد.

در سال ۲۰۱۵ قیمت‌ها در حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت تخمین زده می‌شود.

در سال ۲۰۱۶ شرکت خودروسازی جنرال موتورز گزارش کرد که مبلغ ۱۴۵ دلار به ازای هر کیلووات ساعت برای خودروی برقی Chevy Bolt EV می‌پردازد.

اصلی‌ترین شرکت‌های دارای نقش در صنعت و بازار باتری‌های لیتیوم-یونی شرکت‌های: پاناسونیک، تسلا، سامسونگ اس‌دی‌آی، CATL و ال‌جی کِمیکال می‌باشند.

طرز ساخت

در آنود:

در کاتود:

واکنش کلی (چپ به راست تخلیه و راست به چپ شارژ را نشان می‌دهد):

در صورتی که باتری بیش از حد تخلیه شود، معادله برگشت‌ناپذیر زیر رخ می‌دهد و لیتیم کبالت اکسید به لیتیم اکسید تبدیل می‌شود و دیگر نمی‌توان آن را کاری کرد:

در صورتی که باتری بیشتر از ۵٫۲ ولت به اصطلاح اورشارژ بشه:

این مطالب از وب سایت مرجع ویکی پدیا گردآوری شده است.