باتری های لیتیومی چیست و چگونه کار می کنند؟

باتری های لیتیوم یونی چیست، از چه چیزی ساخته شده اند و چه مزایایی نسبت به سایر فناوری های ذخیره سازی باتری دارند؟

باتری های لیتیومی که اولین بار در دهه 1970 پیشنهاد شد و در سال 1991 توسط سونی به صورت تجاری تولید شد، اکنون در تلفن های همراه، هواپیما و اتومبیل استفاده می شود.با وجود چندین مزیت که منجر به موفقیت روزافزون آنها در صنعت انرژی شده است، باتری های لیتیوم یونی دارای معایبی هستند و موضوعی هستند که بحث های زیادی را برانگیخته است.

اما باتری های لیتیومی دقیقا چیست و چگونه کار می کنند؟

باتری های لیتیومی از چه چیزی ساخته شده اند؟

باتری لیتیومی از چهار جزء کلیدی تشکیل شده است.دارای کاتدی است که ظرفیت و ولتاژ باتری را تعیین می کند و منبع یون های لیتیوم است.آند جریان الکتریکی را قادر می سازد تا از مدار خارجی عبور کند و هنگامی که باتری شارژ می شود، یون های لیتیوم در آند ذخیره می شوند.

الکترولیت از نمک ها، حلال ها و مواد افزودنی تشکیل شده و به عنوان مجرای یون های لیتیوم بین کاتد و آند عمل می کند.در نهایت جداکننده وجود دارد، مانع فیزیکی که کاتد و آند را از هم جدا نگه می دارد.

مزایا و معایب باتری های لیتیومی

باتری های لیتیومی نسبت به سایر باتری ها چگالی انرژی بسیار بالاتری دارند.آنها می توانند تا 150 وات ساعت (WH) انرژی در هر کیلوگرم (کیلوگرم) داشته باشند، در مقایسه با باتری های هیدرید نیکل-فلز با 60-70WH/kg و باتری های اسید سرب با 25WH/kg.

آنها همچنین نرخ تخلیه کمتری نسبت به سایرین دارند و در مقایسه با باتری‌های نیکل کادمیوم (NiMH) که 20 درصد در یک ماه از دست می‌دهند، در یک ماه حدود 5 درصد شارژ خود را از دست می‌دهند.

با این حال، باتری های لیتیومی همچنین حاوی یک الکترولیت قابل اشتعال هستند که می تواند باعث آتش سوزی باتری در مقیاس کوچک شود.همین امر باعث شد تا گوشی هوشمند بدنام سامسونگ نوت 7 احتراق شود و سامسونگ مجبور به توقف تولید شود و26 میلیارد دلار از ارزش بازار را از دست بدهد.لازم به ذکر است که این اتفاق برای باتری های لیتیومی در مقیاس بزرگ رخ نداده است.

تولید باتری‌های لیتیوم یونی نیز گران‌تر است، زیرا می‌توانند تقریباً قیمت داشته باشند 40 درصد بیشتر از باتری های نیکل کادمیوم تولید می شود.

رقبا

لیتیوم یون با تعدادی از فناوری‌های جایگزین باتری رقابت می‌کند که بیشتر آنها در مرحله توسعه هستند.یکی از این جایگزین ها باتری های آب شور است.

در حال توسعه توسط Aquion Energy، آنها از آب شور، اکسید منگنز و پنبه تشکیل شده اند تا چیزی را ایجاد کنند که با استفاده از "مواد فراوان و غیر سمی و تکنیک های مدرن تولید کم هزینه" ساخته می شود.به همین دلیل، آنها تنها باتری هایی در جهان هستند که گواهی گهواره به گهواره دارند.

شبیه به فناوری Aquion، باتری آبی AquaBattery از ترکیبی از نمک و آب شیرین که در غشاها جریان دارد برای ذخیره انرژی استفاده می کند.سایر انواع باتری های بالقوه شامل باتری های ادراری آزمایشگاه رباتیک بریستول و باتری لیتیوم یونی دانشگاه کالیفرنیا ریورساید است که از ماسه به جای گرافیت برای آند استفاده می کند که منجر به باتری سه برابر قدرتمندتر از استاندارد صنعتی می شود.