آشنایی با انواع باتریهای لیتیومی و تفاوتهای مهم آنها
باتریهای لیتیومی امروزه در بیشتر دستگاههایی که هر روز از آنها استفاده میکنیم قرار دارند؛ از گوشی و لپتاپ گرفته تا دوچرخههای برقی، پاوربانکها و حتی خودروهای الکتریکی همگی از انواع باتری لیتیومی استفاده میکنند. دلیل محبوبیتشان هم روشن است: وزن کم، ظرفیت بالا و طول عمر بیشتر نسبت به نسلهای قدیمیتر باتریها.
اما نکته مهم اینجاست که «باتری لیتیومی» فقط یک نوع نیست. خانوادهی بزرگی از مواد شیمیایی مختلف وجود دارد که هرکدام ویژگیها، مزایا و محدودیتهای مخصوص خودشان را دارند. آشنایی با این تفاوتها باعث میشود بتوانیم برای پروژههای الکترونیکی، وسیلههای قابلحمل یا حتی انتخاب باتری مناسب برای وسایل نقلیه برقی، تصمیم بهتری بگیریم.
در این مطلب رایجترین انواع باتریهای لیتیومی را معرفی میکنیم، تفاوتهایشان را توضیح میدهیم و دربارهی تعداد سیکل شارژ، شرایط نگهداری بهینه و نکات مهم استفاده صحبت میکنیم.
1. باتری لیتیوم یون (Li-ion)
رایجترین نوع باتری، مخصوصاً در لپتاپها، ابزارهای شارژی و پاوربانکها. ولتاژ این باتری ها 3.7 ولت است و برای استفاده به عنوان منبع تغذیه برای بردهای الکترونیکی 3.3 ولتی بسیار مناسب هستند. معمولا ظرفیت این نوع باتری بین 1000 تا 2500 میلی آمپر ساعت است. معروفترین سایز این باتری 18650 است که منظور قطر 18 میلیمتر و طول 65 میلیمتر است. البته این باتری در سایزهای دیگر نیز تولید میشود اما قاعده ی نامگذاری آن یکسان است.
ویژگیها
- چگالی انرژی بالا → ظرفیت زیاد در حجم کم
- وزن کم
- شارژ سریعتر نسبت به نیکلکادمیوم و نیکلمتالهیدرید
تعداد سیکل شارژ
معمولاً ۳۰۰ تا ۵۰۰ سیکل شارژ کامل.
هر سیکل معادل مجموع ۱۰۰٪ مصرف/شارژ است، حتی اگر در چند مرحله مصرف شود. یعنی اگر شما یک بار باتری را کامل شارژ کنید و سپس کامل مصرف کنید، یک سیکل شارژ از عمر آن کاسته میشود. همچنین اگر باتری را نیمه شارژ کنید و مصرف کنید و مجدد همین کار را تکرار کنید، هر دو بار شارژ نصفه و مصرف جمعا یک سیکل خواهد شد. البته بهتر است هرگز نگذارید که این باتری ها کامل خالی شوند زیرا در این حالت فشار بیشتری به باتری وارد میشود و عمر آن( تعداد سیکل های مفید قابل استفاده) کاهش مییابد.
شرایط نگهداری ایدهآل
- بهترین حالت نگهداری: شارژ ۲۰–۸۰٪
- دما: ۱۵ تا ۲۵ درجه
- از شارژ کامل طولانیمدت (مثلاً همیشه ۱۰۰٪ در برق) نیز بهتر است پرهیز شود. در این حالت نیز باتری تحت فشار شیمایی خواهد بود و از عمر آن کاسته میشود.
نکات
- در برابر گرما حساس است.
- با گذشت زمان، حتی بدون استفاده، دچار افت ظرفیت میشود.
2. باتری لیتیوم پلیمر (Li-Po)
مدل تکاملیافتهی Li-ion، با الکترولیت پلیمری است. ولتاژ آن همان ۳.۷ ولت است و به سادگی میتواند به جای باتری لیتیوم یونی استفاده شود. از آن جا که این نوع باتری را میتوان در اشکال مختلف ساخت، برای استفاده در تلفن های همراه عالی هستند.
ویژگیها
- انعطافپذیرتر و امکان ساخت در شکلهای متنوع
- وزن کمتر
- ایمنی بیشتر نسبت به Li-ion
تعداد سیکل شارژ
حدود ۳۰۰ تا ۶۰۰ سیکل (بسته به کیفیت سل).
شرایط نگهداری
مشابه باتریهای لیتیوم یون:
- بهترین شارژ نگهداری: ۲۰–۸۰٪
- عدم قرارگیری در گرما
- پرهیز از خالی شدن کامل
نکات
- استفاده از آن در پهپادها، موبایل و وسایل فوقسبک بسیار رایج است.
- در صورت سوراخشدن، امکان بادکردن وجود دارد.
3. باتری لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4 یا LFP)
این نوع باتری بهدلیل ایمنی بالا و طول عمر استثنایی در سالهای اخیر بسیار محبوب شده است. این باتری مانند باتری های لیتیوم یونی بصورت استوانه ای ساخته میشود اما معمولا در ابعاد متفاوت تری تولید میشود. مثلا 18500 یا 32140 یا ابعاد دیگر. ولتاژ این نوع باتری بر خلاف مدل های قبلی 3.2 ولت است. از سری کردن ۴ سلول از این باتری میتوان یک باتری 12.8 ولتی ساخت که از نظر ولتاژ بسیار شبیه باتری های سربی اسیدی خودرو است. با این تفاوت که این باتری ها ظرفیت و طول عمر بسیار بالاتری دارند.
تفاوت اصلی این نوع باتری ها با باتری های اسیدی یا اتمی خودرو در این است که باتری خودرو صرفا برای اینکه جریان لحظه ای بالایی بدهد( لحظه استارت) استفاده میشوند و استفاده مداوم از آن ها عمرشان را به شدت کاهش میدهد اما در مورد باتری های لیتیم آهن فسفات این محدودیت ها وجود ندارد.
ویژگیها
- بسیار ایمنتر از Li-ion
- مقاوم در برابر حرارت
- ولتاژ اسمی کمتر (۳.۲ ولت)
- شارژ و دشارژ پایدار
تعداد سیکل شارژ
بین ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سیکل کامل (گاهی حتی بیشتر).
شرایط نگهداری
- تحمل دمایی بهتر
- نگهداری در شارژ ۵۰٪ برای عمر بیشتر
- آسیب کمتر از شارژ کامل یا نیمهکامل نسبت به Li-ion
نکات
- مناسب سیستمهای خورشیدی، پاوروالها، دوچرخههای برقی و موتورهای برقی
- وزن کمی بیشتر از Li-ion اما عمر بسیار طولانیتر
4. باتری لیتیوم منگنز (Li-Mn یا IMR)
این نوع باتری ها در جایی استفاده میشوند که نیاز به توان لحظهای بالا باشد. برخی از این باتری ها میتوانند تا ۴۰ آمپر بصورت لحظه ای جریان دهی داشته باشند. قاعده ی نامگذاری ابعاد این نوع باتری مانند سایر انواع باتری های لیتیومی است اما معمولا ابعاد متفاوتی برای ساخت این باتری ها در نظر میگیرند. مثلا 18350 یا حتی ابعاد کوچکتر!
ویژگیها
- دشارژ پرقدرت
- ایمنی متوسط
- ظرفیت کمتر نسبت به Li-ion
تعداد سیکل شارژ
حدود ۳۰۰–۷۰۰ سیکل
شرایط نگهداری
- دما زیر ۳۰ درجه
- شارژ نگهداری ۴۰–۶۰٪
- عدم دشارژ عمیق
کاربردها
- ویپها، ابزارهای برقی کوچک، وسایل تخصصی
5. باتری NCA (نیکل-کبالت-آلومینیوم)
این نوع باتری هم مانند باتری های لیتیوم پلیمری در اشکال مختلفی تولید میشوند. ولتاژ آن ها نیز تقریبا نزدیک به باتری های لیتیومی است. این نوع، یکی از تکنولوژیهای محبوب در خودروهای برقی (مثل خودروهای تسلا مدلهای قدیمیتر) هستند.
ویژگیها
- چگالی انرژی بسیار بالا
- عملکرد عالی در جریانهای بالا
تعداد سیکل
حدود ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ سیکل
نکته
در برابر گرما نسبتاً حساستر و کاهش ظرفیت بعد از چند سال مشهود است.
6. باتری NMC (نیکل-منگنز-کبالت)
یکی دیگر از انواع باتریهای لیتیومی معروف به NMC در واقع توازنی بین ظرفیت، ایمنی و طول عمر برقرار کرده است و محبوبترین نوع باتری برای خودروهای برقی امروزی به شمار میرود.
ویژگیها
- ولتاژ پایدار
- چگالی انرژی بالا
- ایمنی قابل قبول
تعداد سیکل
حدود ۱۰۰۰–۲۰۰۰ سیکل
کاربرد
خودروهای برقی، پاوربانکهای جدید، دستگاههای صنعتی
تفاوت مهم انواع باتریهای لیتیومی
اگر بخواهیم به طور خلاصه انواع باتری لیتیومی را در یک نگاه بررسی کنیم، به جدول زیر میرسیم:
| نوع باتری | چرخه شارژ | ایمنی | چگالی انرژی | وزن | کاربرد |
|---|---|---|---|---|---|
| Li-ion | 300–500 | متوسط | بالا | کم | لپتاپ، پاوربانک |
| Li-Po | 300–600 | متوسط | متوسط | خیلی کم | پهپاد، گجتها |
| LiFePO4 | 2000–3000 | بسیار بالا | متوسط | کمی بیشتر | دوچرخه برقی، سیستم خورشیدی |
| IMR | 300–700 | خوب | متوسط | کم | جریانهای لحظهای بالا |
| NMC | 1000–2000 | خوب | بالا | کم | خودروهای برقی |
| NCA | 800–1200 | متوسط | خیلی بالا | کم | خودروهای الکتریکی |
نکات مهم برای افزایش عمر انواع باتریهای لیتیومی
فرقی نمیکند از کدام نوع استفاده میکنید:
- گرما دشمن باتری است → تا حد امکان در دماهای بالا شارژ یا نگهداری نشود.
- شارژ ۲۰ تا ۸۰٪ بهترین منطقه عمر طولانی است.
- شارژ صفر درصد خطرناک است و بهخصوص برای Li-ion و Li-Po عمر را کم میکند.
- برای نگهداری طولانیمدت (مثلاً چند ماه):
- شارژ ۴۰–۶۰٪
- محیط خنک (۱۵–۲۰ درجه)
- از شارژرهای بیکیفیت استفاده نکنید.
موفق و پیروز باشید.