نبرد لیتیومی: باتری های یکسان با معماری های متفاوت

باتری‌های لیتیومی باتری‌هایی‌اند که از فلز لیتیوم یا ترکیبی از آن به‌عنوان قطب مثبت (آند) استفاده می‌کنند. عمر طولانی و ظرفیت شارژ شدن بالا این باتری‌ها را گزینه مناسبی برای استفاده در دستگاه‌های هوشمند کرده است.
حتما شما هم هنگام خرید دستگاه هوشمند باتری خوب را جزو ملاک‌های خرید دستگاه قرار می‌دهید، اما شاید این سوال برایتان پیش آمده باشد: واژه‌هایی مانند Li-ion و Li-po، که در مشخصات  فنی باتری دستگاه نوشته می‌شود، چیست و چه فرق‌هایی با یکدیگر دارند؟
برای پی بردن به راز این کلمات کافی است تا انتهای مطلب همراه ما باشید!

باتری‌های لیتیومی-یونی
این باتری‌ها عضوی از خانواده باتری‌های قابل شارژند. لیتیوم سبک‌ترین نوع فلز است که پتانسیل الکتروشیمیایی بالایی دارد و بیشترین ظرفیت پذیرش انرژی را دارد (تقریبا دو برابر باتری‌های نیکل-کادیوم). یون‌های لیتیوم هنگام مصرف انرژی از قطب منفی آند به سمت قطب مثبت کاتد حرکت می‌کنند و هنگام شارژ شدن این فرآیند معکوس می‌شود. باتری‌های لیتیومی، که از فلز لیتیوم در تولیدشان استفاده می‌شد، به‌دلیل خاصیت ناپایدار فلز لیتیوم بسیار خطرناک بودند، به‌خصوص زمان شارژ شدن. بر همین اساس استفاده از یون‌های لیتیوم به‌جای فلز مرسوم شد. ظرفیت این باتری‌ها که از یون لیتیوم استفاده می‌کردند به نصف کاهش یافت، اما اینها دیگر خطرات باتری‌های لیتیوم فلزی را نداشتند. باتری‌های لیتیوم-یونی ولتاژی حدود 3.6 ولت دارند. این خصیصه باعث می‌شود این باتری‌ها به‌صورت تک‌سلولی استفاده شوند، درحالی‌که در صورت استفاده از باتری‌های معمولی (نیکل-کادیوم) باید از سه سلول 1.2 ولتی استفاده کرد که به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند. همین امر تاثیر بسزایی در طراحی دستگاه‌های هوشمند باریک‌تر داشت.

هزینه تولید این باتری‌ها نسبت به سایر مواد شیمیایی بسیار پایین است و برای تعیین عمر باتری نیز استفاده از چرخه زمان‌بندی لازم نیست؛ یعنی آزمایشی که تعداد شارژ و خالی شدن باتری تا از کار افتادن آن را محاسبه می‌کند. اما از طرفی شکنندگی یون‌های لیتیوم استفاده از یک مدار محافظ را در سلول باتری لازم می‌کند، تا هنگام شارژ شدن ولتاژ بیش از حد بالا نرود و هنگام خالی شدن باتری هم ولتاژ بیش از حد پایین نیاید. همچنین این مدارهای محافظ (که عمدتا از فیوزها در طراحی‌شان استفاده می‌شود) دمای باتری را نیز کنترل می‌کنند.

باتری های لیتیومی-پلیمری
باتری‌های لیتیومی-پلیمری در واقع همان باتری‌های لیتیومی-یونی هستند که معماری متفاوتی دارند و از معماری پلیمری استفاده می‌کنند. در این معماری، به‌جای استفاده از مایع الکترولیت، از ژل استفاده می‌شود؛ البته در ساخت ابتدایی این باتری‌ها از الکترولیت فلزی استفاده می‌شد. اولین سری باتری‌های پلیمری با شکست مواجه شدند، چرا که در دمای اتاق فعال نمی‌شدند و برای برقراری جریان می‌بایست تا دمای 60 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شدند. برای حل این مشکل، در ساخت باتری‌های پلیمری جدید از ژل‌های الکترولیت استفاده شد تا جریان در دمای اتاق نیز برقرار شود.

هر دو نوع باتری لیتیومی-یونی از نظر ساختاری شبیه یکدیگرند، اما باتری‌های پلیمری انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی ذخیره می‌کنند و از آنها نازک‌ترند، اما هزینه تولیدشان حدود 10 تا 30 درصد بیشتر از باتری‌های یونی معمولی است.