باتری لیتیومی (Lithium Batteries) به باتریای گفته میشود که آنُد لیتیومی دارد. به این نوع باتریها باتریهای لیتیوم-فلزی نیز گفته میشود.
باتریهای لیتیومی در سالهای 1980 تا 1990 معرفی شدند. این باتریها بازار لوازم الکترونیکی قابل حمل مانند تلفنهای همراه و کامپیوترهای لپ تاپ را کاملا متحول کردهاند.
امروزه باتریهای لیتیومی کاربردهای بیشتری در بازارهای الکترونیک، خودروهای الکتریکی و خورشیدی پیدا کردهاند. باتریهای لیتیومی با توجه به وزن پایین، چگالی انرژی و کارایی بالا، در طیف گستردهای از دستگاههای الکترونیکی قابل حمل مصرفی، تجهیزات پزشکی، پشتیبانهای برق، ذخیرهسازی خورشیدی و در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده میشوند.
آنها جدا از باتریهای دیگر در چگالی شارژ بالا و هزینه بالا در واحد خود قرارگرفتهاند. بسته به طراحی و ترکیبات شیمیایی مورد استفاده، باتریهای لیتیوم میتوانند ولتاژهای ۱٫۵ ولت (قابل مقایسه با یک باتری معمولی روی–کربن یا باتری آلکالاین) را با حدود ۳٫۷ ولت تولید کنند.
باتریهای لیتیوم اولیه یکبار مصرف باید از باتریهای لیتیوم-یون یا لیتیوم-پلیمر (که باتریهای قابل شارژ هستند) متمایز شوند.
باتری لیتیومی از چه چیزی ساخته میشود؟
باتری لیتیومی از چهار جزء کلیدی تشکیل شده است. دارای کاتدی است که ظرفیت و ولتاژ باتری را تعیین میکند و منبع یونهای لیتیوم است. آنُد جریان الکتریکی را قادر میسازد تا از مدار خارجی عبور کند و هنگامی که باتری شارژ میشود، یونهای لیتیوم در آند ذخیره میشوند.
الکترولیت از نمکها، حلالها و برخی مواد افزودنی تشکیل شده و به عنوان مجرای یونهای لیتیوم بین کاتد و آند عمل میکند. در نهایت جداکننده وجود دارد، مانع فیزیکی که کاتد و آند را از هم جدا نگه می دارد.
مزایا و معایب باتری لیتیومی
باتریهای لیتیومی نسبت به سایر باتریها چگالی انرژی بالاتری دارند. آنها میتوانند تا 150 وات ساعت (WH) انرژی در هر کیلوگرم داشته باشند، در مقایسه با باتریهای هیدرید نیکل-فلز با 60-70WH/kg و باتری های اسید-سرب با 25WH/kg.
آنها همچنین نرخ تخلیه کمتری نسبت به سایر باتریها دارند و در مقایسه با باتریهای نیکل کادمیوم (NiMH) که 20 درصد در یک ماه انرژی از دست میدهند، در یک ماه حدود 5 درصد شارژ خود را از دست میدهند.
باتریهای لیتیومی همچنین حاوی یک الکترولیت قابل اشتعال هستند که می تواند باعث آتش سوزی باتری در مقیاس کوچک شود. این امر باعث شد تا گوشی هوشمند بدنام سامسونگ نوت 7 آتش بگیرد! که سامسونگ را مجبور کرد تولید خود را کنار بگذارد و 26 میلیارد دلار از ارزش بازار خود را از دست بدهد. لازم به ذکر است که این اتفاق برای باتریهای لیتیومی در مقیاس بزرگ رخ نداده است.
تولید باتریهای لیتیوم یونی نیز گرانتر است، زیرا هزینه تولید آنها تقریباً 40 درصد بیشتر از باتریهای نیکل کادمیوم است.
اربردهای باتری لیتیومی
باتریهای لیتیومی در بسیاری از دستگاههای حیاتی و با عمر طولانی، مانند ضربانساز و سایر دستگاههای پزشکی الکترونیکی کاربرد دارند. این دستگاهها از باتریهای تخصصی لیتیوم یدید استفاده می کنند که برای 15 سال یا بیشتر دوام دارند. اما برای کاربردهای دیگر، مانند اسباببازیها، باتری لیتیومی ممکن است از دستگاه بیشتر دوام بیاورد. در چنین مواردی، یک باتری لیتیومی گران قیمت ممکن است مقرون به صرفه نباشد.
باتریهای لیتیومی را میتوان به جای باتریهای آلکالاین معمولی در بسیاری از دستگاهها مانند ساعتها و دوربینها استفاده کرد. اگرچه باتریهای لیتیومی پرهزینهتر هستند، اما عمر بسیار طولانیتری را ارائه میکنند و در نتیجه تعویض باتری را به حداقل میرسانند. با این حال، قبل از استفاده از باتریهای لیتیومی به عنوان جایگزین در دستگاههایی که معمولاً از سلولهای روی معمولی استفاده میکنند، باید به ولتاژ بالاتری که توسط سلولهای لیتیوم ایجاد میشود توجه شود. (عموما ۳.۷ ولت در برابر ۱.۵ ولت باتریهای معمولی و آلکالاین)
اندازهها و قالبهای باتری لیتیومی
باتریهای لیتیومی کوچک معمولاً در دستگاههای الکترونیکی کوچک و قابل حمل مانند PDAها، ساعتها، دوربینهای فیلمبرداری، دوربینهای دیجیتال، دماسنج، ماشینحساب، بایوس رایانه شخصی (مادربرد)، تجهیزات ارتباطی و ریموتهای ماشین استفاده میشوند. آنها در اشکال و اندازه های بسیاری موجود هستند، مثلا یک نوع معمولی منگنز 3 ولت “سکهای”، معمولاً 20 میلی متر قطر و 1.6-4 میلی متر ضخامت دارد.
نیازهای الکتریکی سنگین بسیاری از این دستگاهها، باتریهای لیتیومی را به گزینهای جذاب تبدیل میکند. به طور خاص، باتریهای لیتیومی میتوانند به راحتی از جریان کوتاه و سنگین دستگاههایی مانند دوربینهای دیجیتال پشتیبانی کنند و ولتاژ بیشتری را برای مدت طولانیتری نسبت به باتریهای آلکالای (قلیایی) حفظ میکنند.
