نگاهی به انواع باتری لیتیومی

با در نظر گرفتن راحتی و صرفه‌جویی که باتری‍های قابل شارژ چندمنظوره فراهم می‌کنند، نقش مهم باتری‌های اولیه نادیده گرفته می‌شود. علاوه بر باتری‌های آلکالاین، خانواده وسیع باتری‌های لیتیومی اولیه هم از نظر محبوبیت و کاربرد در بین باتری‌های اولیه سرآمد هستند. در مواردی که قابلیت شارژ مجدد غیرعملی یا دشوار است، استفاده از باتری‌های لیتیومی اولیه نجات و حفظ جان افراد را تسهیل می‌کند. موقعیت‌های حیاتی در طول زمان جنگ و عملیات نجات جان در خلال مأموریت‌های نجات، نمونه‌های خوبی هستند. دستگاه‌های حیاتی مثل ضربان سازهای قابل کاشت با باتری‌های لیتیومی تغذیه می‌شوند. نیاز عملیاتی اندکی که این باتری دارد (تنها ۲۰-۱۰ میکرو آمپر) طول عمری ۱۰-۵ ساله به آن بخشیده است.

نیازهای روزمره مصرف کننده و صنعتی هم معمولاً برای راحتی و عملی بودن به باتری‌های اولیه تکیه دارند (برخی منحصراً). به عنوان مثال، کنترل از راه دور، کلیدهای الکتریکی، اسباب بازی‌های کودکان، مته‌های خاص معادن، کنتورهای هوشمند و فشار سنج خودرو اغلب توسط باتری‌های لیتیومی یا قلیایی یکبار مصرف تغذیه می‌شوند. باتری‌های لیتیومی اولیه و اغلب سکه‌ای کوچک (CR2032)، برای تامین انرژی مادربُرد اکثر رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شوند. این یک مثال خوب از یک کاربرد گسترده در سطح مصرف کننده و قدرت است که در آن استفاده از باتری قابل شارژ غیرعملی است.

باتری‌های لیتیومی اولیه

این باتری‌ها خانواده‌ای با ترکیبات شیمیایی مختلف را شامل می‌شوند. با توجه به تمایل مصرف کننده به سمت باتری‌های قابل شارژ، ما اغلب باتری‌های لیتیومی را از نظر انواع قابل شارژ (ثانویه) که به عنوان باتری‌های لیتیوم یون شناخته می‌شوند، در نظر می‌گیریم. باتری‌های لیتیوم اولیه که برای یک بار مصرف و دفع ساخته شده‌اند، به عنوان باتری‌های لیتیوم فلزی شناخته می شوند که از لیتیوم برای آند (الکترود منفی) استفاده می‌شود. تفاوت اصلی آنها مربوط به موادی است که برای کاتد (الکترود مثبت) بکار می‌رود و رایج‌ترین‌شان منگنز است، اما می‌شود از جنس کربن، گوگرد، آهن، پلیمر یا مواد دیگر هم باشد.

اما بعضی از رایج‌ترین باتری‌های لیتیوم فلزی:

باتری‌های دی سولفید لیتیوم-آهن (Li-FeS2)

مطابق با ولتاژ ۱.۵ باتری‌های قلیایی، دی سولفید لیتیوم-آهن جدیدترین افزودنی به زیر خانواده لیتیوم اولیه است که می‌تواند نیازهای هر برنامه‌ای را که نیاز به باتری های قلیایی ۱.۵ ولتی قلمی و نیم‌قلمی دارد را برآورده کند و در بیشتر موارد، تقریباً از هر نظر بهتر از سلول قلیایی عمل می کند. در یک برنامه کاربردی مثل دوربین دیجیتال، یک باتری لیتیوم قلمی می‌تواند تا شش برابر باتری قلیایی دوام بیاورد، ولتاژ عملیاتی بالاتر، پایداری بهبود یافته و مقاومت کمتری نسبت به سلول‌های قلیایی استاندارد دارد. از مزایای اضافی باتری دی سولفید لیتیوم آهن می‌شود به عملکرد دمای پایین و بهبود مقاومت در برابر نشتی و ماندگاری ۱۵ ساله به دلیل سرعت خود‌تخلیه پایینش اشاره کرد.

اما همانطور که در همه انواع باتری‌ها انتظار می‌رود، چند اشکال هم دارد. اولا، قیمت آنها کمی بیشتر است، اما هنوز هم مقرون به صرفه‌اند. دوم، هر یک از این باتری‌ها حاوی حدود ۰.۹۸ گرم لیتیوم هستند که امکان استفاده از دو باتری یدکی را فراهم می‌کند. این مقررات به طور کلی منعکس کننده خطرات مربوط به سوء استفاده از باتری‌های لیتیومی است. تحت شرایط خاصی، نشتی‌ها و انفجارها، می‌تواند ناشی از عدم تطابق یک باتری تخلیه شده، اضافه کردن یک باتری از نوع دیگر یا حتی قرار دادن آن به شکل سر‌و‌ته در جایگاهش باشد.

باتری‌های لیتیوم-تیونیل کلرید (LiSOCI2 یا LTC)

باتری لیتیوم-تیونیل کلرید که اغلب به دلیل توانایی آن در مقاومت در برابر لرزش زیاد و گرمای تولید شده، در کاربردهای حفاری افقی (فرکینگ) استفاده می شود، یکی از سخت‌ترین و قوی‌ترین باتری‌های لیتیوم فلزی موجود است. باتری‌های LTC دارای ولتاژ نامی ۳.۶ ولت هستند، اما مثل قلیایی‌ها، مقاومت نسبتاً بالای‌شان کاربرد آنها را برای بارهای تخلیه متوسط ​​محدود می‌کند. با این حال، LTC ها از ۵۰۰ وات ساعت بر کیلوگرم در رتبه بندی انرژی خاص فراتر می‌روند، به این معنا که ظرفیت‌شان دو برابر تقریباً هر Li-ion قابل شارژ است. زمان کار باتری‌های لیتیوم-تیونیل کلرید علاوه بر این توسط عوامل دیگری از جمله الگوی بار و شرایط حرارتی تعیین می‌شود.

به دلیل نگرانی‌های ایمنی، باتری‌های LTC نه در دستگاه‌های مصرف‌کننده یافت می‌شوند و نه به‌عنوان باتری همه منظوره غیرنظامی در دسترس‌اند. استفاده از آنها عمدتاً به تجهیزات صنعتی، کاربردهای پزشکی و حسگرها، و تجهیزات نظامی مثل مین و فیوز اختصاص دارد. شیمی قوی این باتری نیاز به جابجایی توسط متخصصان آموزش دیده دارد.

باتری‌های لیتیوم دی اکسید منگنز (LiMnO2 یا Li-M)

در مواردی که LTC ها نمی‌توانند نیازهای مصرف کننده را برطرف نمایند، باتری مشابه لیتیوم دی اکسید منگنز برای استفاده غیرنظامی در دسترس است. در واقع، این لیتیوم پرکاربردترین لیتیوم اولیه است که تقریباً ۸۰٪ از بازار باتری‌های لیتیومی اولیه را در اختیار دارد و توسط تمام تولید کنندگان اصلی باتری تولید می‌شود. از جمله مزایای آن می‌شود به عمر طولانی، مقرون به صرفه بودن، تخلیه کم و توانایی کنترل جریان‌های پالس بالا اشاره کرد. سلول Li-M با ولتاژ ۳.۳-۳ ولت و انرژی ویژه بیش از نیمی از همتای LTC خود یعنی ۲۸۰ وات ساعت بر کیلوگرم کار می‌کند و معمولاً در سنسورها، دستگاه‌های پزشکی، تجهیزات عکاسی و همچنین ساعت‌ها بکار می‌رود. پیشوند “C” در باتری معمولی CR2032 که معمولاً در مادربردها و ساعت‌های کامپیوتری یافت می‌شود، نامی است برای نشان دادن ترکیب شیمیایی لیتیوم آن. معمولاً این باتری سکه ای از نوع لیتیوم-دی اکسید منگنز است که مثل تمام باتری‌های لیتیومی، برای محافظتش در برابر اتصال کوتاه، سوء استفاده فیزیکی یا الکتریکی و گرما به مراقبت بیشتری نیاز دارد. همچنین برای حمل و نقل و دفع آنها مقررات اضافی اعمال می‌شود.

باتری‌های لیتیوم دی اکسید گوگرد (LiSo2)

باتری‌های لیتیوم گوگرد دی اکسید عمدتاً در کاربردهای دفاعی که به مقادیر زیادی از این باتری نیاز است و تجهیزات پزشکی مثل دفیبریلاتورهای قلبی استفاده می‌شود. این باتری استوانه‌ای شکل، ۲.۸ ولت را در قالب‌های A، C و D (نیم‌قلمی تا استوانه‌ای بزرگ) ارائه می‌کند و زمانی که به‌درستی در دمای اتاق نگهداری شود، عمر مفید ۱۰-۵ ساله دارد. باتری‌های LiSo2 قادر به ایجاد انفجارهای مکرر انرژی هستند و مانند برادران خود از چگالی انرژی بالای ۳۳۰ وات‌ساعت/ کیلوگرم برخوردارند. در حالی که تولید باتری‌های لیتیوم گوگرد دی اکسید مقرون به صرفه است، اما به طور چشمگیری در حال جایگزین شدن با باتری Li-M هستند. این باتری نام خود را از کاتد خود گرفته که از جنس کربن متخلخل پر شده با دی اکسید گوگرد است.

https://www.microbattery.com/primary-lithium-batteries