باطری لیتیومی و باطری لیتیوم پلیمری و هرآنچه باید درموردشان بدانید

امروزه باتری های لیتیومی کاربرد گسترده ای در تجهیزات الکترونیکی یافته اند. وزن سبک و حجم کم نسبت به حجم انرژی بالا  باعث شده در بسیاری از کاربردهای قابل حمل این نوع باتری همه ی رقیب های خود را کنار بزند. باطری های لیتیومی انواع محتلفی نظیرلیتیوم یون li-ion و لیتیوم پلیمر li-po دارند. بانک باطری در این وبلاگ به بررسی باطری لیتیوم پلیمری و ساختار آن میپردازد.

در مورد باطری های لیتیوم یون و ساختار آن

باطری لیتیومی و باطری لیتیوم پلیمری: باطری لیتیوم پلیمری مکعب شکل اند و باطری لیتیوم یونی شکل استوانه ای دارند.

باطری لیتیوم پلیمری

این باتری ها از نوع باتری های قابل شارژاند.

از آنها در گوشی موبایل، دوربین، لپ تاپ، محصولات بازی و سرگرمی، کوادکوپتر و غیره استفاده می شود.

این باتری ها دارای وزن کم و قابلیت شکل پذیری در هر نوع ابعادی هستند.

به دلیل قدرت تخلیه بسیار بالایی که دارند در هواپیماهای بدون سرنشین و پهبادها استفاده می شوند.

البته گفتنی است این باتری ها به دلیل نوع ساختار و مواد اولیه آن ها گران قیمت هستند.

باتری های پلیمری به صورت چند سلولی یا تک سلولی ساخته شده اند.

منظور از باتری چند سلولی این است که سلول های آن به صورت سری به هم وصل شده اند و ولتاژ بیشتری نیز دارند.

میزان ولتاژ آنها ۴٫۲ بوده و بیشتر از این مقدار برای سلول باتری مضر است.

طراحی و ویژگی ساختاری باطری لیتیومی و لیتیوم پلیمری

ایده اصلی  طراحی سلول‌های لیتیوم-پلیمر به باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم- فلز برمی‌گردد.

تفاوت اصلی سلول‌های لیتیوم- پلیمر این است که به‌جای استفاده از الکترولیت لیتیوم – نمک که در حلال ارگانیک نگه‌داری می‌شود، از الکترولیت پلیمر جامد مانند اکسید پلی‌اتیلن ، پلی آکریلونایتریل ، پلی متیل متاکریلات یا پلی وینیلیدین فلوراید استفاده‌شده است.

الکترولیت‌های جامد را در سه دسته می‌توان طبقه‌بندی کرد: SPE خشک، SPE ژله‌ای و SPE متخلخل. SPE

جالب است بدانید یک سلول معمولی لیتیوم پلیمر شامل سه جزء اصلی است: الکترود مثبت، الکترود منفی، جداکننده و الکترولیت.

جداکننده می‌تواند پلیمری به شکل لایه‌نازک متخلخل پلی‌اتیلن (PE) یا پلی‌پروپیلن (PP) باشد؛ بنابراین حتی زمانی که سلول الکترولیت مایع دارد، هنوز بخشی از آن یک پلیمر محسوب می‌شود.

بخش های الکترود مثبت:

لیتیوم-اکسید فلز واسطه (مانند LiCoO2 یا LiMn2O4)

یک ماده افزودنی رسانا

یک اتصال‌ دهنده پلیمری از جنس پلی وینیلیدین فلوراید (PVdF) است.

الکترود منفی نیز می‌تواند ساختاری مشابه با الکترود مثبت و شامل سه بخش باشد، با این تفاوت که کربن جایگزین اکسید فلز واسطه شده‌ است.

کارکرد باطری لیتیومی و لیتیوم پلیمری

مانند باتری های لیتیوم-یون، سلول‌های لیتیوم- پلیمر بر مبنای افزودن و کاستن (intercalation و de-intercalation) یون‌های لیتیوم کار می‌کنند.

همانطور که میدانید یون های لیتیوم از ماده سازنده الکترود مثبت و الکترود منفی به وجود می آید. ومایع الکترولیت وظیفه رسانایی را در باتری لیتیوم -پلیمر به عهده دارد.

برای جلوگیری از تماس مستقیم بین الکترودها، یک جداکننده ریز متخلخل بین آن‌ها قرار داده‌شده است. این جداکننده تنها به یون‌ها اجازه عبور می‌دهد و ذرات سازنده الکترودها نمی‌توانند به سمت دیگر بروند.

میزان شارژ

میزان ولتاژ یک باتری لیتیوم پلیمر کاملا  بستگی به ساختار شیمیایی آن دارد.

میزان دقیق ولتاژ باید در برگه مشخصات فنی محصول مشخص شود.

باید به این موضوع توجه کرد که باتری ها باید توسط یک مدار الکترونیک از شارژ بیش‌ازحد یا تخلیه بیش‌ازحد مصون بمانند.

برای مجموعه باتری های لیتیوم- پلیمر که به شکل سری به هم متصل شده‌اند، یک شارژکننده اختصاصی می‌تواند بر میزان شارژ هر سلول نظارت کرده و تمامی سلول‌ها را به سطح یکسانی از شارژ برساند.

اعمال فشار بر روی دیواره باطری های لیتیوم- پلیمری میتواند سبب صدمه به ظرفیت باتری شود.

سلول‌های لیتیوم- یون استوانه‌ای و منشوری که در یک قاب صلب فلزی قرار دارند.

اما سلول‌های لیتیوم – پلیمر دارای قاب انعطاف‌پذیر فویل (ورقه پلیمری) است و در نتیجه این سلول‌ها انعطاف‌پذیری بیشتری دارند.

این سلول‌ها تقریباً ۲۰% سبک‌تر از سلول‌های استوانه‌ای معادلشان با ظرفیت یکسان هستند.

بااین‌حال وارد شدن یک فشار متوسط بر لایه‌های بیرونی این باتری ها می‌تواند باعث کاهش پایداری ظرفیت آن‌ها شود.

این کاهش به علت بیشینه شدن تماس بین اجزا و جلوگیری از جدا شدن ورقه‌ها و تغییر شکل آن‌ها رخ می‌دهد که در نهایت باعث افزایش امپدانس سلول و خرابی تدریجی آن خواهد شد.

ویژگی های باطری لیتیوم پلیمری

این نوع از باتری ها سطح دشارژ پایینی دارند و دارای وزنی سبک هستند. باتری‌های لیتیوم پلیمر در اشکال و ابعاد مختلفی وجود دارند.

هم چنین دارای مدت زمان شارژدهی بیشتر و تخلیه شارژ بالا که برای سیستم های قدرتمند مناسب هستند.

معایب:

دارای چگالی انرژی پایینی هستند و همچنین هزینه بالا و عمر مفید کوتاهی دارند و غیر قابل تعویض توسط کاربر هستند.

البته راهکارهایی برای افزایش عمر باطری های لیتیومی وجود دارد که در ادامه به این موضوع میپردازیم.

راه های افزایش عمر باطری لیتیوم پلیمری

  • برای افزایش طول عمر این نوع از باتری ها باید از شارژر مناسب همان باتری استفاده کرد. شارژر باتری لیتیوم یون با پلیمری تفاوت دارد.
  • در شارژ باتری پلیمر باید از میزان و ظرفیت ۱C استفاده کرد.

گرچه این ظرفیت شارژ زمان زیادی می‌برد ولی از گرمایی که باعث آسیب به باتری می‌شود جلوگیری می‌کند.

  • استفاده از شارژر های آهسته به افزایش طول عمر باتری کمک می کند.
  • بلافاصله بعد از تخلیه شدن شارژ باتری آن را به برق نزنید.
  • هرگز شارژ باتری را در زمان زیاد و مدت طولانی هم خالی نگذارید. این کار باعث می شود سلول های باتری قابلیت خود را از دست داده و نتوانند انرژیی خود را ذخیره کنند که در نتیجه باعث بروز اختلال می‌شود.
  • این باتری ها را باید در مکان های خشک و خنک نگه‌ دارید.

مثلا از نگه داری آنها در گرما یا داخل خودرو خودداری کنید زیرا باعث کاهش طول عمر باتری می‌شود.

  • اگر دسترسی و سروکار زیادی با باتری لیتیوم پلیمری دارید حتما از تشخیص سنسور حرارت و دود استفاده کنید تا از خطرات احتمالی جلوگیری شود.
  • هرگز باتری هایی که باد کردگی دارند را به شارژ نزنید زیرا احتمال منفجر شدن آنها زیاد است و باید آنها را دور بیندازید.

برای مشاهده انواع باطری های لیتیوم پلیمر و باطری های لیتیوم یونی بانک باطری لینک در اختیار شماست.

منبع: mag.gooshijanebi، ronda-electric

مهناز غلامی
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.