باتری های لیتیوم، یونی چطور کار می نمایند و آیا واقعا خطر انفجار دارند؟ - مجله فوتبال دوستان

با وجود تمام این حرف ها باتری های لیتیوم-یونی یکی از رایج ترین و قدرتمندترین محصولات دنیا هستند اما سوالی که می توان بیان کرد این است که چه چیزی این باتری ها را اینقدر پرانرژی و قدرتمند نموده است؟ در این مقاله شما را با ساختار باتری لیتیوم-یونی آشنا می کنیم و از چگونگی کارکرد آن به زبانی ساده پرده بر می داریم.

باتری لیتیوم یون قابل شارژ اولترا فایت مدل 18650 ظرفیت 6800 میلی آمپر ساعت

25,470

تومان

باتری لیتیوم یون قابل شارژ کد 18650 ظرفیت 2800 میلی آمپر ساعت

47,000

32,000

تومان

خرید باتری های لیتیومی از خبرنگاران

مشاهده همه

چرا باتری های لیتیوم-یونی رایج و محبوب است؟

باتری های لیتیوم-یونی بسیار سبک تر از انواع دیگر باتر ی های قابل شارژ با همان مقدار هستند، چراکه الکترودهای این دسته از محصولات از لیتیوم و کربن سبک وزن ساخته شده اند. از طرفی لیتیوم یک عنصر بسیار واکنش پذیر (به این معنی که انرژی زیادی در پیوندهای اتمی آن ذخیره شده است) است به همین علت هم این چگالی انرژی بسیار بالا در باتری های لیتیوم-یونی می تواند به شارژ خروجی تبدیل گردد.

اما چگالی انرژی این دسته از باتری ها دقیقا به چه مقدار است؟ به منظور درک این اندازه انرژی جالب است بدانید که یک باتری لیتیوم یون معمولی قابلیت ذخیره سازی 150 وات بر ساعت انرژی را در 1 کیلوگرم از خود (باتری) دارد. در حالی که یک بسته باتری NiMH (باتری نیکل- هیدرید فلز) می تواند 100 وات بر ساعت انرژی را در هر کیلوگرم از خود ذخیره کند. بعلاوه یک باتری اسید-سرب می تواند تنها 25 وات بر ساعت انرژی را در هر کیلوگرم ذخیره کند. بنابراین با توجه به اطلاعاتی که در اختیار شما قرار دادیم، 6 کیلوگرم از باتری های اسید-سرب قابلیت ذخیره سازی همان اندازه انرژی ای را دارند که یک 1 کیلوگرم باتری لیتیوم یونی می تواند ذخیره کند، که تفاوت واقعا چشم گیری است.

• مصرف انرژی در باتری های لیتیوم-یونی: یک بسته باتری لیتیوم-یونی تنها حدود 5 درصد از شارژ خود را در ماه از دست می دهد، در حالی که این مقدار برای باتری های نیکل- هیدرید فلز حدودا 20 درصد است.
• حافظه ندارند: این دسته از باتری ها هیچ حافظه ای ندارند، به این معنی که لازم نیست قبل از شارژ مجدد آن ها را کاملاً تخلیه کنید. در حالی که در سایر باتری های شیمیایی تخلیه کامل شارژ به جای مانده قبل از شارژ مجدد لازم است.
• ماندگاری بالا: باتری های لیتیوم-یونی می توانند تا صدها چرخه شارژ/دشارژ را تحمل نمایند و کیفیت اولیه خود را از دست ندهند.

الیته تمام موارد ذکر شده به این معنی نیست که باتری های لیتیوم-یونی بی عیب و نقص هستند.

• این دسته از باتری ها به محض خروج از کارخانه تاریخ مصرفشان آغاز می گردد، به این معنی که فقط دو یا چهار سال از تاریخ فراوری دوام خواهند داشت، چه از آن ها بهره ببرید چه نکنید!
• باتری های لیتیوم-یونی به دمای بالا بسیار حساس هستند. گرما می تواند عاملی برای تخریب خیلی سریع تر آن ها نسبت به دمای عادی گردد.
• اگر باتری های لیتیوم-یونی را به طور کامل تخلیه کنید، احتمال آسیب دیدگی دارند. به همین علت هم توصیه می گردد که از گوشی همراه با زیر 15 درصد باتری استفاده نکنید.

بسیاری از این ویژگی های مطرح شده با کنجکاوی بیشتر و نگاه کردن به مواد شیمیایی درون یک سلول لیتیوم-یونی به شکلی بهتر قابل درک است.

نگاهی به درون یک باتری لیتیوم-یونی

بسته های باتری های لیتیوم-یونی در اشکال و مقدار های مختلف در بازار وجود دارند، اما همه آن ها در بخش داخلی خود تقریباً یکسان به نظر می رسند. اگر یک باتری لیتیوم-یونی را از غلاف خارج کنید (که ابدا چنین کاری را توصیه نمی کنیم)، چیزهایی که خواهید دید شامل:

• سلول های لیتیوم یونی lithium-ion cells اولین چیزیست که می بینید. این سلول ها در داخل این باتری ها شبیه به باتری های استوانه ای AA به نظر می رسند یا می توانند حالتی زاویه دار داشته باشند، به این معنی که مربعی یا مستطیلی هستند.
• یک یا چند سنسور دما برای نظارت بر دمای باتری
• مدار ولتاژ و مدار تنظیم نماینده برای حفظ سطوح ایمنی ولتاژ و جریان
• یک کانکتور نوت بوک notebook connector که وظیفه دارد برق و اطلاعات را به داخل و خارج غلاف باتری جریان دهد.
• یک تپ ولتاژ voltage tap که ظرفیت انرژی سلول ها را به شکل جداگانه در غلاف باتری کنترل می نماید.
• نظارت نماینده بر شرایط شارژ باتری، که تقریبا یک کامپیوتر کوچک است و تمام فرآیند شارژ را انجام می دهد تا مطمئن گردد سلول ها در سریع ترین زمان ممکن و به شکلی کامل شارژ می شوند.

اگر کلیت باتری در حین شارژ یا استفاده بیش از حد داغ گردد، نظارت نماینده بر شرایط شارژ باتری، جریان برق را قطع می نماید تا همه چیز به دمای اولیه برگردد. به عنوان مثال اگر لپ تاپ خود را در ماشین و زیر نور مستقیم خورشید رها کنید، پس از دسترسی به آن اگر سعی کنید از آن بهره ببرید، دستگاه ممکن است تا زمانی که همه چیز خنک گردد، روشن نگردد. به یاد داشته باشید که اگر سلول های باتری کاملاً تخلیه شوند، کل باتری آسیب می بیند و قابلیت استفاده ندارد. بعلاوه نظارت نماینده بر شرایط شارژ باتری این قابلیت را دارند که تعداد چرخه های شارژ/دِشارژ را ردیابی نمایند و اطلاعات را به بخش سنجش شارژ باتری در لپ تاپ بفرستند تا سیستم بتواند اطلاعاتی در خصوص مقدار شارژ باتری به شما بدهد.

سلول های لیتیوم-یونی (Lithium-ion Cells)

مانند بسیاری از باتری های موجود در بازار، بدنه بیرونی این نوع از باتری ها هم از فلز ساخته شده است. استفاده از فلز در ساختار این محصول اهمیت ویژه ای دارد، چراکه باتری همیشه تحت فشار است. این غلاف فلزی دارای نوعی منفذ حساس به فشار است که اگر باتری آنقدر داغ گردد که خطر انفجار در اثر فشار بیش از حد آن را تهدید کند، این منفذ می تواند فشار اضافی را آزاد و از خطر جلوگیری کند. اگرچه احتمالاً بعد از چنین اتفاقی باتری بی فایده خواهد بود، بنابراین باید از استفاده دوباره از آن اجتناب کنید. سوئیچ ضریب دمای مثبت (PTC) هم وسیله ای یاری نماینده است که از داغ شدن بیش از حد باتری های لیتیوم-یونی جلوگیری می نماید.

این غلاف فلزی دارای یک مارپیچ بلند است که شامل سه ورقه نازک و به هم فشرده می گردد:

• الکترود مثبت
• الکترود منفی
• یک جدانماینده

در داخل غلاف این صفحات، حلالی آلی ای غوطه ور است که به عنوان الکترولیت عمل می نماید. در این میان اتر هم یک حلال رایج است.

صفحه جدانماینده یک ورق بسیار نازک از منافذ میکرسکوپی و پلاستیکی است و همانطور که از نام آن پیداست، صفحات الکترودهای مثبت و منفی را از هم جدا می نماید، در عین حال اجازه عبور یون ها را می دهد. الکترود مثبت از اکسید لیتیوم کبالت یا LiCoO2 ساخته شده و الکترود منفی از کربن ساخته شده است. هنگامی که باتری شارژ می گردد، یون های لیتیوم به وسیله مایع الکترولیت از الکترود مثبت به الکترود منفی حرکت می نماید و به کربن متصل می شوند، پس این فرآیند و در حالت دشارژ باتری ها، یون های لیتیوم از کربن به LiCoO2 برمی گردند.

حرکت این یون های لیتیوم با ولتاژ نسبتاً بالایی اتفاق می افتد، بنابراین هر سلول حدودا 3.7 ولت انرژی فراوری می نماید. همانطور که تعیین است این اندازه بسیار بالاتر از 1.5 ولت معمولی در یک سلول قلیایی AA (باتری قلمی های 1.5 ولتی) است.

چرا باتری های لیتیوم-یونی منفجر می شوند؟

احتمالا شما هم تا به حال گزارش هایی مبنی بر انفجار لپ تاپ هایی با باتری های لیتیوم-یونی را خوانده اید. همانطور که در مقدمه این مقاله هم اشاره کردیم احتمال چنین رویدادی یک در میلیون است، بنابراین اگر به درستی از سیستم های باتری دار خود مراقبت کنید احتمالا چنین خطری عملا وجود ندارد. اما همین گزارش ها می توانند آغازی برای یک مبحث جالب باشند! چرا باتری های لیتیوم-یونی منفجر می شوند؟

به طور کلی اگر باتری آن قدر داغ گردد که مایع الکترولیت آن را مشتعل کند، باتری منفجر می گردد. کلیپ های ویدئویی و عکس هایی در وب وجود دارد می تواند گواهی بر این باشد که خطر انفجار و آتش سوزی باتری تا چه مقدار می تواند جدی باشد. هنگامی که چنین آتش سوزی هایی رخ می دهد، قضیه را می توان به شکلی دقیق تر ناشی از اتصال کوتاه داخلی در باتری دانست.

همانطور که از بخش قبلی به یاد بیاورید سلول های لیتیوم-یونی حاوی یک صفحه جدانماینده هستند که الکترودهای مثبت و منفی را از هم جدا نگه می دارد. در صورتی که این ورقه جدانماینده سوراخ گردد و الکترودها یکدیگر را لمس نمایند، باتری خیلی سریع گرم می گردد. شما می توانید این کار را با قرار دادن دو سکه در دو سر یک باتری قلمی معمولی انجام دهید و چنین گرمایی را تجربه کنید.

بنابراین زمانی که جدا نماینده آسیب ببیند، همان نوع اتصال کوتاهی که مطرح شد در داخل باتری لیتیوم-یونی اتفاق می افتد و از آنجایی که باتری های لیتیوم-یونی بسیار پرانرژی هستند، خیلی سریع داغ می شوند و گرمای فراوریی در آن می تواند حلال آلی مورد استفاده به عنوان الکترولیت را شعله ور کند. طبیعتا هنگامی که این اتفاق در داخل یکی از سلول ها رخ می دهد، گرمای آتش به سلول های دیگر می رسد و کل بسته آتش می گیرد.

نکاتی برای ماندگاری بیشتر باتری های لیتیوم-یونی

ار آنجایی که این دسته از باتری ها جزو گزینه های گران قیمت بازار به شمار می روند، توجه به نکاتی برای ماندگاری بیشتر باتری های لیتیوم-یونی می تواند برای هرکسی مفید باشد.

• شیمی حاکم بر باتری های لیتیوم-یونی تخلیه جزئی را به تخلیه کامل ترجیح می دهد، بنابراین بهتر است از به صفر رساندن باتری گوشی یا سایر وسایل خود خودداری کنید. از آنجایی که شیمی لیتیوم یون حافظه ندارد، با تخلیه جزئی به کلیت باتری آسیب نمی رسانید. اما گفتنی است که اگر ولتاژ یک سلول لیتیوم یونی از حد معینی پایین بیاید، ممکن است کل باتری آسیب ببیند، پس لطفا از شارژر مخصوص هر وسیله تنها برای خود آن بهره ببرید.
• عمر باتری های لیتیوم-یونی تنها دو الی چهار سال است، حتی اگر در یک قفسه بدون استفاده نشسته باشند. بنابراین زمانی که باتری لیتیوم-یونی جدیدی می خرید، باید مطمئن شوید که واقعاً نو است. زیرا همانطور که اشاره شد تاریخ فراوری این دسته از کالاها به شدت مهم است.
• از قرار دادن باتری ها در محیط های گرم پرهیز کنید.

باطری موبایل مدل G530 EB-BG530BBE/LOTS20211 ظرفیت 2600 میلی امپر ساعت مناسب برای گوشی موبایل GALAXY GRAND PRIME / J5

50,000

تومان

باتری موبایل ریمکس مدل RPA-i6 ظرفیت 2360 میلی آمپرساعت مناسب برای گوشی موبایل اپل IPHONE 6

390,000

291,500

تومان

خرید انواع باتری گوشی از خبرنگاران

مشاهده همه

منبع: howstuffworks

منبع: دیجیکالا مگ