شاید بتوان گفت باتری ها در زندگی بشر مهمترین جزء وسایل الکتریکی قابل حمل است و باتری های قابل شارژ دربین انواع باتری ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
باتری های قابل شارژ تقریبا به 4 دسته زیر تقسیم می شوند:
- نیکل – کادیوم
- هیبرید نیکل – فلز
- لیتیوم – یون
- لیتیم پلیمر
در آینده راجع به هرکدام از انواع باتری ها مقاله ای متشر می کنیم ولی باتوجه به کاربرد باتری لیتیوم – یون در اکثر تلفن های هوشمند در این مقاله راجع به لیتیوم صحبت می کنیم.
با توجه به این که در جدول پتانسیل الکتروشیمیایی، منفی ترین پتانسیل احیایی مربوط به فلز لیتیوم است، در نتیجه لیتیوم مناسب ترین آند برای استفاده در باتری ها می باشد. همچنین به دلیل وزن پایین لیتیوم (درواقع لیتیوم عنصر سوم جدول تناوبی است، به همین دلیل سومین عنصر سبک موجود در دنیا است) ظرفیت بالایی را برای باتری فراهم می کند.
برای مقایسه به مثال، فلز روی دارای ظرفیت Ah/g 0.82، سرب دارای ظرفیت 0.26 Ah/g در حالیکه لیتیوم دارای ظرفیتAh/g 3.86 است.
در نتیجه ظرفیت و ولتاژ بالای فلز لیتیوم می تواند چگالی انرژی بالایی را برای باتری فراهم کند.
همچنین به دلیل کوچک بودن لیتیوم، سرعت انتقال یون ها بسیار بالا می رود به همین دلیل توان بالایی برای باتری به وجود می آورد.
تمام این ها مزایای استفاده از لیتیوم در باتری ها است اما استفاده از لیتیوم یکسری مضرات نیز دارد.
بزرگترین ضرر استفاده از لیتیوم می تواند واکنش پذیری بالای آن باشد، به دلیل اینکه لیتیوم یک فلز قلیایی است، به شدت با آب واکنش می دهد و به همین دلیل نمی توانیم از محلول های آبی به عنوان الکترولیت در باتری استفاده کنیم.
در باتری های ابتدایی از الکترولیت های آلی به جای آب استفاده کردند و این مشکل را برطرف کردند.
مقصود از باتری های ابتدایی، باتری های یکبار مصرف است.
اما برای باتری های قابل شارژ استفاده از محلول های آلی امکان پذیر نیست.
در مقالات بعدی برای شما بیان می کنیم چگونه براین مشکل غلبه کردند و چه راهکار هایی ارائه دادند.
تا اینجا متوجه شدیم چرا از فلز لیتیوم برای استفاده در باتری ها مناسب است.
هدف اصلی از تحقیقات در باتری ها، بهبود ویژگی های اصلی باتری مانند انرژی، توان، ظرفیت، ایمنی، پایداری و قیمت آن ها است و در ادامه مسائلی از قبیل طول عمر کلی و طول عمر هر سیکل باتری مورد توجه قرار می گیرد.
اما چگونه می توان این ویژگی ها را بهبود بخشید.
این ویژگی ها به مکانیزم واکنش ها و انتقال های یونی و الکترونی در باتری های لیتیومی بستگی دارد.
مثلا برای اینکه بتوانیم ظرفیت باتری را استفاده کنیم، باتری باید چرخه شارژ و دشارژ را طی کند و یا مقدار توان یک باتری به سرعت نفوذ یون های لیتیوم بستگی دارد.
بنابراین رفتار یون لیتیوم، حرکت الکترون ها در الکترود ها و الکترولیت ها، همگی باعث تغییر ویژگی های یک باتری می شود.
حال فرض کنید ما یک جریان بیش از حد از باتری بگیریم، در اینجا چه اتفاقی برای باتری می افتد؟ یون های لیتیوم فرصت این را پیدا نمی کنند تا بمانند و از انتها شروع به پر کردن مکان هایی که باید در آن قرار بگیرند، کنند و به دلیل سرعت بالا در همان ابتدای کاتد ها متوقف می شوند و آن را پر می کنند و ما نمی توانیم از کل ظرفیت باتری استفاده کنیم و ظرفیت باتری دچار کاهش می شود.
پس استفاده نادرست از باتری، جریان کشی، حرارت و سایر اشتباهاتی که در استفاده از یک باتری رخ می دهد، می تواند آسیب های جبران ناپذیری را به باتری وارد کند.
ولی می توان با فرایند هایی که دانشمندان در ساخت باتری انجام می دهند براین مشکلات غلبه کرد و طول عمر باتری ها را افزایش داد.
در مقالات بعدی راجع به ساختار باتری، مراحل ساخت آن، انواع موادی که در باتری ها به کار می روند و دلایلی که باتری ها را دچار آسیب می کند برای شما شرح خواهیم داد. پس منتظر مقالات بعدی ما در این خصوص باشید.