مزایا و معایب باتری لیتیومی

مزایای باتری لیتیومی:
به طور کلی، باتری های یون لیتیوم از فناوری های قدیمی تر مانند نیکل-کادمیوم (NiCd) مطمئن تر هستند و از مشکلی به نام «اثر حافظه» (Memory Effect) رنج نمی برند (به دلیل اثر حافظه، شارژ باتری های نیکل-کامیوم، مگر در حالتی که کاملاً تخلیه شوند، سخت می شود).

از آنجا که باتری های لیتیوم یون فاقد کادمیوم (یک فلز سمی و سنگین) هستند، حداقل از نظر تئوری، سازگاری بهتری با محیط زیست دارند.

اگرچه هر باتری از فلزات، پلاستیک ها و سایر مواد شیمیایی مختلف ساخته شده و در نهایت، دفن زباله های ناشی از آن هرگز چیز خوبی نیست.

در مقایسه با باتری های قابل شارژ سنگین (مانند باتری های سرب-اسید که در خودرو استفاده می شوند)، باتری های یون لیتیوم نسبت به مقدار انرژی ای که ذخیره می کنند، نسبتاً سبک هستند.

تصویر بالا باتری های لیتیومی سبک خودروهای برقی شرکت تسلا رودستر را نشان می دهد. تقریباً 3٫5 ساعت طول می کشد تا 6831 سلول لیتیومی آن شارژ شوند.

این باتری ها در مجموع نیم تن وزن دارند و با شارژ کامل، قابلیت طی مسافتی بیش از 350 کیلومتر را به خودرو می دهند.

در تصویر سمت چپ، می توانید سیم زردی را که باتری ها را شارژ می کند مشاهده کنید.در تصویر سمت راست نیز می بینیم که باتری ها در محفظه بزرگی هستند روی چرخ عقب قرار گرفته اند.

معایب باتری لیتیومی:
اگر بخواهیم معایب باتری لیتیومی را بیان کنیم، باید به این نکته توجه کنیم که آن ها را با چه چیزی مقایسه می کنیم.

به عنوان منبع تغذیه خودرو، واقعاً باید آن ها را نه با انواع دیگر باتری ها بلکه با بنزین مقایسه کنیم. با وجود پیشرفت های قابل توجه در طول سال ها، باتری های قابل شارژ هنوز فقط کسری از مقدار انرژی گاز معمولی را ذخیره می کنند.

به عبارت علمی تر، باتری ها چگالی انرژی بسیار کمتری دارند (انرژی کمتری را در واحد جرم ذخیره می کنند).

این یعنی می توانید در عرض چند دقیقه خودروی با سوخا گاز را «شارژ مجدد» (سوخت گیری مجدد) کنید، در حالی که به طور کلی شارژ مجدد باتری ها در یک خودروی الکتریکی ساعت ها طول می کشد.

علاوه بر این، باید به خاطر داشته باشید که این معایب با مزایایی از جمله اقتصادی بودن انرژی بیشتر خودروهای برقی و کمتر بودن نسبی آلودگی هوا متعادل می شوند.

اگر باتری لیتیومی وسیله ای برای تخلیه گازهای تولید شده در هنگام شارژ (عمدتاً مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و هیدروژن) نداشته باشد، ممکن است مانند بالشتک های کوچک باد شود.

در تصویر زیر دو باتری یکسان تلفن همراه نشان داده شده است که ضخامت یکی از آن ها به دلیل گیر افتادن گازها در داخل آن تقریباً دو برابر شده است.

اما اگر وسایل نقلیه را کنار بگذاریم و به طور کلی باتری های لیتیومی را در نظر بگیریم، چه معایبی وجود دارد؟

بزرگ ترین مسئله ایمنی باتری است. باتری های لیتیومی در صورت شارژ بیش از حد و یا سوء عملکرد داخلی اتصال کوتاه می شوند و آتش می گیرند.

در هر دو حالت، باتری ها در حالت «ناپایداری حرارتی» گرم می شوند و در نهایت آتش می گیرند یا منفجر می شوند. این مشکل با یک قطع کننده مدار داخلی، معروف به دستگاه قطع جریان یا CID، حل می شود که در صورت گرم شدن بیش از حد باتری ها یا افزایش فشار داخلی، جریان شارژ را از قطع می کند.

اما نگرانی ها همچنان وجود دارد و در سال 2016، سازمان بین المللی هوانوردی غیرنظامی (ICAO) رسماً حمل باتری های لیتیومی در هواپیماهای مسافربری را به دلیل خطر احتمالی ممنوع کرد.

امروزه خطرات ایمنی باتری های لیتیومی توجه بسیاری از رسانه ها را به خود جلب کرده است؛ به ویژه از ان زمان که موجب آتش سوزی در خودروهای برقی یا هواپیما شده است.

اما لازم به یادآوری است که در این فناوری رایج در هر تلفن همراه مدرن، لپ تاپ، تبلت و اکثر وسایل قابل شارژ، موارد آتش سوزی کمی افتاده است. علاوه بر این، ما باید خطرات گزینه های دیگر را نیز در نظر بگیریم؛ باتری های یون لیتیوم در خودروهای الکتریکی می توانند آتش بگیرند، اما خودروهای بنزینی خیلی بیشتر آتش می گیرند و باعث انفجارهای بزرگ می شوند.

باتری های دیگر نیز در صورت گرم شدن بیش از حد ممکن است آتش بگیرند و منفجر شوند. بنابراین آتش سوزی مشکلی نیست که فقط در فناوری باتری لیتیومی وجود داشته باشد.

اما راه حل چیست؟یک گزینه امیدوارکننده، در حال حاضر توسط شرکتی به نام Ionic Materials، استفاده از پلیمرهای مقاوم در برابر شعله (پلاستیک های جامد) به جای الکترولیت های مایع قابل اشتعال است که به طور معمول در باتری های لیتیومی استفاده می شود.

گزینه دیگر را «جان گودنوف» (John Goodenough)، شیمیدان باتری های یون لیتیوم، پیشنهاد داده که استفاده از شیشه «آلاییده» (برای ایجاد هدایت الکتریکی شیشه) در الکترولیت است.

شکل زیر یک باتری لیتیومی دارای یک دستگاه قطع جریان (CID) در داخل آن را نشان می دهد تا از گرم شدن بیش از حد آن جلوگیری کند. در اینجا بخشی از چگونگی عملکرد آن را بیان می کنیم.

دو الکترود باتری (سبز، 12 و 14) درون یک محفظه (آبی روشن، 22) با درپوشی در بالا قرار دارند (آبی تیره، 24). یکی از الکترودها (14) از طریق دستگاه قطع جریان (28) به ترمینال بالایی خود (42) متصل است که از سه قسمت ساخته شده است.

دو دیسک رسانای فلزی (قرمز، 30 و 32) با عایق (بنفش، 34) در بین آن ها وجود دارد.

معمولاً دیسک ها لمس می شوند و اجازه می دهند جریان از الکترود به ترمینال آن عبور کند. اما اگر باتری بیش از حد گرم شود و فشار در داخل جمع شود، دیسک ها از هم جدا شده و جریان بیشتری را متوقف می کنند. هرگونه گاز اضافی از شکاف های کوچک (زرد، 56) در کناره های قاب خارج می شود.