|
ادامه
2- برتريهاي مشخصه فيزيكي باتريهاي ليتيومي نسبت به ساير باتريها:
حجيم بودن باتري هاي معمولي:
باتري هاي معمولي-ذغالي داراي يك الكترود ذغالي در وسط و فلز روي در
بدنه بوده و فاصله مابين آنرا نيز از مواد الكتروليتي نسبتا جامد پر ميكنند و اصلا
قابليت فيلم و ورقه اي شدن ندارند. بهمين دليل در اشكال استوانه يا مكعبي شكل توليد
شده و نازك پذير نيستند.
عدم نازك پذيري در باتري هاي نيكل كادميم:
 باتري
هاي نيكل كادميمي از ورقه هايي تشكيل شده كه داراي قدري ضخامت ميباشند، اما نهايتا بشكل لوله اي پيچيده و در يك بسته قرار ميدهند و حالت كلي شبيه به همان
باتري هاي استوانه اي غير قابل شارژ در ميايد و نميتوان آنها را مسطح و نازك كرد. و
از نظر حجمي و حتي وزني با نوع ذغالي تفاوت چنداني ندارد، اگرچه نوع متال آن سبكتر
ميباشد.
بعضا جهت مصارف خاص مثل تامين برق اضطراري و هم بعنوان باتري خشك 12 ولتي،
به اشكال باتري هاي خودرويي نيز توليد شده اند.
عموما
اين باتري ها بعنوان چايگزين باتري هاي ذغالي بكار ميروند و بيشتر بهمين
دليل است كه در اندازه باتري هاي معمولي غير قابل شارژ توليد ميشوند تا مصرف كننده
بتواند بجاي آنها از اين نوع باتري استفاده كند.
 لازم
بذكر است كه در اين اواخر لوازمي مثل گوشي هاي سيار تلفن ثابت و برخي ديگر از
دستگاه هاي 3.5 ولتي به استفاده از اين باتري ها روي آوردند و باتري هاي سه قلوي
نيكلايي در اشكال مختلف و بهم جسبيده نيز براي آنها توليد شد.
اينگونه باتري ها داخل دستگاههاي الكترونيكي بطور ثابت قرار گرفته و داراي سيم و اتصال مربوطه و يا
همچون يك قطعه
الكترونيكي با دو عدد پايه، قابل نصب و لحيم روي مدارچاپي ميباشند.
شكل پذيري (دفرمه شدن) در ساخت باتري هاي ليتيومي:
باتري هاي ليتيومي نه تنها بشكل ورقه اي هستند و بلكه فويل تشكيل
دهنده آن بسيار نازك و در
حد هشت الي ده ميكرون (يك صدم ميليمتر) ميباشند. امتياز آن نسبت به نيكل كادميم
اينست كه بخوبي در حالت تا شدن نيز مشخصه هاي خود را حفظ ميكنند (قابليت پرس شدن
دارند) بهمين دليل ميتوان آنرا بشكل مسطح يا كتابي در آورد. البته در حالت لوله اي،
از ويژگي هاي خيلي بهتري برخوردار بوده و بهمين دليل در ساخت باتري هاي پاور بانكي،
سعي ميشود حالت استوانه اي داشته و مسطح نشود. و اگر گاهي آنرا بشكل كتابي مشاهده
ميكنيد؛ در برخي موارد براي ارائه قدرت بيشتر، چند عدد از آنها را در كنار هم بطور
موازي متصل كرده، مسطح بنظر ميايد و در برخي ديگر نيز جهت مشتري پسند شدن،
بشكل مسطح توليد ميشوند
بهرحال اين انعطاف پذيري در شكل دادن باتري هاي ليتيومي بود كه
باعث شد تا نه تنها بتوان آنرا بشكل مسطح در آورد و در گوشي يا تبلت هاي نازك قرار
داد. بلكه حتي مطابق سفارش سازندگان لوازم همراه، به هر ابعادي كه مايل هستند توليد
 نمايند.
و در مورد پلي مري ها حتي قاعده مستطيلي بودن و يا مسطح بودن را هم زير پا بگذارند!
توضيح بيشتر آنكه نوع جديدتر باتري هاي ليتيومي كه به ليتيم پليمري معروف هستند از
ايون هم انعطاف پذير و شكل پذيرترند بطوريكه حتي ممكن است به اشكال سه بعدي جهت
دستگاه هاي خاص كه امكان جا باتري مسطح را نداشته باشند نيز درآورد. ولي مشخصه هاي
نسبتا پائينتر از ايون دارند.
ورقه هاي تشكيل دهنده باتري ليتيوم پليمري را در شكل روبرو مشاهده ميكنيد.
در شكل فوق اجزاء تشكيل دهنده هر 4 نوع باتري ليتيومي را كه تاكنون در باره آن صحبت
شده را مشاهده ميكنيد.
باتري قلمي و باتري ساعتي فوق از گروه باتري هاي غير قابل شارژ ميباشد و از 1.5 تا
3.8 ولتي موجود ميباشند.
|
باتري هاي قابل شارژ ليتيومي نه تنها در ولتاژ سلولي و بخصوص ظرفيت هاي داخلي و
بلكه در ارتباط با ابعاد، آنچنان انعطاف پذير هستند كه ميتوان با هر ظرفيت و با هر
شكل فيزيكي، طوري آنها را توليد كرد كه براحتي در داخل هر دستگاهي جا بگيرد. تا
آنجا كه حتي اگر نياز باشد بتوان بشكل چند ضلعي و يا با انحناي سه بعدي نيز توليد
كرد! |
3- برتري باتري هاي قابل شارژ ليتيومي در چگالي، نسبت به ساير باتري ها:
چگالي يا دانسيته يك باتري بمعناي نسبت انرژي الكتريكي (برمبناي
وات ساعت) بر وزن آن (برمبناي كيلوگرم) ميباشد و هر چه اين عدد بزرگ تر باشد مزيت
آنرا نسبت به ديگر باتري ها مشخص ميكند.
 از
آنجا كه هر دستگاه الكترونيكي الزاما بهمراه يك منبع تغذيه برقي يا باتري ميباشند،
بنابراين وزن و حجم و توان الكتريكي كه منبع تغذيه بايد داشته باشد (چگالي)، بشدت
در ابعاد و وزن نهايي دستگاه و در كاربردي شدن آن تاثير انكار ناپذيري خواهد گذشت.
تصور كنيد با وجود همه تلاش هايي كه طراحان و توليد كنندگان براي ساخت خودروي برقي
هوشمند و تمام الكتريكي كردن بخش هاي مكانيكي آن انجام ميدهند، اگر در نهايت
تنوانند حجم و وزن باتري مورد نياز براي پيمودن حداقل مسافتي متعارف براي يك روز
راننده مثل 15 الي 20 كيلومتر، بگونه اي منطقي حل كنند؛ اين خودرو نخواهد توانست
بشكل خودروهاي بنزيني، كاربردي و همه گير شود، (شبيه بهمان گوشي هاي همراه اوليه!)
و صرفا داراي جنبه هاي فانتزي شده از آن استفاده هاي غير متداول خواهد شد.
 بنا به
مثال بالا درميابيم تا چه حد وزن و حجم باتري در قياس با توان ارائه شده از باتري
(چگالي باتري) داراي اهميت كاربردي ميباشد. در اين راستا تمامي تلاش ها و تجاربي كه
براي استفاده از باتري هاي سربي اسيدي يا باتري هاي خشك قديمي و در اين اواخر با
باتري هاي خورشيدي براي ساخت خودروي برقي بعمل آمد، راه به جايي نبرد و نهايتا اين
خودروها مستقيما به موزه ها هدايت شدند!
بنابراين سومين ويژگي قابل توجه باتري هاي قابل شارژ ليتيوم
يوني، وزن كمي بود كه در قياس با انواع مشابه قابل شارژ يعني چه سربي اسيدي، خشك يا
نيكلايي داشت. حتي نوع پليمري با وچود انعطاف پذيري بيشتر در شكل ظاهري، اما همچنان
برتري در
وزن كم نوع ايوني بر ساير باتري ها شگفت آور است!
در
قياس با يك باتري خشك يا اسيدي، نوع ليتيوم يوني در همان اندازه
 از وات تحويلي،
كمتر از يك پنجم آن وزن دارد! و از آنجا كه نسبت به باتري هاي نيكلايي، هر سلول آن
سه برابر ولتاژ داشته، اين مزيت را ايجاد ميكند كه بتوان جهت تامين انرژي خودروهاي
برقي و مهمتر از آن، هواپيما هاي جاسوسي بي سرنشين (بهپاد)، از باتري هاي ليتيوم
ايوني استفاده كرد.
و با توجه به امكاناتي كه فناوري نانو ايجاد كرده، محقيقين
دايما در تلاش هستند تا باتري هاي ليتيومي را از ويژگي وزني كمتر و قدرت و دوامي
بيشتر برخوردار كنند و در اين راستا نيز مركز پژوهشي دانشگاه تهران بسيار فعال
ميباشد.
4- برتري باتري هاي قابل شارژ ليتيومي از نظر بازدهي (راندمان): راندمان يا
بازدهي در باتري هاي قابل شارژ بمعناي اينست كه وقتي يك باتري با ظرفيت نامي مشخص
تمامي انرژيش را به بار متصل شده تحويل ميدهد، براي شارژ مجدد مقدار انرژي بيشتري
لازم دارد تا به ميزان اوليه برسد. مقدار اختلاف آنرا به در صد راندمان مينامند و
در همه دستگاه ها راندمان زير عدد يك (صد در صد) ميباشند. و هر چه به يك نزديك تر
باشند از موقعيت بهتري برخوردارند.با مثال ذيل ميتوانيد اهميت راندمان بالا را
در باتري ليتيومي مورد استفاده تان بيشتر درك كنيد.
تصور كنيد با گوشي خود، كار مهمي داريد اما متوجه ميشويد كه باتري آن تمام شده. حال
حتي اگر شارژر همراه هم با خودتان داشته باشيد، اما وقتي راندمان باتري بسيار پايين
باشد كه براي رسيدن به حدود ده درصد (يعني انرژي لازم براي يك تماس تلفني) يك ساعت
زمان نياز داشته باشد در واقع قرارتان را از دست خواهيد داد.
در باتري هاي نيكل كادميم راندمان بسيار بد و نامطلوب است،
چراكه اين عدد 50 درصد ميباشد. يعني براي يك باتري يك آمپري ميباستي يك و نيم آمپر
انرژي به باتري اعمال شود. اگرچه در لوازم كوچكي مثل گوشي و تبلت شايد چندان مهم
نباشد.البته با فرض تاديده گرفتن مثال بالا!
اما وقتي قرار ميشود سوخت يك خودرو از طريق باتري قابل شارژ تامين شود عملا باتري
نيكل كادميوم گزينه مناسبي نخواهد بود.
در مثالي كه براي كاربردي شدن باتري قابل شارژ براي خودروي برقي در ارتباط با چگالي
مطرح شد، اگر بفرض مشكل چگالي اين نوع سوخت الكتريكي بخوبي حل شود و با يك باتري كم
وزن بتوان يك خودرو را تا مسافت 50 كيلومتر جابجا
 كرد اما
مانع بعدي راندمان و زمان شارژ باتري خواهد بود كه ميبايست بخوبي و خوشي حل شود.
البته راندمان باتري قابل شارژ ليتيومي بالنسبه خوب است، اما زمان شارژ شدن آن مهم
ميباشد. چراكه براي يك خودرو تخمين زده ميشود يك باتري پنج هزار آمپري 12 ولتي ميتواند
باتري مناسبي باشد و با راندامان حتي 90 درصد 5500 آمپر ميبايست جهت شارژ تزريق شود
بنابراين ميماند مدت زماني كه براي انتقال اين همه انرژي لازم است.
5- برتري باتري هاي ليتيومي در ارتباط با مدت زمان شارژ شدن
در باتري هاي قابل شارژ مشكلي وجود دارد تحت عنوان زمان پر كردن
مجدد كه تابع ويژگي هاي باتري ميباشد.
براي باتري هاي سربي اسيدي نظريه اي وجود دارد كه ميگويد چنانكه از باتري بطور عادي
مثلا سه آمپر ساعت دريافت كرده ايد و تحت اين شرايط باتري به اتمام رسيده است روش
پر كردن مجدد نيز ميبايست با همان سه آمپر باشد تا بهترين تعادل در باتري انجام
گيرد.
ولي در باتري نيكلايي فقط يك روش موكدا مطرح ميشود و آن يك دهم كل ظرفيت باتري،
حداكثر جريان تزريقي جهت شارژ ميباشد و چون بازدهي باتري هاي نيكلائي 50 درصد است
پس 15 ساعت تمام طول خواهد كشيد تا باتري پر شود.
اما در ارتباط با باتري هاي قابل شارژ ليتيومي:
در اين نوع باتري بر اساس اينكه نبايستي بيش از ده درصد از ظرفيت نامي به باتري رد
و بدل شود (همانند نيكلايي ها) بنابراين براي شارژ سريع از دست باز برخوردار نخواهيم بود.
در بحت مربوط بشيوه شارژ باتري هاي ليتيومي نكات مهمي را خواهيم گفت. و خواهيم ديد
كه بدون استفاده از منبع جريان و با توسل به منبع ولتاژ اين زمان به حدود سه ساعت
خواهد رسيد. گرچه زمان شارژ 3 ساعت، يك زمان خوب و مناسب براي آن ميباشد كه در قياس
با نيكلايي و يا سربي اسيدي بمراتب بهتر و در حد تقريبا نصف الي يك پنجم آنها
ميباشد. ولي هنوز توصيه ميشود باتري هاي ليتيومي را سريع و در عرض دو ساعت يا كمتر
نبايد پر كرد.
 اگر چه
براي پر كردن باتري گوشي ميتوان شب آنرا بشارژر وصل كرد و صبح در جيب گذاشت و از آن
استفاده كرد. ولي فطعا اين زمان، زمان مناسبي براي پركردن يك باتري كه بعنوان
سوخت اصلي خودرو بكار ميرود نبوده و غير قابل قبول ميباشد.
براي يك خودرو، زمان مناسب جهت تجديد قوا چيزي در حد سه الي پنج دقيقه اتلاف وقت در
مراكز پمپ الكتريك! ميباشد كه بنظر ميايد تا رسيدن به چنين زمان كوتاهي براي شارژ
يك باتري پنج هزار آمپري خودروي برقي مان ميبايست سالياني ديگر در صف انتظار
بمانيم!
6- مشكلات باتري قابل شارژ ليتيومي از جنبه هاي ساختار شيميايي:
 اگرچه
مواد الكتروليتي تشكيل دهنده همه باتري ها حتي نوع اسيدي (باتري هاي خودرو) مسئله
ساز محيط زيست ميباشند و در خاصيت احتراقي و نيز سمي و خطرناك بودن براي بدن، با
يكديگر شريك هستند.اما بالاخص باتري هاي ليتيومي، همچنان در اين موارد از بقيه
خطرناك ترند!
اشتعال زا بودن ماده الكتروليتي آن، كه باعث ايجاد انفجار و آتش
سوزي در دستگاه ها ميشود حتي در انواع ديگر باتري ها وجود ندارد. اگر چه در اوايل
زمان اختراع، اين آتش پارگي آن چنان بود كه حتي قابل ارائه ببازار نبود!
و با توجه به مصرف
فراوان باتري ليتيومي در وسايل همراه؛ دور انداختن باتري هاي فرسوده در جايگاهي
مناسب كه به محيط زيست آسيب نرساند؛ موضوعيست كه ايجاد بحث و نگراني هاي فراوان
براي دوستداران محيط زيست نموده است.
باتري هاي ليتيومي را ميتوان از جنبه هاي ديگري مثل مشخصه هاي
دمايي محيط كار يا ميزان برق مصرفي چهت شارژ كامل و ساير موارد مورد قياس قرار داد.
اما از نظر بحثي كه در پيش گرفتيم اين موارد نميتواند چندان مورد توجه ما باشد.
بهمين خاطر از آن چشم پوشي ميكنيم.
جمعبندي:
باتري هاي ليتيومي در
قياس با انواع باتري ها، داراي مشخصه بازدهي بهتر و طول عمر بيشتر و
ظرفيت بالاتر و زمان پر شدني سريعتر و نشت داخلي كمتر بودند ضمن اينكه
از وزن و حجمي كمتر و انعطاف پذيري بيشتر در ساخت و توليد، و بالاخره
از مراقبت راحت تري برخوردار هستند. |
|
