باتری ‌های لیتیومی امروزه محبوب‌تر از همیشه هستند. شما آن‌ها را در گوشی موبایل، لپ‌تاپ، ابزارهای برقی بدون سیم و حتی خودروهای الکتریکی پیدا خواهید کرد. با این حال، در تمامی این وسایل الکترونیکی از یک نوع باتری لیتیومی استفاده نمی شود. در این مقاله به بررسی شش نوع اصلی باتری لیتیومی، مزایا و معایب هر یک و همچنین کاربردهای هر یک از آن ها می‌پردازیم.

6 نوع اصلی باتری لیتیومی کدامند؟

انواع مختلف باتری‌ های لیتیومی برای ذخیره انرژی به مواد فعال و واکنش‌های شیمیایی خاصی متکی هستند. هر نوع باتری لیتیومی مزایا و معایب خود را دارد و برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر است.

انواع مختلف باتری‌های لیتیومی از مواد فعال خود نام‌گذاری شده‌اند. به عنوان مثال، اولین نوعی که بررسی خواهیم کرد، باتری لیتیوم آهن فسفات است که با عنوان LiFePO4 شناخته می‌شود و از نمادهای شیمیایی مواد فعال خود تشکیل شده است. با این حال، بسیاری از افراد نام آن را به طور مختصر به LFP تغییر می‌دهند.

1.باتری لیتیوم آهن فسفات(LFP)

باتری‌های لیتیوم آهن فسفات از فسفات به عنوان ماده کاتد و الکترود کربنی گرافیتی به عنوان آند استفاده می‌کنند. این باتری‌ها دارای طول عمر بالا و پایداری حرارتی و عملکرد الکتروشیمیایی خوبی هستند.

کاربردها:

سلول‌های باتری LFP دارای ولتاژ اسمی 3.2 ولت هستند، بنابراین اتصال چهار سلول به صورت سری، یک باتری 12.8 ولتی ایجاد می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که باتری‌های LFP رایج‌ترین نوع باتری لیتیومی برای جایگزینی باتری‌های چرخه عمیق سرب اسید باشند.

مزایا:
باتری‌های لیتیوم آهن فسفات دارای مزایای زیادی هستند که آن‌ها را به یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها برای کاربردهایی که به میزان زیادی انرژی نیاز دارند، تبدیل کرده است. با این حال، مزایای اصلی آن‌ها دوام، طول عمر بالا و ایمنی است.

باتری‌های LFP معمولاً دارای طول عمر حدود 2000 سیکل یا بیشتر هستند. برخلاف باتری‌های سرب اسید، عمق تخلیه تأثیر کمی بر طول عمر باتری‌های LFP دارد. بیشتر تولیدکنندگان باتری‌های LFP باتری‌های خود را با عمق تخلیه 80% ارزیابی می‌کنند و برخی حتی امکان تخلیه کامل (100%) بدون آسیب به باتری را فراهم می‌کنند.

مواد استفاده شده در باتری‌های لیتیوم آهن فسفات دارای مقاومت پایین هستند که این ویژگی آن‌ها را به طور ذاتی ایمن و پایدار می‌سازد. آستانه فرار حرارتی آن‌ها حدود 518 درجه فارنهایت بوده که باتری‌های LFP را به یکی از ایمن‌ترین انواع باتری های لیتیومی تبدیل می‌کند، حتی زمانی که به طور کامل شارژ شده باشند..

معایب:
باتری‌های لیتیوم آهن فسفات دارای معایب خاصی نیز می باشند. اولین مورد این است که در مقایسه با انواع دیگر باتری‌های لیتیومی، انرژی خاص آن‌ها نسبتاً پایین است. عملکرد آن‌ها همچنین در دماهای پایین کاهش می‌یابد. ترکیب انرژی خاص پایین و کاهش عملکرد در دماهای سرد به این معنی است که باتری‌های LFP ممکن است برای برخی از کاربردها مناسب نباشند.

2.باتری لیتیوم کبالت اکسید  (LCO)

باتری‌های لیتیوم کبالت اکسید دارای انرژی خاص بالا اما توان خاص پایین هستند. این بدان معناست که آن‌ها در کاربردهای بار بالا عملکرد خوبی ندارند، اما می‌توانند انرژی را برای مدت طولانی تأمین کنند.

کاربردها:

از باتری‌های LCO در وسایل الکترونیکی قابل حمل کوچک مانند تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دوربین‌ها استفاده بسیاری می شد، اما به دلیل هزینه بالای کبالت و نگرانی‌ها در مورد ایمنی، محبوبیت آن‌ها به سایر انواع باتری‌های لیتیومی کاهش یافته است.

مزایا:
مزیت اصلی باتری‌های LCO انرژی خاص بالای آن‌هاست. این ویژگی به آن‌ها این امکان را می‌دهد که در کاربردهای کم‌بار، انرژی را برای مدت زمان نسبتاً طولانی تأمین کنند.

معایب:
باتری‌های LCO معایب قابل توجهی دارند که باعث شده است در سال‌های اخیر کمتر از آن ها استفاده شود.. اولین مشکل این است که باتری‌های LCO عمر کوتاهی دارند، معمولاً بین 500 تا 1000 سیکل. علاوه بر این، کبالت هزینه بالایی دارد. باتری‌های گران‌قیمتی که عمر زیادی ندارند، از نظر اقتصادی به صرفه نیستند.

باتری‌های LCO همچنین دارای پایداری حرارتی پایین هستند که منجر به نگرانی‌های ایمنی می‌شود. علاوه بر این، انرژی خاص پایین آن‌ها باعث محدودیت در عملکرد باتری‌های LCO در کاربردهایی با بار بالا می‌شود.

3.باتری لیتیوم منگنز اکسید (LMO)

باتری‌های لیتیوم منگنز اکسید از اکسید منگنز لیتیوم به عنوان ماده کاتد استفاده می‌کنند. این شیمی، ساختاری سه‌بعدی ایجاد می‌کند که جریان یون‌ها را بهبود می‌بخشد، مقاومت داخلی را کاهش می‌دهد، توانایی تحمل جریان را افزایش داده و در عین حال پایداری حرارتی و ایمنی را بهبود می‌بخشد.

کاربردها:

باتری‌های LMO معمولاً در ابزارهای برقی قابل حمل، وسایل پزشکی و برخی از خودروهای هیبریدی و الکتریکی یافت می‌شوند.

مزایا:

باتری‌های LMO سریع شارژ می‌شوند و توان خاص بالایی دارند. این به این معنی است که می‌توانند جریان بالاتری نسبت به باتری‌های LCO (لیدیوم کبالت اکسید) ارائه دهند. همچنین، باتری‌های LMO پایداری حرارتی بهتری نسبت به باتری‌های LCO دارند، یعنی می‌توانند در دماهای بالاتر به طور ایمن تر کار کنند.

یکی دیگر از مزایای باتری‌های  LMOانعطاف‌پذیری آن‌هاست. با تنظیم شیمی داخلی، می‌توان باتری‌های LMO را برای کاربردهایی با بار بالا یا کاربردهایی با عمر طولانی بهینه‌سازی کرد.

معایب:

اصلی‌ترین نقطه ضعف باتری‌های LMO عمر کوتاه آن‌هاست. معمولاً باتری‌های LMO بین 300 تا 700 چرخه شارژ عمر می‌کنند که به طور قابل توجهی کمتر از انواع دیگر باتری‌های لیتیومی است.

4.اکسید نیکل منگنز کبالت لیتیوم  (NMC)

در باتری‌های اکسید نیکل منگنز کبالت لیتیوم  (NMC) ترکیبی از سه عنصر اصلی در کاتد استفاده شده است: نیکل، منگنز و کبالت. نیکل به تنهایی انرژی خاص بالایی دارد اما پایدار نیست، در حالی که منگنز بسیار پایدار است اما انرژی خاص کمتری دارد. ترکیب این دو عنصر باعث ایجاد یک شیمی پایدار با انرژی خاص بالا می‌شود.

کاربردها:

مشابه باتری‌هایLMO، باتری‌های NMC در ابزارهای برقی و سیستم‌های قدرت الکترونیکی برای دوچرخه‌های برقی، اسکوترها و برخی از خودروهای الکتریکی محبوب هستند.

مزایا:
باتری‌های NMC شامل چگالی انرژی بالا و چرخه عمر طولانی‌تر با هزینه کمتر نسبت به باتری‌های لیتیومی بر پایه کبالت هستند. همچنین پایداری حرارتی بالاتری نسبت به باتری‌های LCO دارند که این ویژگی باعث ایمنی بیشتر آن‌ها می‌شود.

معایب:
نقطه ضعف اصلی باتری‌های NMC این است که ولتاژ آن‌ها کمی پایین‌تر از باتری‌های مبتنی بر کبالت می باشد.

5.اکسید نیکل کبالت آلومینیوم لیتیوم  (NCA)

باتری‌های اکسید نیکل کبالت آلومینیوم لیتیوم (NCA) انرژی خاص بالایی را همراه با توان خاص مناسب و عمر طولانی ارائه می‌دهند. این بدین معنی است که می‌توانند مقدار نسبتاً بالایی از جریان را برای مدت زمان طولانی تأمین کنند.

کاربردها:
توانایی عملکرد در کاربردهایی با بار بالا و عمر طولانی باتری، باتری‌های NCA را در بازار خودروهای الکتریکی محبوب کرده است. NCA  باتری انتخابی کمپانی تسلا است.

مزایا:
بزرگ‌ترین مزایای باتری‌های NCA  انرژی بالا و عمر مفید بالای آن‌هاست.

معایب:
این باتری‌ها به اندازه دیگر باتری های لیتیومی ایمن نیستند و در مقایسه با آن ها گران تر نیز می باشند.

6.لیتیوم تیتانات (LTO)

تمام انواع باتری لیتیومی که قبلاً بحث کردیم، از نظر ترکیب شیمیایی مواد کاتد متفاوت هستند. در باتری‌های لیتیوم تیتانات (LTO)، گرافیت موجود در آند با لیتیوم تیتانات جایگزین می‌شود و از LMO یا NMC به عنوان شیمی کاتد استفاده می‌شود. نتیجه این ترکیب، یک باتری بسیار ایمن با عمر طولانی است که سریع‌تر از هر نوع باتری لیتیومی دیگری شارژ می‌شود.

کاربردها:
باتری‌های LTO در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. از جمله در خودروهای الکتریکی، ایستگاه‌های شارژ، منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)، ذخیره‌سازی انرژی بادی و خورشیدی، چراغ‌های خیابانی خورشیدی، سیستم‌های مخابراتی، تجهیزات فضایی و نظامی

مزایا:
باتری‌های LTO مزایای زیادی دارند، از جمله شارژ سریع، دمای عملیاتی بسیار گسترده، عمر طولانی و ایمنی عالی به دلیل پایداری آن‌ها.

معایب:
باتری‌های LTO چندین چالش قابل توجه دارند. آن‌ها چگالی انرژی پایینی دارند، به این معنی که مقدار انرژی کمتری نسبت به وزنشان نسبت به برخی دیگر از باتری های لیتیومی ذخیره می‌کنند. علاوه بر این، قیمت آن‌ها بسیار بالا است.

آیا همه انواع باتری‌ها از لیتیوم استفاده می‌کنند؟

خیر، همه باتری‌ها از لیتیوم استفاده نمی‌کنند. باتری‌های لیتیومی نسبتاً جدید هستند و به طور فزاینده‌ای در حال جایگزینی باتری های سنتی موجود می باشند.

یکی از استانداردهای قدیمی باتری‌ها، به‌ویژه در وسایل نقلیه موتوری و باتری‌های سرب اسید، چرخه عمیق است. لیتیوم در سال‌های اخیر به سرعت در این بازار پیشرفت کرده است، اما هنوز هم باتری‌های سرب اسید به دلیل هزینه پایین اولیه، انتخاب اصلی در وسایل نقلیه با موتور احتراق داخلی (سوخت فسیلی) هستند.

علاوه بر این، رایج‌ترین انواع باتری‌های موجود در فروشگاه‌ها، باتری‌های قلیایی هستند که از ترکیب روی و دی‌اکسید منگنز برای واکنش شیمیایی به منظور ذخیره انرژی استفاده می‌کنند.

قبل از اینکه باتری‌های لیتیومی قابل شارژ محبوب شوند، بیشتر باتری‌های قابل شارژ از نوع نیکل کادمیوم (NiCad) بودند. باتری‌های NiCad از هیدروکسید اکسید نیکل و کادمیوم به عنوان مواد الکترود استفاده می‌کنند. هرچند این باتری ها هنوز کاملاً منسوخ نشده‌اند، اما به دلیل تسلط باتری‌های لیتیومی بر بازار باتری‌های قابل شارژ، روز به روز کمتر مورد توجه قرار می گیرند.

کدام یک از این باتری ها رایج‌ترین نوع باتری لیتیومی است؟

در حال حاضر رایج ترین نوع باتری لیتیومی جهان، باتری‌های اکسید کبالت لیتیوم (LCO) می باشند که در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها، دوربین‌های دیجیتال و بسیاری از دیگر دستگاه‌های مصرفی استفاده می‌شوند.