۱۴ کاربرد و استفاده‌ی پرطرفدار باتری‌های لیتیومی

باتری‌های لیتیومی از دهه ۱۹۹۰ وارد بازار شده‌اند و به گزینه‌ای محبوب برای تأمین انرژی انواع وسایل تبدیل شده‌اند؛ از تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها گرفته تا ضربان‌ساز قلب، ابزارهای برقی، تجهیزات پزشکی حیاتی و اسکوترهای حمل‌ونقل شخصی.

یکی از دلایل محبوبیت فناوری باتری‌های لیتیوم-یون این است که می‌توان آن‌ها را در کاربردهای متنوع عملی به‌کار برد. در ادامه با برخی از استفاده‌های این باتری‌های قابل شارژ که با فناوری سلول‌های لیتیوم فلزی ساخته می‌شوند، بیشتر آشنا می‌شویم.

باتری‌های لیتیومی چیستند؟

فناوری باتری‌های لیتیوم-یون از یون‌های لیتیوم به‌عنوان جزء اصلی در واکنش‌های الکتروشیمیایی خود استفاده می‌کند.

یون‌های لیتیوم به‌دلیل چگالی انرژی بالا و وزن کم، به گزینه‌ای محبوب برای باتری‌ها تبدیل شده‌اند. یکی از نمونه‌های مشهور، باتری‌های لیتیوم-یون هستند که در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی، از گوشی‌های هوشمند تا لپ‌تاپ‌ها، استفاده می‌شوند. نوع دیگری از باتری‌ها، یعنی باتری‌های فسفات آهن لیتیوم (LiFePO₄)، پایداری بیشتری دارند و طول عمر طولانی‌تری ارائه می‌کنند و به همین دلیل برای خودروهای برقی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی بزرگ مناسب‌اند.

به‌طور کلی، باتری‌های لیتیومی چهار جزء کلیدی دارند:

• مواد کاتد (قطب مثبت): ماده‌ای که برای الکترود مثبت استفاده می‌شود، ولتاژ و ظرفیت باتری لیتیوم-یون را تعیین کرده و منبع یون‌های لیتیوم است. مواد کاتد مختلفی وجود دارد؛ برای مثال، در باتری LiFePO₄، فسفات آهن لیتیوم به‌عنوان ماده کاتد استفاده می‌شود.
• مواد آند (قطب منفی): هنگام شارژ باتری لیتیوم-یون، جریان الکتریکی از مدار خارجی از طریق آند عبور می‌کند و همچنین محل ذخیره یون‌های لیتیوم است.
• الکترولیت: این بخش شامل افزودنی‌ها، حلال‌ها و نمک‌هاست و مسیر عبور یون‌ها بین کاتد و آند را فراهم می‌کند.
• جداکننده: این قسمت آند و کاتد را از یکدیگر جدا می‌کند.

کاربردها و مصارف مختلف باتری‌های لیتیوم-یون

باتری‌های لیتیوم-یون علاوه بر تأمین انرژی برای اپلیکیشن‌هایی که روی گوشی هوشمندتان نصب کرده‌اید، کاربردهای واقعی و متنوع زیادی دارند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم.

ضربان‌سازها

باتری‌های لیتیوم قابل شارژ در ضربان‌سازها کاربرد فراوان پیدا کرده‌اند، زیرا عمر طولانی، جریان تخلیه پایین، چگالی انرژی بالا و ولتاژ مناسب را ارائه می‌دهند. عمر مفید باتری‌های لیتیوم-یون ضربان‌ساز معمولاً هفت تا هشت سال است و وزن آن‌ها اغلب کمتر از ۳۰ گرم است. سلول‌های اولیه لیتیوم در طول پنج سال حدود ۱۰٪ از ظرفیت خود را از دست می‌دهند.

دوربین‌های دیجیتال

برای عملکرد مؤثر یک دوربین دیجیتال، به منبع تغذیه‌ای قوی و با چگالی انرژی بالا نیاز است. به همین دلیل، اکثر دوربین‌های بدون آینه و DSLR از مزایای باتری‌های لیتیوم-یون به عنوان منبع تغذیه بهره می‌برند.

این پک‌های باتری قابل شارژ لیتیوم-یون نسبت به دیگر انواع باتری‌ها کوچک‌تر هستند و عموماً ظرفیت انرژی بیشتری داشته و عملکرد بهتری ارائه می‌دهند.

بسیاری از برندهای دوربین، از یک طراحی خاص باتری لیتیوم-یون در نسل‌های مختلف دوربین‌های خود استفاده می‌کنند. این بدان معناست که حتی وقتی کاربران دوربین دیجیتال خود را ارتقا می‌دهند، می‌توانند از همان باتری لیتیوم-یون استفاده کنند.

دستگاه‌های دیجیتال شخصی، گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها

باتری‌های قابل شارژ لیتیوم-یون به‌طور چشمگیری در گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، دستیارهای دیجیتال شخصی (PDA) و سایر دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل محبوب شده‌اند. دلایل متعددی وجود دارد که تولیدکنندگان بسیاری باتری‌های لیتیوم-یون قابل شارژ را انتخاب کرده‌اند، از جمله:

• دوام بالا
• چگالی انرژی زیاد: باتری‌های لیتیوم-یون می‌توانند انرژی بیشتری ذخیره کنند (تا ۱۵۰ وات‌ساعت برق در هر کیلوگرم باتری)
• وزن کمتر نسبت به اکثر انواع باتری‌ها
• شارژ آسان و بدون نیاز به تخلیه کامل باتری قبل از شارژ مجدد
• هزینه نگهداری پایین و اثرات زیست‌محیطی بسیار کم هنگام دفع

ساعت‌ها

باتری‌های لیتیوم-یون مورد استفاده در ساعت‌ها کوچک هستند. با وجود اندازه کوچک، ظرفیت ۳ ولتی آن‌ها می‌تواند در ساعت‌هایی با مصرف کم تا حدود یک دهه عمر مفید داشته باشد.

پاور بانک‌ها (منبع تغذیه قابل حمل)

مزایای باتری‌های قابل شارژ لیتیوم-یون برای هر کسی که یک گوشی هوشمند یا یکی از لپ‌تاپ‌های سبک جدید دارد، کاملاً آشناست. در مقایسه با باتری‌های سرب-اسیدی، باتری‌های لیتیوم-یون کوچک‌تر و سبک‌تر هستند.

علاوه بر این، این باتری‌ها می‌توانند در برابر حرکات و تغییرات دما مقاومت کنند و همچنان انرژی لازم را هنگام استفاده تامین نمایند.

فرایند شارژ باتری‌های لیتیوم-یون نیز بسیار سریع‌تر از باتری‌های سرب-اسیدی انجام می‌شود. با وجود گزینه‌های سفارشی لیتیوم-یون، اکنون امکان جایگزینی فناوری باتری موجود با پاور بانک‌های قابل حمل کارآمدتر و طول عمر بالاتر فراهم شده است.

وسایل همراه شخصی

اسکوترهای شخصی قابل حمل که با باتری‌های لیتیوم-یون شارژ می‌شوند، می‌توانند مسافت طولانی را طی کنند؛ این مسافت گاهی تا دوازده مایل می‌رسد.

یکی از مزایای اصلی باتری‌های لیتیوم-یون، سبک بودن آن‌هاست. کاربران می‌توانند به راحتی باتری را برای شارژ کردن به داخل ساختمان حمل کنند.

علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم جایگزین سبز و بهتری برای باتری‌های سرب-اسیدی هستند، طول عمر بیشتری دارند و سریع‌تر شارژ می‌شوند. وزن کمتر همچنین به معنای افزایش برد حرکتی و کاهش سایش و استهلاک مکانیکی است.

ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی روزبه‌روز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و پیش‌بینی می‌شود که تنها در ایالات متحده تا سال ۲۰۵۰، خورشید ۲۰٪ از نیازهای انرژی کشور را تأمین کند.

باتری‌های لیتیوم برای ذخیره‌سازی انرژی ایده‌آل هستند و می‌توانند برق اضافی تولیدشده توسط پنل‌های خورشیدی را ذخیره کنند. حتی در وسط بیابان هم روزهایی وجود دارد که خورشید نمی‌تابد و همچنین مواقعی پیش می‌آید که تجهیزات خورشیدی نیاز به تعمیر دارند. استفاده از باتری‌های لیتیوم-یون برای ذخیره انرژی، تضمین می‌کند که هیچ‌گاه در تاریکی نمی‌مانید.

یکی از دلایل استفاده از باتری‌های لیتیوم برای ذخیره انرژی خورشیدی، هماهنگی آن‌ها با پنل‌ها در نحوه شارژ است. سرعت بالای شارژ این باتری‌ها نیز از دیگر مزایا محسوب می‌شود. باتری‌های لیتیوم نیاز به شارژ با مقاومت پایین دارند که همان چیزی است که پنل‌های خورشیدی تولید می‌کنند.

این ویژگی شارژ سریع به کاربران اجازه می‌دهد حداکثر ظرفیت ذخیره انرژی خورشیدی را برای هر دقیقه تابش نور خورشید به کار گیرند.

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) یا پشتیبان برق اضطراری

حتی در دنیای مدرن امروزی، مشکلات ناپایداری برق یا حتی قطعی کامل برق وجود دارد. فناوری لیتیوم معمولاً برای باتری‌های پشتیبان اضطراری یا مدل‌های UPS استفاده می‌شود.

استفاده از باتری لیتیوم به‌عنوان پشتیبان برق با تکیه بر ژنراتور یا سایر سیستم‌های پشتیبان انرژی متفاوت است. باتری لیتیوم تقریباً به‌صورت فوری برق مورد نیاز را تأمین می‌کند، که در مواقعی که تجهیزات حیاتی به منبع برق پایدار نیاز دارند، اهمیت حیاتی دارد.

باتری‌های لیتیوم و توانایی آن‌ها در تأمین برق پشتیبان، مزایای بسیاری برای تجهیزات حیاتی مانند فناوری پزشکی، فناوری ارتباطات و کامپیوترها فراهم می‌کنند.

سیستم‌های نظارتی و هشداردهنده

دیگر نیازی به اتصال دائمی به شبکه برق برای تأمین انرژی سیستم‌های نظارت و هشدار نیست. اگر بخواهید مکان‌های دورافتاده، ناوگان خودروها، سایت‌های موقت یا پروژه‌های کاری مختلف را زیر نظر بگیرید، می‌توانید به‌جای برق مستقیم، از باتری‌های لیتیوم-یون برای تأمین انرژی استفاده کنید.

ویژگی‌هایی که باتری‌های لیتیوم-یون را بسیار کاربردی می‌سازند، اندازه کوچک، طول عمر بالا و نرخ دشارژ خودبه‌خودی بسیار پایین آنهاست. به عبارت دیگر، وقتی سیستم برای مدتی غیرفعال باشد، باتری توان خود را از دست نمی‌دهد. نرخ دشارژ خودبه‌خودی باتری لیتیوم-یون به‌طور متوسط ده برابر کمتر از باتری‌های سرب-اسید سنتی است. به همین دلیل، این باتری‌ها بهترین گزینه برای سیستم‌هایی هستند که دائماً در حال استفاده نیستند.

خودروهای الکتریکی و اسکوترهای حرکتی

باتری‌های قابل شارژ لیتیوم-یون آزادی جدیدی برای افراد دارای مشکلات حرکتی فراهم کرده‌اند. این باتری‌ها به طرق مختلف برای راحت‌تر کردن زندگی این افراد استفاده می‌شوند. میلیون‌ها نفر در سراسر جهان اکنون به پله‌برقی‌ها، ویلچرهای برقی و اسکوترهای حرکتی وابسته هستند.

قابلیت اطمینان باتری لیتیوم-یون و فناوری حرکتی که انرژی می‌دهد، به افراد اجازه می‌دهد زندگی مستقل‌تری داشته باشند.

همانند دیگر کاربردهایشان، باتری‌های لیتیوم-یون سبک هستند، طول عمر بالایی دارند و نرخ دشارژ خودبه‌خودی پایینی دارند. همچنین زمان کارکرد طولانی، امکان سفارشی‌سازی اندازه و شارژ سریع را ارائه می‌دهند. به همین دلیل است که باتری‌های بزرگ لیتیوم-یون در خودروهای برقی بسیار محبوب هستند.

گلف‌کارت‌ها و ترولی‌ها

در حالی که باتری‌های سرب-اسید گزینه سنتی برای وسایل نقلیه برقی مانند گلف‌کارت‌ها و ترولی‌ها بودند، امروزه بسیاری به باتری‌های لیتیوم-یون روی آورده‌اند. تا زمانی که ترولی برقی شما از همان کانکتور انرژی استفاده کند، می‌توانید باتری سرب-اسید را با یک باتری لیتیوم-یون جایگزین کنید.

سیستم‌های باتری لیتیوم-یون معمولاً طول عمر چرخه‌ای بالایی بین ۱,۰۰۰ تا ۲,۰۰۰ چرخه شارژ دارند. طول عمر واقعی باتری به میزان استفاده از گلف و دفعات شارژ آن بستگی دارد.

به‌عنوان مثال، اگر هفته‌ای دو بار گلف بازی کنید، یعنی ۲ × ۵۲ هفته = ۱۰۴ چرخه شارژ در سال. بنابراین می‌توان انتظار داشت که یک باتری لیتیوم-یون حداقل ده سال عمر مفید داشته باشد. برای اطلاعات بیشتر، راهنمای ما در مورد باتری‌های گلف‌کارت را مطالعه کنید.