کاربرد باتری های لیتیومی در چه زمینه های است؟

yasinyasin
482 بازدید

باتری های لیتیوم

باتری های لیتیوم ، از جمله باتری های لیتیوم-هیدرید و لیتیوم یون ، به دلیل وزن کم ، چگالی انرژی بالا و طول عمر نسبتاً طولانی ، برای دستگاه های الکترونیکی مصرفی محبوب شده اند . لیتیوم بسیار واکنش پذیر است و در صورت قرار گرفتن در معرض آب می تواند شعله ور شود ، اما سلول های مدرن لیتیوم از لیتیوم استفاده می کنند که از نظر شیمیایی متصل شده است به طوری که نمی تواند به راحتی واکنش نشان دهد. همانند نیکل ، تعداد مختلفی از سلولهای لیتیوم وجود دارد اما امروزه محبوب ترین سلولهای یون لیتیوم است. اینها به گونه ای طراحی شده اند که در هر مرحله از چرخه شارژ یا تخلیه لیتیوم آزاد وجود نداشته باشد. استفاده از باتری های لیتیوم در شبکه ها و برنامه های کاربردی با آزمایش واحدها در تعدادی مکان شروع به رشد می کند. یک تاسیسات بزرگ که قرار است از سال 2013 شروع به کار کند ،  تأسیسات 2 مگاواتی لیتیوم یون برای جزایر اورکنی در سواحل شمال غربی اسکاتلند است. توسعه آینده باتری های لیتیوم ممکن است از علاقه تولید کنندگان خودرو به استفاده از آنها در وسایل نقلیه هیبریدی و برقی بهره مند شود.

عملکرد محیطی باتری های لیتیوم

الکترولیت های مورد استفاده در باتری های لیتیوم می توانند الکترولیت های مایع یا پلیمر باشند. باتری های لیتیوم از جمله الکترولیت های مایع برای چندین سال در بازار وجود دارد. باتری های قابل شارژ یون لیتیوم که دارای الکترولیت مایع هستند برای برنامه هایی مانند کامپیوترهای نوت بوک ، دوربین فیلمبرداری وتلفن های همراه [114] . باتری های لیتیوم مبتنی بر فناوری الکترولیت های مایع دارای اشکالاتی هستند. الکترولیت مایع به طور کلی به آب بندی هرمتیک نیاز دارد ، که ممکن است چگالی انرژی را کاهش دهد. علاوه بر این ، به دلایل ایمنی ، باتری های قابل شارژ یون لیتیوم و باتری های اولیه فلز لیتیوم که دارای الکترولیت مایع هستند ، به گونه ای طراحی شده اند که در صورت وجود برخی سو automatically استفاده ها ، به طور خودکار تخلیه شوند ، مانند افزایش قابل توجه فشار داخلی که می تواند ناشی از گرم شدن داخلی یا خارجی باشد. اگر سلول تحت فشار شدید تخلیه نشود ، می تواند منفجر شود زیرا الکترولیت مایع استفاده شده در سلول های Li مایع به شدت قابل اشتعال است. یک گزینه جایگزین برای باتری های لیتیوم با الکترولیت مایع ، آنهایی هستند که دارای الکترولیت پلیمر جامد هستند. الکترودهای پلیمر جامد به طور کلی الکترولیت هایی از نوع ژل هستند که حلال و نمک را در منافذ پلیمر به دام می اندازند تا محیطی برای هدایت یونی فراهم کنند. الکترولیت های پلیمری معمولی در جدول 15.9 نشان داده شده است .

موارد معمول مصرف باتری های لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یونی نوعی باتری قابل شارژ که در بسیاری از برنامه ها ، اما معمولاً در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند. باتری های لیتیوم یون برق قابل حمل را تأمین می کنند ، و اسباب های الکترونیکی مانند تلفن های همراه ، لپ تاپ ها و تبلت ها را تأمین می کنند. باتری های لیتیوم یون همچنین برای تأمین انرژی تجهیزات پزشکی ، وسایل نقلیه الکتریکی و ابزارهای برقی مورد استفاده قرار می گیرند.

گذشته از صنعت الکترونیک ، لیتیوم یک ماده معدنی اصلی در استخراج ، تولید ، ذخیره انرژی و بسیاری دیگر است. با توجه به بسیاری از کاربردهای صنعتی آن،  کاملا ممکن است، یکی از مهمترین تحولات حساس در جهان مدرن، که بدون آن 21 ST قرن ممکن نبود.

لیتیوم یون: مختصری از تاریخچه

باتری لیتیوم-یون از دهه 1970 آغاز شد ، زمانی که شیمی دان انگلیسی ، استنلی ویتنگام پیشنهاد ایجاد دستگاه ذخیره انرژی با استفاده از سلول های لیتیوم را داد. در اولین باتری های لیتیوم از فلزات سولفید لیتیوم و تیتانیوم (IV) استفاده شده است که اگرچه عملیاتی بود ، اما به دلیل هزینه های تولید گران قیمت سوفلاید تیتانیوم (IV) عملی نبود (هزینه تولید فلزات سولفید تیتانیوم در حدود $ 1000 در دهه 70) ، بدون اشاره به محصولات جانبی سمی آن هنگامی که در معرض ترکیبات سولفید هیدروژن قرار می گیرند. در بیشتر دهه های 70 و 80 ، دانشمندان و مهندسان مختلف باتری لیتیوم را پیشگام و کامل کردند. در سال 1979 ، دانشمندان john Goodenough ، Ned A. Godshall و دیگران و Koichi Mizushima ، در تلاشهای جداگانه ، دی اکسید لیتیوم کبالت یا LiCoO 2 را ایجاد و کامل کردند . این باتری زمینه را برای باتری های قابل شارژ جدید فراهم کرد که پایه ای برای توسعه باتری لیتیوم-یون در سال 1985 شد ، زمانی که آکبرا یوشینو یک باتری نمونه اولیه را مونتاژ کرد که از هر دو یون لیتیوم و دی اکسید کبالت لیتیوم به عنوان الکترودهای باتری استفاده می کرد. تا سال 1991 ، شرکت های ژاپنی Asahi Kasei و Sony تولید انبوه باتری لیتیوم یون و استفاده از آن در بسیاری از محصولات الکترونیکی خود را آغاز کردند ، دانشمندان و مهندسان بیشتری این فناوری را در طول دهه 90 و تا امروز به کمال رساندند. در سال 2019 ، دانشمندان استنلی ویتینگام ، آکیرا یوشینو و جان گودنوف به طور مشترک برای جایزه نوبل شیمی، به ویژه برای کار در تولید باتری های لی-یون ، جایزه نوبل را دریافت کردند.

باتری های لیتیوم یون انواع مختلفی دارند ، اما به طور کلی از اجزای زیر تشکیل شده اند

  • کاتد یا الکترود مثبت: منبع یون های لیتیوم است که ظرفیت و ولتاژ باتری ها را تعیین می کند
  • آند یا الکترود منفی: بخشی که یون ها را از طریق یک واحد خارجی ذخیره و آزاد می کند
  • الکترولیت: متوسطی که یون ها را بین کاتد و آند منتقل می کند
  • جدا کننده: سدی که از تماس کاتد و آند با یکدیگر جلوگیری می کند

خطرات ایمنی و زیست محیطی باتری لیتیوم یون

با وجود استفاده گسترده و ذخیره سازی کم مصرف ، باتری Li-Ion عالی نیست. اگر به طور نامناسب تولید ، استفاده و ذخیره شود ،می تواتد یک خطر ایمنی باشد. از آنجا که باتری حاوی الکترولیت های قابل اشتعال است ، باتری های لیتیوم یونی تمایل دارند تا جایی که منفجر شوند تحت فشار قرار بگیرند در صورتی که آسیب های ساختاری را حفظ کنند. در صورت شارژ سریع ، باتری های لیتیوم یون همچنین می توانند خطر اتصال کوتاه و ایجاد انفجار را داشته باشند.

به همین دلیل و به دلیل کاربرد گسترده آن در اکثر محصولات تجاری ، استانداردهای ایمنی و آزمایش ایمنی باتری های Li-Ion سختگیرانه تر از انواع دیگر باتری ها است. الکترولیت های قابل اشتعال موجود در باتری های لیتیوم یون به این معنی است که تولید نامناسب می تواند منجر بهنتایج اغلب فاجعه باری شود . باتری های لیتیوم یون همچنین در صورت شارژ بیش از حد ولتاژ ، در معرض آسیب قرار می گیرند. به طور معمول ، یک باتری Li-Ion دارای ولتاژ بین 2.5 تا 3.65 ولت است (یا بسته به ترکیب سلول تا 35/4 ولت). بیش از حد این ولتاژ به دلیل شارژ نا مناسب می تواند منجر به پیری زودرس سلول های باتری شود که در بهترین حالت به این معنی است که باتری با کمتری انرژی ذخیره می کند و یا در بدترین حالت باعث منفجر شدن اجزای واکنش دهنده در سلول ها می شود.

باتری های Li-Ion اگر خیلی طولانی ذخیره شوند  ، می توانند زودتر از موعد هم خراب شوند ، این بدان معناست که در صورت استفاده نهایی ، نمی تواند به دامنه ولتاژ طبیعی خود برسد. این خطر را ایجاد می کند زیرا با وجود اینکه کاربر دستورالعمل های بسته را برای شارژ دنبال می کند ، احتمال شارژ بیش از حد وجود دارد. در حالی که اجزای فلزی باتری های لیتیوم قابل بازیافت هستند و حتی برای سوزاندن و زباله سوزها نیز بی خطر هستند ، استفاده مجدد از آنها برای استفاده مجدد و تولید مثل در محصولات دیگر فرآیندی طولانی و گران است که به نوبه خود تولیدکنندگان را به سمت بازیافت و در عوض فقط اجزای جدید را استخراج کنید.

تا زمانی که پیشرفتهای چشمگیری در تولید باتریهای Li-Ion به وجود نیاید ، آنها همیشه تهدیدی برای محیط زیست محسوب می شوند: برای تولید یک کیلوگرم لیترون یون 67 مگاژول انرژی لازم است.

آینده باتری Li-Ion

اگرچه اکنون بیش از 50 سال از عمر آن می گذرد ، باتری Li-Ion هنوز به طور مداوم در حال بهبود است: دانشمندان به طور مداوم با آزمایش روش های جدید ترکیب الکترولیت ها ، آندها و کاتدها برای ایجاد باتری ، محدودیت ها و مرزهای فناوری فعلی Li-Ion را تحت فشار قرار می دهند. دارای صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی ، مقرون به صرفه تر و بسیار ایمن تر از شکل فعلی آن است.

دانشمندان از استفاده از مواد نسبتاً ارزان تر (در عین حال ایمن تر) مانند اکسیدهای سیلیسیم و وانادیوم گرفته تا ایجاد “ساختارهای نانو” در سلول ها برای ایجاد سطح بیشتر ، در حال فكر كردن روش های جدید برای بهبود ظرفیت انرژی فعلی باتری های لیتیوم و اقدامات ایمنی هستند.

دسته بندی خبر
اشتراک گذاری

نوشته های مرتبط

2 پاسخ به “کاربرد باتری های لیتیومی در چه زمینه های است؟”

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

سبد خرید
سبد خرید خالی است.
ورود به سایت