باتری لیتیوم 100 آمپرساعت 51.2 ولت 5 کیلووات LiFePO4 برند Hollandia

←باتری‌های لیتیوم‌یون (Lithium-Ion Batteries)

باتری‌های لیتیوم‌یون (Li-ion) به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی، در صنایع مختلف از جمله الکترونیک مصرفی، خودروهای الکتریکی (EV)، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS) و هوافضا کاربرد گسترده‌ای دارند. این باتری‌ها به‌دلیل چگالی انرژی بالا، عمر چرخه‌ی طولانی و نرخ خودتخلیه کم، جایگزین مناسبی برای باتری‌های قدیمی مانند سرب-اسید و نیکل-کادمیوم شده‌اند.

←ساختار و اجزای اصلی باتری لیتیوم‌یون

یک باتری لیتیوم‌یون از چهار جزء اصلی تشکیل شده است:

←کاتد (Cathode)

– معمولاً از اکسیدهای فلزی لیتیوم مانند:

• LiCoO₂ (لیتیوم کبالت اکسید) – رایج در باتری‌های موبایل
• LiFePO₄ (لیتیوم آهن فسفات) – ایمن‌تر و با طول عمر بالا
• NMC (Nickel Manganese Cobalt Oxide) – تعادل خوب بین انرژی و قدرت
• NCA (Nickel Cobalt Aluminum Oxide) – مورد استفاده در تسلا

←آند (Anode)

• عموماً از گرافیت (کربن) یا سیلیکون استفاده میشود.
• در حال توسعه: آندهای لیتیوم فلزی برای چگالی انرژی بالاتر

←الکترولیت (Electrolyte)

• مایع یا ژل‌شده حاوی نمک‌های لیتیوم (مانند LiPF₆) در حلال‌های آلی (EC, DMC)
• الکترولیت‌های جامد (Solid-State) در حال توسعه برای ایمنی بیشتر

←جداکننده (Separator)

• یک غشای پلیمری متخلخل (معمولاً پلی‌اتیلن یا پلی‌پروپیلن) که از اتصال کوتاه جلوگیری میکند.

←مکانیسم کارکرد (شارژ و دشارژ)

• دشارژ: یون‌های لیتیوم از آند به کاتد حرکت میکنند و الکترون‌ها از مدار خارجی عبور میکنند.
• شارژ: یون‌های لیتیوم به‌سمت آند بازمیگردند (با اعمال ولتاژ خارجی)

←واکنش کلی:

• آند: ( Li_x C_6 rightarrow x Li^+ + x e^- + C_6 )
• کاتد: ( Li_{1-x} CoO_2 + x Li^+ + x e^- rightarrow LiCoO_2 )

←پارامترهای مهندسی کلیدی

• چگالی انرژی (Wh/kg) | انرژی ذخیره‌شده به ازای هر کیلوگرم | 150-250 (NMC), 90-120 (LFP) |
• چگالی توان (W/kg) | توان تحویلی به ازای هر کیلوگرم | 250-340 |
• ولتاژ اسمی (V) | ولتاژ متوسط در دشارژ | 3.6-3.7 (LiCoO₂), 3.2 (LFP) |
• عمر چرخه (Cycle Life) | تعداد سیکل‌های شارژ/دشارژ تا 80% ظرفیت اولیه | 500-2000 (بسته به مواد) |
• نرخ خودتخلیه (%/ماه) | کاهش ظرفیت در حالت بی‌استفاده | 1-2% |
• دمای کاری (°C) | محدوده دمایی عملکرد | -20 تا 60 |

←مزایا و معایب:

مزایا:

✅ چگالی انرژی بالا
✅ نرخ خودتخلیه پایین
✅ عدم نیاز به Memory Effect (اثر حافظه)
✅ بازده انرژی بالا (~95%)

معایب:

❌ هزینه تولید بالا
❌ خطر گرمایش بیش‌ازحد و Thermal Runaway (احتمال آتش‌سوزی)
❌ کاهش ظرفیت در طول زمان (Degradation)
❌ نیاز به سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) پیچیده

←کاربردهای صنعتی

• الکترونیک مصرفی: لپ‌تاپ، موبایل، تبلت
• خودروهای الکتریکی (EV): تسلا (NCA/NMC), BYD (LFP)
• ذخیره‌سازی انرژی (ESS): پشتیبان‌گیری از انرژی خورشیدی/باد
• هوافضا: ماهواره‌ها و فضاپیماها

←چالش‌ها و فناوری‌های آینده

چالش‌های فعلی:

• افزایش ایمنی (جلوگیری از آتش‌سوزی)
• کاهش هزینه‌ها
• بهبود عمر چرخه

فناوری‌های در حال توسعه:

• باتری‌های حالت جامد (Solid-State): جایگزینی الکترولیت مایع با جامد برای ایمنی بیشتر
• سیلیکون-گرافیت آند: افزایش چگالی انرژی
• لیتیوم-گوگرد (Li-S) و لیتیوم-آهن (Li-Air): چگالی انرژی بسیار بالاتر

←سیستم مدیریت باتری (BMS)

BMS برای نظارت بر:

• تعادل سلول‌ها (Cell Balancing)
• کنترل دما (Thermal Management)
• پیشگیری از Overcharge/Overdischarge
• تخمین وضعیت شارژ (SOC) و وضعیت سلامت (SOH)

باتری‌های لیتیوم‌یون به‌عنوان یک فناوری کلیدی در ذخیره‌سازی انرژی مدرن، همچنان در حال پیشرفت هستند. با ظهور فناوری‌های جدید مانند حالت جامد و مواد کاتدی/آندی بهبودیافته، انتظار میرود در آینده شاهد باتری‌های با چگالی انرژی بالاتر، ایمن‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر باشیم.