مقایسه بین باتری‌های لیتیوم یون و باتری‌های لیتیوم پلیمر

مقایسه بین باتری‌های لیتیوم یون( Li-ion) و باتری‌های لیتیوم پلیمر (LiPo)

مقدمه

با گذشت زمان نیاز به انواع باتری‌ها روز به روز بیشتر می‌شود و در این میان، طرفداران باتری‌های بر پایه‌ی لیتیوم، افزایش می‌یابد. باتری‌های لیتیوم پلیمر و باتری‌های لیتیوم یون دو نوع اساسی و پرطرفدار این‌گونه از باتری‌هاست . در این مقاله سعی بر این است تا ویژگی‌های باتری‌های لیتیوم پلیمر و لیتیوم یون را بررسی کرده و با مقایسه‌ی این دو نوع از باتری‌ها، کاربردهای هر کدام مشخص شود .

شکل ظاهری:

باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر در اشکال و اندازه‌های مختلفی در دست‌رس هستند و تنوع گوناگونی دارند. باتری‌های لیتیوم یون معمولا به شکل استوانه‌ای و در اندازه‌های استاندارد 18mm*65mm در اختیاراند که معمولا به صورت باتری‌های لیتیوم یون 18650 شناخته می‌شوند. اندازه‎‌های دیگری از این باتری‌ها وجود دارد. به طور مثال :

1. باتری‌های لیتیوم یون 21700 (با قطر 21 میلیمتر و ارتفاع 7 سانتیمتر)
2. باتری‌های لیتیوم یون 26650 (با ابعاد 26mm*65mm)

اما باتری‌های لیتیوم یون 18650 از محبوب‌ترین و معمول‌ترین باتری‌های موجود در بازار هستند.

با کنار هم قرار گرفتن تک سل های باتری‌ 18650 لیتیوم یونی، پک مورد نظر با ولتاژ و ظرفیت دلخواه ساخته می‌شود . باید به خاطر داشت که ایمنی در ساخت اینگونه پک‌ها بسیار مورد اهمیت است.

بر خلاف باتری های Li-ion، باتری‌های Lipo در بسته بندی غیرفلزی ساخته می‌شوند که خود دارای اندازه‌های بسیار متفاوتی هستند. معمولا باتری‌های Lipo به صورت پک کامل در بازار وجود دارد اما شرکت‌های مختلفی هستند که با داشتن سل‌های خام، قادر به طراحی باتری لیتیوم پلیمر در ابعاد گوناگون هستند .

چگالی انرژی:

به صورت کلی می‌توان گفت که چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یون بیشتر از باتری‌های لیتیوم پلیمر است .  به عبارت بهتر در وزن یکسان، باتری‌های لیتیوم یون انرژی بیشتری در خود ذخیره می‌کنند.

این خاصیت شاید در کاربردهای خاص خود را بروز دهد . به همین دلیل احتمالا این ویژگی، در هنگام انتخاب باتری برای مصرف کننده از اهمیت کمتری برخوردار باشد. اما ذکر این نکته خالی از لطف نیست که چگالی انرژی بالا برای باتری‌های لیتیوم یون، یکی از دلایل انتخاب شرکت‌های سازنده خودرو‌های الکتریکی است.

طول عمر:

از لحاظ تئوری در شرایط یکسان، تقریبا طول عمر باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر یکسان است . اما به دلیل کاربرد متفاوت باعث شده تا طول عمر باتری‌های لیتیوم یون از باتری‌های لیتیوم پلیمر بیشتر باشد. در ادامه به این نکته اشاره خواهد شد که به دلیل جریان کشی زیاد از باتری‌های لیتیوم پلیمر، طول عمر آن‌ها کاهش ‌می‌ یابد.

وزن:

پارامتر وزن پارامتر بسیار وابسته به سایر پارامتر‌هاست که ظرفیت، بیشترین تاثیر را در افزایش وزن یک باتری‌خواهد داشت. پارامتر تاثیر‌گذار دیگر بر روی وزن، جریان باتری است که به دلیل تنوع در ساخت باتری‌های لیتیوم پلیمر، پک‌های پلیمری رنج بسیار وسیعی از جریان را شامل می‌شوند . به صورت تقریبی می‌توان گفت که وزن باتری‌های لیتیوم یونی در ظرفیتی مشخص، از وزن باتری‌های لیتیوم پلیمر کمتر بوده اما در عوض جریان آن‌ها مراتب کمتر از باتری‌های لیتیوم پلیمر است.

ضریب تخلیه و جریان:

همان طور که در قسمت قبل اشاره شد، اصولا باتری‌های لیتیوم پلیمر موجود در بازار، جهت استفاده در جریان‌های بالا (مانند پرنده‌های بدون سرنشین) کاربرد دارند و در برابر باتری‌های لیتیوم یون، ضریب تخلیه‌ی(C) بالاتری خواهد داشت.

هزینه:

مهمترین پارامتر در انتخاب یک باتری، هزینه‌ی آن است. به صورت خلاصه اگر جریان کاری مقدار پایینی داشته باشد، باتری‌های لیتیوم یون بسیار به صرفه‌تر خواهند بود. اما در جریان‌های بالا، باتری‌های Lipo گزینه‌ی مناسب‌تری هستند.

ولتاژ کاری:

از مهمترین تفاوت‌های باتری‌های Li-ion و Lipo (باتری‌های لیتیوم یون18650 و باتری‌های لیتیوم پلیمر جریان بالا) ولتاژ آن‌هاست . مقدار ولتاژ شارژ شده‌ی باتری‌های لیتیوم پلیمر کمی بیشتر  است . حد پایین ولتاژ(cut off voltage) باتری‌های لیتیوم یون از حد پایین ولتاژ باتری‌های لیتیوم پلیمر کمتر بوده و این مقدار به صورت ولتاژ 2.4  در مقابل ولتاژ 3  برای باتری لیتوم پلیمر است.

مهمترین نکته در هنگام انتخاب این گونه از باتری‌ها این است که برای تحویل دهی انرژی حداکثری، باتری باید تا ولتاژ cut off خود پایین بیاید .  این باعث می‌شود که در هنگام استفاده از باتری‌های لیتیوم یون، مشتری به این نکته توجه ویژه داشته باشد چرا که امکان خاموشی زود هنگام برای وسیله‌ی مورد نظر خواهد بود.

امنیت و ایمنی:

اصولا الکترولیت نقش ویژه‌ای در امنیت یک باتری بازی می‌کند. به دلیل الکترولیت نیمه جامد باتری‌های لیتیوم پلیمر، این باتری‌ها از باتری‌های لیتیوم یونی امنیت بالاتری دارند . اما از طرفی استحکام باتری‌های لیتیوم یون 18650 به دلیل پوشش فلزی، از باتری‌های لیتیوم پلیمر بیشتر بوده و مقاومت بیشتری در هنگام ضربه از خود نشان می‌دهند.

کاربردها:

در اصول مهندسی کاربردها هستند که نوع وسیله را مشخص ‌می‌کنند. در انتخاب باتری‌ها نیز این قاعده می‌تواند به ما کمک کند:

• در کاربرد پرنده‌های بدون سرنشین مانند کوادکوپتر‌ها، به دلیل جریان بالا، باتری‌های Lipo پیشنهاد می‌شود
• در کاربردهای رباتیک و راه‌اندازی دستگاه‌ها نیز باتری‌هایLi-ion گزینه‌ی مناسب خواهد بود.

نتیجه گیری:

همان طور که اشاره شد، در انتخاب نوع باتری، ابتدا بهتر است که به میزان جریان مورد استفاده نگاه کرد . سپس اگر جریان مورد استفاده مقدار کمی بود، از باتری‌های لیتیوم یون استفاده شود . چرا که هزینه‌ی نهایی کاهش خواهد یافت. در جریان‌های بالا هم امکان استفاده از باتری‌های Li-ion وجود دارد اما باید بررسی کرد که هزینه‌ی آن بالاتر از باتری‌های Lipo نشود. اگر جریان مورد استفاده بسیار بالا باشد شاید تنها گزینه، باتری‌های Lipo باشد .  چرا که ساختار این باتری‌ها مخصوص همین کار طراحی شده‌اند. شکل زیر خلاصه از مطالب بالاست.