اخبار
تفاوت باتری لیتیوم یون و نیکل کادمیوم
بهمن
باتری های نیکل کادمیوم (Ni-Cd) و لیتیوم یون (Li-Ion) دو نوع از رایج ترین باتری های قابل شارژ هستند.
تفاوت باتری لیتیوم یون و نیکل کادمیوم
باتری های لیتیوم یون دارای حجم و وزن کمتری نسبت به باتری های کادمیومی هستند، از طرفی قیمتی دو الی سه برابری دارند. این دو نوع باتری دارای یک اندازه قدرت به لحاظ تامین ولتاژ و جریان هستند، به عنوان مثال یک باتری ۱۲ ولت لیتیومی و یک باتری ۱۲ ولتی نیکل کادمیومی به یک اندازه پتانسیل تامین انرژی را دارند.
ساختار و مواد تشکیل دهنده
- باتری نیکل کادمیوم: از کادمیوم به عنوان آند و از نیکل به عنوان کاتد استفاده می کنند.
- باتری لیتیوم یون: از گرافیت به عنوان آند و از اکسید لیتیوم به عنوان کاتد استفاده می کنند. در این باتری از نیکل اکسید هیدروکسید و کادمیوم به عنوان الکترود استفاده می‌شود.
ولتاژ باتری
- باتری نیکل کادمیوم: ولتاژ اسمی ۱.۲ ولت دارند.
- باتری لیتیوم یون: ولتاژ اسمی ۳.۷ ولت دارند.
ظرفیت باتری
- باتری نیکل کادمیوم: ظرفیت حجمی (Wh/L) کمتری نسبت به باتری های لیتیوم یون دارند و بنابراین برای دستگاه‌هایی که به انرژی زیادی نیاز دارند، مناسب نیستند.
- باتری لیتیوم یون: ظرفیت حجمی (Wh/L) بالاتری نسبت به باتری های نیکل کادمیوم دارند و می‌توانند انرژی بیشتری را در حجم و وزن کمتری ذخیره کنند.
طول عمر باتری
- باتری نیکل کادمیوم: عمر چرخه شارژ و دشارژ خوبی (معمولاً ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ بار) دارند اما اثر حافظه می‌تواند این طول عمر را کاهش دهد.
- باتری لیتیوم یون: عمر چرخه شارژ و دشارژ طولانی تری (معمولاً ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ بار) دارند. با این حال، طول عمر آن به نحوه استفاده و شرایط نگهداری بستگی دارد.
اثر حافظه
- باتری نیکل کادمیوم: اثر حافظه دارد، به این معنی که اگر قبل از تخلیه کامل شارژ شوند، ظرفیت آنها کاهش می یابد که می‌تواند طول عمر و کارایی آن را کاهش دهد.
- باتری لیتیوم یون: اثر حافظه ندارد. اثر حافظه به این معنی است که اگر باتری Ni-Cd قبل از تخلیه کامل، شارژ شود، ظرفیت آن کاهش می‌یابد.
قیمت باتری
- باتری نیکل کادمیوم: ارزان تر از باتری های لیتیوم یون هستند اما به دلیل معایب ذکر شده، استفاده از آن رو به کاهش است.
- باتری لیتیوم یون: گران تر از باتری های نیکل کادمیوم هستند.
ایمنی و ملاحظات زیست‌محیطی
- باتری نیکل کادمیوم: در صورت نشت، سمی هستند و بازیافت آن بسیار مهم است تا از آلودگی محیط‌زیست جلوگیری شود.
- باتری لیتیوم یون: در صورت آسیب دیدن، خطر آتش سوزی دارند.
کاربردها:
- لیتیوم یون: در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها، دوربین‌ها و خودروهای الکتریکی استفاده می‌شود.
- نیکل کادمیم: در گذشته در ابزارهای برقی، دستگاه‌های پزشکی و سیستم‌های روشنایی اضطراری استفاده می‌شد، اما امروزه کاربرد آن به دلیل وجود جایگزین‌های بهتر، کاهش یافته است.
ویژگی |
باتری لیتیوم یون |
باتری نیکل کادمیوم |
| مزایا | ظرفیت بالا | مقاومت خوب در برابر دماهای بالا |
| وزن سبک | قابلیت شارژ سریع | |
| عمر طولانی | دوام خوب در استفاده‌های سنگین | |
| کمتر دچار اثر حافظه می‌شود | قیمت نسبتاً پایین‌تر | |
| تخلیه خود به خود پایین | تحمل بیشتر در برابر شارژهای ناقص | |
| معایب | قیمت بالاتر | اثر حافظه |
| حساسیت به دمای بالا | وزن سنگین | |
| محدودیت‌های شارژ در دماهای پایین | استفاده از کادمیوم سمی | |
| نیاز به مدار محافظ باتری | ظرفیت پایین‌تر | |
| خطر آتش‌سوزی و انفجار در شرایط خاص | نیاز به نگهداری دقیق |
نحوه کارکرد باتری لیتیوم یون
در یک باتری لیتیوم یون، هنگامی که باتری شارژ می‌شود، یون‌های لیتیوم از کاتد به آند منتقل می‌شوند و در فرآیند تخلیه برعکس عمل می‌کنند. این جابجایی یون‌ها از طریق یک الکترولیت که یک محلول یونی است، انجام می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود که باتری قادر به ذخیره و آزادسازی انرژی در زمان نیاز باشد.
مزیت باتری های لیتیوم یون
- عمر طولانی تر:باتری‌های لیتیوم یون عمر چرخه شارژ و دشارژ طولانی تری دارند (معمولاً ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ بار) به این معنی که می توان آنها را بارها و بارها شارژ و دشارژ کرد بدون اینکه ظرفیت آنها به طور قابل توجهی کاهش یابد.
- ظرفیت بالاتر: باتری‌های لیتیوم یون می توانند انرژی بیشتری را در واحد حجم ذخیره کنند. این به این معنی است که آنها می توانند برای مدت زمان طولانی تری برق را تامین کنند.
- اثر حافظه کمتر: باتری های لیتیوم یون اثر حافظه کمی دارند. این به این معنی است که می توان آنها را بدون نگرانی از کاهش ظرفیت، به طور جزئی شارژ کرد.
- وزن و حجم کمتر: باتری لیتیوم یونی وزن و حجم کمتری نسبت به باتری های نیکل کادمیوم دارند. این امر آنها را برای استفاده در ابزارآلات شارژی ایده آل می کند.
- کارآیی بالا در دماهای مختلف: این باتری‌ها می‌توانند در طیف وسیعی از دماها کارایی داشته باشند، اگرچه دماهای بسیار بالا می‌توانند بر عمر مفید آنها تأثیر منفی بگذارند.
نحوه کارکرد باتری‌های نیکل کادمیوم
در باتری‌های نیکل کادمیوم، هنگام شارژ، یون‌های کادمیوم از کاتد به آند حرکت کرده و هنگام تخلیه برعکس، از آند به کاتد بازمی‌گردند. این فرآیند باعث تولید الکترون‌هایی می‌شود که از طریق بیرونی ترین مدار باتری جریان می‌یابند و انرژی لازم برای کارکرد دستگاه‌ها را فراهم می‌کنند. الکترولیت مورد استفاده در این باتری‌ها معمولاً هیدروکسید پتاسیم است که در تسهیل جابجایی یون‌ها نقش اساسی دارد.
ویژگی‌های منحصر به فرد باتری‌های نیکل کادمیوم
- مقاومت در برابر دماهای مختلف: یکی از برجسته‌ترین ویژگی‌های باتری‌های نیکل کادمیوم توانایی عملکرد مطلوب در شرایط دمایی بسیار سرد یا گرم است که این باتری‌ها را برای استفاده در محیط‌های خارجی مناسب می‌سازد.
- قابلیت شارژ سریع و تحمل شارژهای عمیق: این باتری‌ها قابلیت شارژ سریع دارند و می‌توانند دوره‌های متعدد شارژ و تخلیه عمیق را تحمل کنند بدون آنکه ظرفیت آنها به طور قابل توجهی کاهش یابد.
- مقرون به صرفه بودن: در مقایسه با سایر فناوری‌های باتری مانند لیتیوم یون، باتری‌های نیکل کادمیوم از نظر قیمت به صرفه‌تر هستند و برای کاربردهایی با بودجه محدود مناسب‌ترند.
- اثر حافظه: اگرچه این می‌تواند به عنوان یک نقطه ضعف نیز در نظر گرفته شود، اما باتری‌های نیکل کادمیوم نیاز به نگهداری و شارژ دوره‌ای دارند تا از بروز اثر حافظه و کاهش دائمی ظرفیت جلوگیری شود.
خلاصه جدول مقایسه باتری لیتیم یون و نیکل کادمیم
| ویژگی | لیتیوم یون (Li-ion) | نیکل کادمیم (Ni-Cd) |
|---|---|---|
| چگالی انرژی | بالا | پایین |
| اثر حافظه | تقریباً ندارد | دارد |
| سمیت | کمتر | بیشتر |
| هزینه | گران‌تر | ارزان‌تر |
| کاربردها | دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل | ابزارهای برقی قدیمی، اضطراری |
به طور کلی، باتری‌های لیتیوم یون به دلیل کارایی بالاتر و وزن کمتر، جایگزین باتری‌های نیکل کادمیم شده‌اند. با این حال، Ni-Cd هنوز در برخی کاربردهای خاص که نیاز به مقاومت بالا و طول عمر طولانی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
