دوچرخه برقی

باتری‌های قابل شارژ لیتیوم-یونی در همه جا وجود دارند از تلفن‌های همراه گرفته تا ایربادها و تجهیزات بازی‌های ویدیویی اما سرعت شارژ شدن این باتری‌ها کم است.

مطالعه جدید MIT نشان می‌دهد هزینه باتری‌های یون-لیتیوم به طور چشمگیری در سه دهه اخیر کاهش یافته است.

مصرف کنندگان اغلب از پیشرفت نکردن باتری یون-لیتیوم همگام با دیگر فناوری‌ها شکایت میکنند. برای مثال قدرت پردازش کامپیوترها به طور سرسام آوری در چند دهه اخیر بیشتر شده که قابل مقایسه با پیشرفت ناچیز باتری‌ها نیست. اما نکته‌ای که اغلب توجه کمتری به آن می‌شود، توازن عرضه با تقاضاست که به دلیل افزایش شدید تولید موبایل، ظهور اتومبیل‌های برقی و باتری‌های صنعتی، حفظ آن بسیار مشکل شده است.

قیمت، یکی از مهم‌ترین فاکتورها در حفظ این توازن است. گرانقیمت‌ترین قسمت‌های باتری موادی مثل لیتیوم، نیکل، منگنز و کبالت هستند که با توجه به نوع باتری در قسمت کاتد به کار می‌روند.

حال تحقیق جدید MIT نشان می‌دهد که هزینه کلی باتری‌های یون-لیتیوم قابل شارژ به طور چشمگیری در 30 سال اخیر کاهش یافته است. هزینه این باتری‌ها از زمان معرفی فناوری یون-لیتیوم تجاری، 97 درصد کمتر شده است. نکته مهم‌تر اینکه کاهش قیمت سریع‌تر از برآوردهای قبلی رخ داده و احتمالاً یکی از دلایل تمایل شرکت‌های اتومبیل‌سازی به ساخت ماشین‌های برقی همین مورد است. حتی برخی شرکت‌ها مثل فولکس‌واگن به دنبال ساخت کارخانه باتری و آزمایش تکنولوژی‌های جدید باتری هستند.

محققان اشاره می‌کنند که یافته‌های این تحقیق صرفاً «بازبینی تاریخچه توسعه باتری» نبوده و می‌تواند تصویر واضح تری از مسیر آینده باتری‌های یون-لیتیوم و پتانسیل بهبود و کاهش قیمت هر چه بیشتر آن‌ها به دست دهد.

این تحقیق تا حدی با پیش‌بینی های ایلان ماسک نیز مطابقت می‌کند. مدیرعامل تسلا پیش‌بینی کرده که چگالی انرژی باتری‌های یون-لیتیوم 2170 ساخت پاناسونیک که در تسلا مدل 3 و مدل Y به کار رفته، در 5 سال آینده 50 درصد بهبود خواهد یافت.

سال 2010، قیمت باتری‌های یون-لیتیوم، 1183 دلار به ازای هر کیلووات ساعت بوده که در سال 2020 به تنها 137 دلار به ازای هر کیلووات ساعت کاهش پیدا کرده است. برخی تحلیلگران معتقدند رواج اتومبیل‌های برقی می‌تواند قیمت باتری‌ها را به سرعت به زیر 100 دلار برساند. تحلیلگران تخمین زده‌اند این اتفاق در خوشبینانه‌ترین حالت تا سال 2025 به خاطر سه برابر شدن ظرفیت تولید باتری‌های یون-لیتیوم و کاهش قیمت آن‌ها به 93 دلار به ازای هر کیلووات ساعت، رخ خواهد داد.

استفاده از هدفون بی سیم ، تلفن همراه ، ساعت هوشمند ، پنل خورشیدی یا ماشین برقی تا چند دهه پیش امکان پذیر نبود. این انقلاب در تکنولوژی به لطف باتری های لیتیوم یونی به وجود آمده است. این باتری ها می توانند انرژی بیشتری را در فضای کمتری نسبت به سایر باتریها ذخیره کنند و بنابراین در آینده با توجه به چالش های ناشی از تغییرات آب و هوایی که شامل کربن زدائی و انرژی های تجدیدپذیر می شود ، کلید قفل ذخیره سازی انرژی در آینده خواهند بود.

هزینه تولید باتری های لیتیوم یونی از سال 2010 تا کنون 85 درصد کاهش یافته است و انتظار می رود در دهه آینده بیشتر کاهش یابد. به گفته روری مک کارتی ، تحلیلگر ذخیره انرژی در وود مکنزی ، “یون لیتیوم دارای مزیت قابل توجهی نسبت به سایر فناوری های ذخیره سازی جایگزین است و آن صرفه جویی در اندازه است”. به عبارت دیگر ، استفاده از آن باعث کاهش هزینه ها می شود.

محصول مرتبط با این پست : باتری دوچرخه برقی

باتری لیتیوم یون چیست؟

باتری لیتیوم یونی یا Li-Ion نوعی باتری قابل شارژ است که از ترکیبات لیتیوم به عنوان یکی از الکترودها استفاده می کند. در سال 1985 ، آکیرا یوشینو اولین نمونه اولیه را بر اساس تحقیقات قبلی جان گودنو و سایر متخصصان در طول دهه 1970 ایجاد کرد. متعاقباً ، یک تیم از سونی اولین باتری لیتیوم یونی تجاری را در سال 1991 توسعه داد. پیشرفت های بیشتری در طول این سالها به ویژه در استفاده از کاتدهای نیکل-منگنز-اکسید کبالت (NMC) انجام شد که باعث افزایش چگالی ، عملکرد و ایمنی شد.

باتری های لیتیوم یونی از قسمتهای زیر تشکیل شده اند: یک الکترود یا آند منفی که الکترونها از آن آزاد می شوند و یک الکترود یا کاتد مثبت که الکترونها را دریافت می کند. هنگامی که باتری متصل است ، یون های لیتیوم از طریق یک الکترولیت از آند به کاتد حرکت می کنند و در نتیجه اختلاف بالقوه ای را ایجاد می کند که جریان را تولید می کند. هنگامی که باتری شارژ می شود ، یون های لیتیوم به آند باز می گردند.

باتری ها از یک یا چند سلول تشکیل شده اند و بسته به نوع استفاده نهایی ، انواع مختلفی دارند: سلول های استوانه ای که در بیشتر وسایل نقلیه برقی استفاده می شوند ، شامل اجزای مختلف هستند که به صورت استوانه ای تولید میشوند. مدل دیگر سلولهای مسطح هستند، مانند سلولهای تلفن همراه و لپ تاپ ، در تولید این مدل از پلیمر یون لیتیوم به شکل ورقه های روی هم استفاده می کنند.

علاوه بر این ، باتری های لیتیوم یون عناصر دیگری را دارند که عملکرد و ایمنی آنها را بهبود می بخشد: سنسور دما ، مدار تنظیم کننده ولتاژ و مانیتور شارژ. این اجزا میزان شارژ و جریان را کنترل می کنند ، آخرین ظرفیتی را که با شارژ کامل به دست می آید ثبت می کنند و دما را کنترل می کنند ، دما زیاد می تواند بر عمر باتری تأثیر منفی بگذارد.

مزایا و معایب باتری های لیتیوم یون

در مقایسه با فناوری سنتی باتری های قابل شارژ نیکل هیدرید یا نیکل-کادمیوم ، باتری های لیتیوم یونی چندین مزیت دارند: در درجه اول ، آنها در زمان کمتری شارژ می شوند و مدت زمان بیشتری طول می کشد تا تخلیه شوند ، همچنین دارای چگالی انرژی بالاتری هستند ، در صورت عدم استفاده از باتری ، باتری خراب نمیشود.

کاربردهای باتری های لیتیوم یون

مزایای باتری های لیتیوم یونی و کاهش هزینه آنها باعث افزایش استفاده از آنها در بسیاری از زمینه ها شده است:

سیستم های برق اضطراری

در تأسیسات مهم ، مانند مزارع سرور ، باتری های UPS(منبع تغذیه بدون وقفه) شما را در برابر از دست دادن یا بی ثباتی منبع برق محافظت می کند.

ذخیره انرژی خورشیدی

ذخیره انرژی خورشیدی مدل متناوب است و این باتری ها به دلیل نحوه شارژ و سرعت آنها ، مناسب پنل های خورشیدی هستند.

لوازم الکترونیکی مصرفی و دستگاه های تلفن همراه

دستگاه های تلفن همراه اصلی ترین کاربرد این باتری ها تبدیل شده است، که امکان کوچک سازی روزافزون را فراهم می کند.

کمک معلولین

این نوع باتری ها در ویلچرهای برقی ، آسانسورهای پله یا پروتزهای موتوری وجود دارند که زندگی را برای افرادی که محدودیت حرکتی دارند آسان تر می کند.

باتری های لیتیوم یونی برای خودروهای برقی

توسعه و استقبال روزافزون خودروهای برقی و هیبریدی عمدتا به دلیل کارایی و هزینه کمتر باتری های لیتیوم یونی است. تولید انبوه آنها علاوه بر داشتن چگالی انرژی بالا نسبت به اندازه آنها ، قیمت خودروهای برقی را به خودروهای بنزینی نزدیک کرده است. از نظر هزینه های عملیاتی ، قیمت برق برای شارژ خودروهای برقی کمتر از هزینه سوخت خودروهای بنزینی است.

عنصری که با آن این مدل باتریها را تولید میکنند کبالت است ، کبالت یک عنصر کم در جهان است و همین باعث تحقیق در زمینه عنصر جایگزین کبالت در این باتریها شده است. راه حل های جدیدی که برای این از حل این مشکل پیدا شده، موارد زیراست:

سلولهای هیدروژنی: این باتریها از هیدروژن گازی الکتریسیته تولید می کنند ، در تکنولوژی اش مشکلی وجود ندارد ، مشکل عدم توانایی تولید هیدروژن سبز بدون استفاده از سوختهای فسیلی است.

باتری های حالت جامد: این روش استفاده از الکترولیت های جامد به جای الکترولیت های مایع یا ژل است. چگالی انرژی بالاتری دارند ، خطر انفجار و آتش سوزی را کاهش می دهند و فضای کمتری را اشغال می کنند و به قطعات کنترل ایمنی نیاز ندارند.

ابرخازن های گرافن: خازن ها می توانند کارآمدتر از باتری شارژ و تخلیه شوند و استفاده از گرافن می تواند چگالی انرژی مشابه باتری های امروزی را داشته باشد.

باتری های لیتیوم یونی بسیار محبوب و همه کاره هستند. این باتری های قابل شارژ که در تلفن های همراه ، اتومبیل ها ، ابزارهای برقی و انواع مختلفی از دستگاه های الکترونیکی یافت می شوند ، به تجهیزات کنترل و پشتیبانی از زمین برای تأمین انرژی در برابر ضربه کمک می کنند.

فناوری پشت باتری های لیتیوم یونی به دلیل مزایای متمایز و مزایای سازگار با محیط زیست ، آنها را انتخابی عالی می کند.

اما ، باتری های لیتیوم یون دقیقاً چگونه کار می کنند؟ و چه چیزی باعث محبوبیت آنها شده است؟

در اینجا شما باید در مورد اجزای تشکیل دهنده باتری لیتیوم یون بدانید و نحوه همکاری آنها برای ایجاد منابع قدرت با کارایی بالا و طولانی مدت .

محصول مرتبط با این پست : باتری دوچرخه برقی

اجزاء باتری لیتیوم یون

باتری های لیتیوم یون در اشکال و اندازه های مختلف موجود هستند. برای درک نحوه کار باتری لیتیوم یون ، مهم است که نقشی را که قطعات جداگانه ایفا می کنند ، بدانید.

سلول

یک باتری لیتیوم یونی از چندین قسمت تشکیل شده است. سلول ، مهمترین جز باتری است.

سلول از مواد باتری زیر تشکیل شده است:

الکترودها دو سر باتری هستند. یکی آند و دیگری کاتد.

آند لیتیوم را ذخیره می کند و معمولاً از کربن ساخته شده است.

کاتد هم لیتیوم را ذخیره می کند و از یک ترکیب شیمیایی ساخته می شود که اکسید فلز است.

جدا کننده جریان الکترونهای منفی و مثبت را در داخل باتری از هم جدا می کند اما اجازه می دهد تا یون ها از آن عبور کنند.

بسته باتری

بسته باتری ، که سلولهای یون لیتیوم را در خود نگه می دارد ، تقریباً مانند رایانه کار می کند. شامل موارد زیر است:

حرکت در سلول

بنابراین سلول چگونه برق را به تجهیزات می رساند؟

هنگامی که یک باتری لیتیوم یونی را به دستگاه یا قطعه ای از تجهیزات وصل می کنید ، یونهای دارای بار مثبت از آند به کاتد منتقل می شوند. در نتیجه ، بار کاتد مثبت تر از آند می شود. این ، به نوبه خود ، الکترونهای با بار منفی را به سمت کاتد جذب می کند.

سلول از بخشهای زیر تشکیل شده است:

حداقل یک سنسور دما برای کنترل دمای باتری وجود دارد.

یک مدار مبدل ولتاژ و مبدل ولتاژ که روی حفظ ولتاژ و جریان در سطح ایمن متمرکز است.

یک کانکتور یورو ، که اجازه می دهد تا انرژی و اطلاعات به داخل و خارج از باتری حرکت کنند.

شیر سلول ، که بر ولتاژ سلول ها در بسته باتری نظارت می کند.

یک سیستم نظارت بر باتری ، یک کامپیوتر کوچک که بر کل باتری نظارت می کند و امنیت کاربر را تضمین می کند.

باتری های لیتیوم یون قابل شارژ هستند. هنگام شارژ مجدد ، یون های لیتیوم همان روند را در جهت مخالف طی می کنند . این کار باتری را برای استفاده بیشتر ریکاوری می کند.

طراحی کلی باتری لیتیوم یون مزایای بسیاری را برای کاربران و تجهیزات فراهم می کند.

بخاطر قابلیت شارژ سریع زمان کمتری را برای در شارژ ماندن دارد.

این مدل باتریها با کم شدن شارژشان عملکردشان کاهش نمیابد و قدرتشان همواره یکسان است.

سیستم مدیریت باتری BMS

سیستم مدیریتی در اطمینان از عملکرد سلول باتری در بالاترین سطح نقش اساسی دارد. همچنین با ارائه چندین ویژگی ، بر عملکرد باتری تأثیر می گذارد.

مثلا:

BMS درجه حرارت سلول را در محدوده عملیاتی ایده آل حفظ می کند تا از گرم شدن یا یخ زدگی جلوگیری کند.

BMS جریان و ولتاژ را کنترل می کند تا هر دو را در سطح ایمن نگه دارد. در صورت کم شدن ولتاژ که باعث کوتاه شدن سلول می شود ، دندریت ها در سلول تشکیل می شوند ، بنابراین مهم است که یک بسته باتری لیتیوم یون دارای یک سیستم برای نظارت بر این باشد.

هیچ حافظه ای در بسته باتری وجود ندارد ، بنابراین تخلیه جزئی به باتری آسیب نمی رساند.

کنترلرهای داخلی از شارژ بیش از حد جلوگیری می کنند تا باعث آسیب به باتری های لیتیوم یونی نشوند.

تعادل سلولی به گونه ای کنترل می شود که هرگز به اضافه کردن آب مقطر یا تعمیر ندارد. از آنجا که باتری های لیتیوم یون نیازی به آب مقطر ندارند پس گازهای سمی هم ندارند.

سیستم مدیریت باتری همچنین به مدیران این امکان را می دهد تا از طریق رایانه های پردازشی که داده های حیاتی را از طریق خدمات مبتنی بر ابرcloud ارسال می کنند ، سلامت باتری ناوگان خود را ردیابی کنند.