ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ที่ต้องบำรุงรักษาต่ำ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่นักเคมีส่วนใหญ่ไม่สามารถอ้างสิทธิ์ได้ แบตเตอรี่ไม่มีหน่วยความจำและไม่จำเป็นต้องออกกำลังกาย (จงใจคายประจุจนหมด) เพื่อให้แบตเตอรี่อยู่ในสภาพดี การคายประจุเองนั้นน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของระบบที่ใช้นิกเกิล และช่วยในการใช้งานเกจวัดน้ำมันเชื้อเพลิง แรงดันไฟฟ้าเซลล์ที่กำหนดที่ 3.60V สามารถจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และกล้องดิจิตอลได้โดยตรง ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนและลดต้นทุนเมื่อเทียบกับการออกแบบหลายเซลล์ ข้อเสียคือจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันเพื่อป้องกันการใช้งานผิดประเภทและราคาที่สูง
ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงกระบวนการ
ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ที่ต้องบำรุงรักษาต่ำ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่นักเคมีส่วนใหญ่ไม่สามารถอ้างสิทธิ์ได้ แบตเตอรี่ไม่มีหน่วยความจำและไม่จำเป็นต้องออกกำลังกาย (จงใจคายประจุจนหมด) เพื่อให้แบตเตอรี่อยู่ในสภาพดี การคายประจุเองนั้นน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของระบบที่ใช้นิกเกิล และช่วยในการใช้งานเกจวัดน้ำมันเชื้อเพลิง แรงดันไฟฟ้าเซลล์ที่กำหนดที่ 3.60V สามารถจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และกล้องดิจิตอลได้โดยตรง ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนและลดต้นทุนเมื่อเทียบกับการออกแบบหลายเซลล์ ข้อเสียคือจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันเพื่อป้องกันการใช้งานผิดประเภทและราคาที่สูง
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนดั้งเดิมของ Sony ใช้โค้กเป็นขั้วบวก (ผลิตภัณฑ์ถ่านหิน) ตั้งแต่ปี 1997 ผู้ผลิต Li ion ส่วนใหญ่ รวมถึง Sony ได้เปลี่ยนมาใช้กราไฟท์เพื่อให้ได้เส้นโค้งการปล่อยที่ราบเรียบยิ่งขึ้น กราไฟต์เป็นรูปแบบหนึ่งของคาร์บอนที่มีความคงตัวในระยะยาวและใช้ในไส้ดินสอ เป็นวัสดุคาร์บอนที่พบมากที่สุด รองลงมาคือคาร์บอนแข็งและคาร์บอนอ่อน คาร์บอนนาโนทิวบ์ยังไม่พบการใช้งานเชิงพาณิชย์ใน Li-ion เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเข้าไปพัวพันและส่งผลต่อประสิทธิภาพ วัสดุในอนาคตที่สัญญาว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพของ Li-ion คือกราฟีน
รูปที่ 2 แสดงให้เห็นเส้นโค้งการคายประจุแรงดันไฟฟ้าของ Li-ion สมัยใหม่ที่มีกราไฟท์แอโนดและโค้กเวอร์ชันแรกๆ
มีการลองใช้สารเติมแต่งหลายอย่าง รวมถึงโลหะผสมที่มีซิลิกอน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของกราไฟท์แอโนด ต้องใช้อะตอมของคาร์บอน (กราไฟท์) หกอะตอมในการจับกับลิเธียมไอออนเดี่ยว อะตอมซิลิคอนตัวเดียวสามารถจับกับลิเธียมไอออนได้สี่ตัว ซึ่งหมายความว่าซิลิคอนแอโนดสามารถกักเก็บพลังงานของกราไฟท์ได้มากกว่า 10 เท่าในทางทฤษฎี แต่การขยายตัวของแอโนดระหว่างประจุเป็นปัญหา แอโนดซิลิโคนบริสุทธิ์จึงไม่สามารถใช้งานได้จริง และโดยทั่วไปจะมีซิลิกอนเพียง 3-5 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่จะถูกเติมลงในแอโนดของซิลิคอนเพื่อให้มีวงจรชีวิตที่ดี
การใช้ลิเธียมไททาเนตที่มีโครงสร้างนาโนเป็นสารเติมแต่งแอโนดแสดงให้เห็นถึงอายุการใช้งานที่ยาวนาน ความสามารถในการโหลดที่ดี ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม และความปลอดภัยที่เหนือกว่า แต่พลังงานจำเพาะต่ำและต้นทุนสูง
การทดลองกับวัสดุแคโทดและแอโนดช่วยให้ผู้ผลิตสามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับคุณภาพที่แท้จริงได้ แต่การปรับปรุงประการหนึ่งอาจกระทบต่ออีกประการหนึ่ง สิ่งที่เรียกว่า "เซลล์พลังงาน" จะปรับพลังงาน (ความจุ) เฉพาะให้เหมาะสมเพื่อให้ได้รันไทม์ที่ยาวนานแต่ใช้กำลังจำเพาะที่ต่ำกว่า “เซลล์กำลัง” ให้กำลังเฉพาะที่โดดเด่นแต่มีความจุต่ำกว่า “เซลล์ไฮบริด” เป็นการประนีประนอมและมีทั้งสองอย่างเล็กน้อย
ผู้ผลิตสามารถได้รับพลังงานจำเพาะสูงและต้นทุนต่ำได้อย่างง่ายดายโดยการเติมนิกเกิลแทนโคบอลต์ที่มีราคาแพงกว่า แต่จะทำให้เซลล์มีความเสถียรน้อยลง แม้ว่าบริษัทที่เริ่มต้นใหม่อาจมุ่งเน้นไปที่พลังงานที่เฉพาะเจาะจงสูงและราคาต่ำเพื่อให้ได้รับการยอมรับจากตลาดอย่างรวดเร็ว แต่ความปลอดภัยและความทนทานก็ไม่สามารถประนีประนอมได้ ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนาน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่มีการออกแบบที่คล้ายกัน ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรดบวกของโลหะออกไซด์ (แคโทด) ที่เคลือบบนตัวสะสมกระแสอะลูมิเนียม อิเล็กโทรดลบ (แอโนด) ที่ทำจากคาร์บอน/กราไฟต์เคลือบบนตัวสะสมกระแสทองแดง ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์ ทำจากเกลือลิเธียมในตัวทำละลายอินทรีย์ ข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาไปที่ teda battery.com
ตารางที่ 3 สรุปข้อดีและข้อจำกัดของ Li-ion
เวลาโพสต์: 26 มิ.ย. 2022