مقایسه باتری‌های لیتیوم-یون با لیتیوم-پلیمر، کدام‌یک بهتر است؟

فناوری باتری لیتیوم یون (Li-ion) از لحاظ تاریخی قدیمی‌تر بوده، اما یک گزینه مناسب برای تلفن‌های هوشمند و طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های قابل‌حمل دیگر است. با این حال، تلفن‌های هوشمند مدرن در حال حاضر اکثراً از باتری‌های لیتیوم پلیمر (Li-poly) استفاده می‌کنند که جایگزین مناسبی برای باتری‌های قدیمی به شمار می‌رود.

با توجه به اینکه ایمنی و طول عمر باتری جزو اولویت‌های برخی از کاربران گوشی‌های موبایل و سایر دستگاه‌های قابل‌حمل است، بد نیست که مزایا و معایب این دو فناوری باتری را بررسی کنیم. در این مقاله آنچه که می‌بایست در مورد فناوری این دو نوع باتری بدانید و تفاوت‌های آن‌ها با هم، بیان خواهد شد.

باتری‌های لیتیوم-یون

باتری لیتیوم یون یکی از قدیمی‌ترین فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده در صنعت بوده است. توسعه این فناوری از سال 1912 آغاز شد. اما تا زمانی که شرکت سونی در سال 1991 از آن در دستگاه‌های خود استفاده نکرده بود، محبوبیت زیادی پیدا نکرد.

از آن زمان، باتری‌های لیتیوم یون طیف گسترده‌ای از گجت‌ها، از دوربین‌های قابل‌حمل گرفته تا پخش‌کننده‌های موسیقی و گوشی‌های هوشمند را پشتیبانی می‌کنند. لیتیوم یون تا حدی به دلیل چگالی انرژی بسیار بالا، نداشتن مشکل «اثر حافظه» برخلاف باتری‌های قبلی که شارژ سلول‌ها را با گذشت زمان دشوارتر می‌سازد و هزینه تولید نسبتاً ارزان آن، بسیار موفق بوده است.

این باتری‌ها از دو الکترود مثبت و منفی ساخته شده‌اند که توسط یک الکترولیت شیمیایی مایع مانند اتیلن کربنات یا دی اتیل کربنات جدا شده‌اند. ساختار این باتری و نحوه قرارگیری الکترولیت‌ها و الکترودها، امکان ساخت این نوع باتری را به صورت مستطیلی، فراهم کرده است.

ظرفیت باتری لیتیوم یون در طول چرخه شارژ کاهش می‌یابد و حتی در صورت عدم استفاده تخلیه می‌شود که چندان ایده‌آل نیست. بدتر از این مورد، این است که الکترولیت شیمیایی می‌تواند در دماهای بالا یا در صورت سوراخ شدن ناپایدار شده و منجر به بروز پدیده «نشتی انرژی حرارتی» و آتش‌سوزی شود.

اگرچه باید تأکید کرد که این مسئله بسیار نادر است. کنترل‌کننده‌های الکترونیکی در دستگاه‌های مختلف اغلب برای تنظیم توان شارژ و دشارژ باتری و به منظور جلوگیری از گرمای بیش از حد آن استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب باتری لیتیوم-یون

حال که با باتری‌های لیتیوم یون آشنا شدیم، بهتر است برخی از مزایا و معایب آن را بشناسیم:

مزایا

۱. مقرون‌به‌صرفه بودن

از آنجایی که باتری‌های لیتیوم یون برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، هزینه ساخت آن‌ها به میزان قابل‌توجهی کاهش یافته است و نصب باتری لیتیوم یون برای یک گجت قابل‌حمل بسیار ارزان‌تر است، زیرا این باتری‌ها به راحتی در دسترس هستند و هزینه بسیار کمتری دارند.

۲. چگالی توان بالا

در مقایسه با سایر انواع باتری، باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند 3 تا 4 برابر شارژ بیشتری نسبت به نمونه‌هایی با ظرفیت مشابه ذخیره کنند. این ویژگی، باتری‌های لیتیوم یون را برای استفاده در ابزارهای قابل‌حمل مناسب ساخته است.

۳. عمر طولانی باتری

باتری‌های لیتیوم یونی نسبت به سایر انواع باتری‌ها بیشتر عمر می‌کنند. این باتری‌ها می‌توانند حدود دو تا سه سال یا حتی بیشتر از 300-500 چرخه شارژ دوام بیاورند.

۴. تعمیر و نگهداری آسان

نگهداری و مراقبت از باتری‌های لیتیوم یونی بدون دردسر است، زیرا نیازی به فرآیندهای پیچیده‌ای برای نگهداری ندارند.

۵. ولتاژ ثابت

یکی دیگر از مزایای باتری‌های لیتیوم یون این است که ولتاژ خروجی آن‌ها ثابت است. مهم نیست که بار یا میزان مصرف آن چقدر باشد، یک باتری لیتیوم یونی همواره ولتاژی ثابت در خروجی خود تولید می‌کند.

معایب

۱. کارایی آن‌ها با گذشت زمان کاهش می‌یابد

با وجود اینکه عمر باتری لیتیوم یون طولانی است، اما کارایی آن ثابت نیست. باتری‌های لیتیوم یون از نظر قابلیت و عملکرد با گذشت زمان ضعیف می‌شوند.

۲. شکننده بودن

این نوع باتری‌ها برای مصارف بسیار سخت مناسب نیستند زیرا بسیار شکننده هستند. از آنجایی که این باتری‌ها دارای الکترولیت شیمیایی مایع هستند، با کوچک‌ترین نیرویی ممکن است باتری سوراخ شده و نشتی الکترولیت رخ دهد.

۳. در دماهای بالا غیر ایمن هستند

با تحت فشار قرار دادن گوشی موبایل و افزایش دما، احتمال ناپایداری این باتری‌ها وجود داشته و ممکن است آتش بگیرند. اگرچه از کنترل‌کننده‌های الکترونیکی برای تنظیم دما در دستگاه استفاده می‌شود، اما استفاده از این باتری‌ها در گجت‌های قابل‌حمل کاملاً ناامن است.

باتری‌های لیتیوم-پلیمر

فناوری باتری لیتیوم پلیمر جدیدتر از لیتیوم یون است. این فناوری تا دهه 1970 مطرح نشده بود و اخیراً به صورت گسترده به صنعت گوشی‌های هوشمند راه پیدا کرده است. این فناوری به طور فزاینده‌ای در گوشی‌های هوشمندی که از فناوری‌های شارژ بسیار سریع استفاده می‌کنند، محبوب شده است.

دلیل این محبوبیت این است که باتری‌های Li-Poly کمی قوی‌تر از Li-Ion هستند. فناوری لیتیوم پلیمر نیز از یک الکترود مثبت و منفی استفاده می‌کند، اما با این تفاوت که از یک الکترولیت خشک، ماده شیمیایی متخلخل یا ژل مانند، به جای مایع در آن استفاده شده است. در نتیجه، باتری‌های پلیمری می‌توانند انعطاف‌پذیری بیشتر و طراحی‌های قوی‌تری ارائه دهند.

همچنین در این باتری‌ها احتمال بروز نشتی الکترولیت و پدیده نشتی انرژی حرارتی بسیار کمتر خواهد بود؛ بنابراین می‌توان گفت این باتری‌ها به طور کلی ایمن‌تر هستند. با این حال، این باتری‌ها هم کاملاً از مشکلات ناشی از سوراخ شدن، بروز فشار یا گرم شدن بیش از حد مصون نیستند.

یکی از اشکالات اصلی این فناوری، هزینه ساخت بسیار بالاتر آن است که به معنای گران‌تر بودن گجت‌ها و گوشی‌های هوشمند استفاده‌کننده آن در مقایسه با انواع Li-ion خواهد بود. چرخه عمر باتری لیتیوم پلیمر نیز کوتاه‌تر است و باتری‌ها انرژی کمتری را نسبت به یک باتری Li-ion با همان ظرفیت، ذخیره می‌کنند.

اگر می‌خواهید باتری دستگاه شما برای مدت طولانی دوام بیاورد، استفاده از باتری لیتیوم پلیمر چندان ایده‌آل نیست. در دستگاه‌هایی که از این باتری‌ها استفاده می‌کنند، معمولاً از مدارهای حفاظتی استفاده می‌شود تا ولتاژ را در محدوده ایمن نگه دارد.

مزایا و معایب باتری لیتیوم-پلیمر

باتری‌های لیتیوم پلیمری مزایای زیادی دارند. برخی از مزایا و معایب مهم این نوع باتری‌ها به شرح زیر است:

مزایا

۱. ایمنی فوق‌العاده

باتری‌های لیتیوم پلیمر کاملا ایمن هستند. آن‌ها دارای بسته‌بندی انعطاف‌پذیر بوده و با آلومینیوم ساخته می‌شوند که از هر نوع انفجار یا شرایط خطرناک محافظت می‌کند.

۲. وزن کمتر (قابلیت حمل آسان)

باتری‌های لیتیوم پلیمری به راحتی قابل‌حمل هستند، زیرا وزن بسیار کمی دارند. علت این مسئله این است که در ساخت آن، فلز سنگین یا الکترولیت مایع به کار نرفته است.

۳. ماهیت همه‌کاره

باتری‌های لیتیوم پلیمری ماهیت همه‌کاره دارند و در اشکال و اندازه‌های مختلف موجود می‌باشند. هیچ محدودیتی در سفارشی‌سازی شکل و ابعاد آن وجود ندارد و دست سازندگان از این نظر کاملاً باز است.

۴. نشتی شارژ کم

باتری‌های لیتیوم پلیمری از نظر تخلیه و نشتی بسیار مرغوب هستند. نشتی داخلی این باتری بسیار کم است، به این معنی که زمانی که از آن استفاده نمی‌شود، نشتی شارژ در آن بسیار ناچیز خواهد بود.

۵. ضخامت کم با ظرفیت بالا

باتری‌های لیتیوم پلیمری نازک هستند و این موضوع باعث می‌شود تا استفاده از آن‌ها در گوشی‌های جدید راحت‌تر باشد. آن‌ها در ضخامت‌های کمتر از 1 میلی‌متر نیز در دسترس هستند. با وجود ضخامت و ابعاد کم، این باتری‌ها ظرفیت بالایی داشته و 10 الی 15٪ قوی‌تر از بسیاری از باتری‌های دیگر با همان اندازه هستند.

معایب

۱. قیمت بالا

باتری‌های لیتیوم-پلیمر در مقایسه با سایر انواع باتری با اندازه‌ها و مشخصات یکسان، قیمت بالایی دارند. قیمت آن‌ها حتی از باتری‌های لیتیوم یون نیز بالاتر است. اما انتظار می‌رود که این قیمت‌ها با شروع تولید انبوه این باتری‌ها کاهش یابد و به سطح قابل‌رقابتی با سایر باتری‌ها برسد.

۲. چگالی انرژی کمتر

باتری‌های لیتیوم پلی از نظر چگالی انرژی با وجود چرخه شارژ کمتر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یون، کارایی کمتری دارند.

۳. طول عمر کوتاه‌تر

طول عمر باتری‌های Li-Poly در مقایسه با باتری‌های Li-ion بسیار کوتاه‌تر است و از این رو این باتری‌ها ماندگاری بالایی ندارند. البته با رعایت نکات مربوط به افزایش عمر باتری‌های موبایل، می‌توان تا حدی این عیب را جبران کرد.

تفاوت‌های کلیدی باتری لیتیوم-یون با باتری لیتیوم-پلیمر

از جنبه‌های مختلفی می‌توان باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر را با هم مقایسه نمود. در این بخش، تفاوت‌های کلیدی این دو باتری از جنبه‌های مختلف بررسی خواهد شد:

۱. قیمت

باتری‌های لیتیوم یون در مقایسه با باتری‌های لیتیوم پلیمر از نظر قیمت مناسب‌تر هستند. با این حال، هر دو نوع باتری در مقایسه با سایر فناوری‌ها، جزو گزینه‌های گران‌قیمت محسوب می‌شوند.

۲.  همه‌کاره بودن

باتری‌های لیتیوم پلیمر تطبیق‌پذیری بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی دارند. زیرا هیچ محدودیتی در ساخت اشکال و اندازه‌های مختلف آن‌ها وجود ندارد. آن‌ها را می‌توان به روش‌های مختلف قالب‌گیری کرده و برای اهداف مختلف استفاده کرد.

۳. قدرت

هر دو باتری لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر برای مصارف انرژی بالا مناسب هستند. با این حال، باتری‌های لیتیوم یون کارآمدتر و محبوب‌تر از لیتیوم پلیمر بوده و سطح انرژی و قدرت بالاتری دارند و برای مصارف سنگین مناسب‌ترند.

۴. سبک بودن

باتری‌های لیتیوم پلیمر از نظر سبک‌وزن بودن، نسبت به باتری‌های لیتیوم یون مطلوب‌ترند. به دلیل طراحی قوی، باتری‌های لیتیوم پلیمری کمترین احتمال نشتی را دارند.

۵. نشتی داخلی

اگرچه چرخه عمر باتری لیتیوم پلیمر کوتاه‌تر است و این باتری‌ها انرژی کمتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی با اندازه مشابه ذخیره می‌کنند اما نشتی داخلی پایینی دارند، به این معنی که اگر برای مدتی از آن‌ها استفاده نشود، باتری‌ها خیلی خالی نمی‌شوند.

۶. قابلیت حمل

هر دو باتری Li-ion و Li-poly قابل‌حمل هستند. با این حال، باتری‌های لیتیوم پلیمری به دلیل داشتن طراحی فشرده و نازک بودن، قابلیت حمل بیشتری دارند.

باتری‌ لیتیوم-یون بهتر است یا لیتیوم-پلیمر؟

اکنون که محاسن و معایب هر دو فناوری باتری را می‌دانید، انتخاب یکی از آن‌ها به استفاده شما بستگی خواهد داشت. اکثر گوشی‌های هوشمند امروزی به باتری‌های لیتیوم یون مجهز هستند، بنابراین گزینه‌های زیادی برای انتخاب باقی نمی‌ماند.

اما در مورد پاور بانک‌ها و لپ تاپ‌ها همچنان گزینه‌های مختلفی وجود دارد. اگر فردی هستید که زیاد سفر می‌کنید یا در محیط‌های سخت کار می‌کنید، پاور بانک‌ها یا لپ‌تاپ‌های دارای باتری‌های لیتیوم پلیمر به دلیل ماهیت سبک و مستحکم، می‌توانند گزینه مناسبی برای شما باشند.

به عنوان مثال پاور بانک ای دیتا مدل P10000QCD که یک پاور بانک 10 هزار میلی‌آمپری است، و ای دیتا مدل P20000QCD که یک نمونه 20 هزار میلی‌آمپری می‌باشد، به دلیل استفاده از باتری‌های لیتیوم پلیمر، از وزن کمی برخوردار بوده و امکان شارژ سریع یا همان Fast Charge نیز در آن‌ها وجود دارد.

آینده باتری‌ها؛ آیا گزینه دیگری وجود دارد؟

با توجه به اینکه هر دو نوع باتری تا حدی نیازهای ما را برآورده می‌کنند، همه ما ممکن است یک سؤال در ذهن داشته باشیم، آیا انتخاب کامل‌تری وجود دارد؟ در حال حاضر، غول‌های فناوری مانند تسلا در حال کار بر روی نوع جدیدی از باتری به نام SSB (باتری‌های حالت جامد) هستند که می‌تواند انرژی مورد نیاز وسایل نقلیه الکتریکی را تامین کند. این باتری‌ها ظاهراً فشرده هستند و ماهیتی غیر متخلخل دارند.

همچنین گفته می‌شود که برندهای گوشی‌های هوشمند مانند اپل و سامسونگ در حال کار روی فناوری SSB هستند و در آینده از آن‌ها استفاده خواهند کرد. این فناوری، طول عمر باتری‌ها را به میزان قابل‌توجهی افزایش خواهد داد. البته مدتی طول می‌کشد تا این فناوری در گوشی‌های موبایل و سایر دستگاه‌ها به کار رود. در حال حاضر، استفاده از روش‌های صرفه‌جویی انرژی در باتری‌های موبایل و سایر دستگاه‌های قابل‌حمل، بهترین گزینه برای افزایش عمر آن‌ها است.

امروزه باتری‌های لیتیوم پلیمر تقاضای بیشتری از سوی فناوری‌های جدید دارند. به این دلیل که انعطاف‌پذیری بیشتری داشته و می‌توان آن‌ها را در اشکال و اندازه‌های مختلف قالب‌بندی کرد. علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم-پلیمر ایمن‌تر از سایر انواع باتری‌ها بوده و عملکرد پایداری را به واسطه نشتی داخلی کمتر، ارائه می‌کنند.

این باتری‌ها در کاربردهای مربوط به گوشی‌های تلفن هوشمند سازگارتر هستند و از همین رو در دنیای فناوری مدرن شهرت پیدا کرده‌اند.

جمع‌بندی

فناوری‌های مختلف باتری که امروزه مورد توجه شرکت‌های سازنده گجت‌های قابل حمل قرار گرفته‌اند، به واسطه سبکی، انعطاف‌پذیری، امنیت بیشتر و چرخه عمر طولانی‌تر، مورد توجه هستند. از میان فناوری‌های مختلف ساخت باتری، باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر بیشتر در کاربردهای مربوط به گوشی‌های موبایل استفاده می‌شوند.

در این مقاله مقایسه‌ای میان ویژگی‌های این دو فناوری باتری صورت گرفت. در مجموع باید گفت که باتری‌های لیتیوم پلیمر به واسطه استحکام بیشتر و نشتی توان کمتر، علی‌رغم عمر کوتاه‌تر، در کاربردهای مربوط به گوشی های موبایل، پاور بانک و لپ تاپ پرکاربردتر هستند، در حالی که باتری‌های لیتیوم یون نیز همچنان در فناوری ساخت گوشی موبایل استفاده می‌شوند.