تُستخدم بطارية ليثيوم 3 فولت لتشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية

يشيع استخدام بطارية الليثيوم 3 فولت لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المختلفة. ونظراً لأن هذا النوع من البطاريات يمكن أن يعمل بكفاءة عبر مجموعة من درجات الحرارة، فإنها تصلح لتطبيقات الحوسبة الطرفية وخزانة الشبكة المثالية.

تتميّز هذه البطاريات بنطاق جهد اسمي يتراوح بين 3,6 إلى 3,7 فولت لكل خلية، وتوفر موثوقية وأداءً ممتازين، وتتميز بكثافة طاقة عالية بالإضافة إلى أنها مناسبة للاستخدام اليومي.

كثافة طاقة عالية

تتميز بطاريات الليثيوم أيون بكثافة طاقة عالية، أو قدرتها على تخزين كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية في حجم صغير نسبيًا، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي يمثل فيها الحجم والوزن مشكلة، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. علاوة على ذلك، تلعب كثافة الطاقة دورًا حيويًا في تكنولوجيا بطاريات السيارات حيث يجب أن توفر البطاريات توصيلًا مستمرًا للطاقة على مدى فترات طويلة.

يتم تحديد كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون من خلال مقاومتها الداخلية ومواد الأقطاب الكهربائية المستخدمة، وكلاهما يؤثر على أداء وعمر هذه البطاريات. وتؤدي المقاومة المنخفضة إلى كثافة طاقة أعلى؛ ولهذا السبب تميل التصاميم الحالية لبطاريات السيارات نحو البطاريات الأصغر حجماً ذات كثافة طاقة أكبر.

تُعرّف كثافة الطاقة في البطاريات بأنها كمية الكهرباء التي يمكن أن توفرها عند جهد ثابت في ساعة واحدة بمعدلات تيار ثابتة (C-rate)، معبراً عنها بالواط/ساعة لكل لتر أو كيلوغرام (Wh/L أو Wh/kg). ويُستخدم هذا المقياس كمؤشر مهم على سعتها وقدرتها على الاستخدامات المتعددة.

تتميز بطاريات الليثيوم-بوليمر بكثافة طاقة أقل قليلاً مقارنة بنظيراتها من بطاريات الليثيوم-أيون؛ ومع ذلك، فإن بنيتها الأخف وزناً والأكثر مرونة تجعلها مناسبة بشكل خاص للأجهزة المحمولة والسيارات حيث يمكن أن تكون المساحة محدودة.

يمكن للباحثين الذين يسعون إلى زيادة كثافة الطاقة في البطاريات تغيير تصميمها أو تبديل الأقطاب الكهربائية للحصول على نتائج أفضل. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الجرافيت وخلايا النيكل المنغنيز والكوبالت (NMC) وخلائط النيكل والكوبالت - حيث تتميز خلايا NMC 811 بتركيز نيكل أعلى من الطرازات القديمة NMC 622 و111 وتوفر قدرة أكبر، ولكنها أقل تسامحًا مع معدلات التفريغ العالية.

طاقة تدوم طويلاً

توفر بطارية ليثيوم 3 فولت طاقة موثوق بها للعديد من الأجهزة الإلكترونية، مثل الكاميرات الرقمية وأجهزة التحكم عن بُعد. تتميز هذه البطاريات بالمتانة وسهولة إعادة شحنها، وهي مصدر طاقة ممتاز طويل الأمد ومحمول أيضاً.

يعتمد طول عمر البطارية على كل من بيئتها وعدد مرات شحنها وتفريغها. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، تميل البطاريات إلى أن تشيخ بسرعة وتفقد قدرتها بمرور الوقت؛ ولإطالة عمرها الافتراضي يجب شحنها بشكل متكرر لأن ذلك سيساعد على إطالة عمرها الافتراضي. ولإطالة عمرها الافتراضي بشكل أكبر، قد يكون من الحكمة شحنها قبل أن تصل إلى حالة شحن منخفضة؛ حيث سيؤدي ذلك إلى إطالة عمرها الافتراضي.

يتم تحقيق طاقة تدوم طويلاً في بطارية الليثيوم بجهد 3 فولت باستخدام إلكتروليت أقل لزوجة وأكثر استقراراً من أنواع البطاريات الأخرى، مما يتيح لها إنتاج جهد خرج 3 فولت باستمرار عبر درجات حرارة مختلفة. علاوة على ذلك، صُنعت البطارية من أنودات وكاثودات من الفولاذ المقاوم للصدأ مفصولة بأغشية ذات استقطاب موجب-سالب تسمح للإلكترونات بالمرور بين الأقطاب قبل أن تتحول إلى أيونات ليثيوم وتنتقل من الأنود إلى الكاثود؛ مما يوفر الطاقة للأجهزة المتصلة بها.

يمكن تحقيق إطالة عمر البطارية عن طريق تجنب التفريغ العميق والحفاظ على درجة حرارة باردة للبطارية. وعلاوة على ذلك، تعتبر الأجهزة التي تسمح بإيقاف التشغيل مثالية لأن ذلك يساعد في الحفاظ على الطاقة مع إطالة وقت تشغيلها.

موثوقية ممتازة

توفر بطارية الليثيوم بجهد 3 فولت موثوقية ممتازة، مما يجعلها خياراً ممتازاً لمختلف الأجهزة الإلكترونية. فهي شديدة المقاومة للصدمات والاهتزازات والتغيرات في درجات الحرارة وتوفر كثافة طاقة عالية في عبوة صغيرة - ناهيك عن سهولة التعامل معها وعمرها الافتراضي الطويل!

تأتي هذه البطاريات، المعروفة أيضًا باسم بطاريات الليثيوم CR، في طرازات متعددة: CR2032 و CR2477 و CR1225 و CR123. تشمل الاستخدامات الشائعة لها الكاميرات الرقمية والمصابيح اليدوية وأجهزة التحكم عن بُعد، بالإضافة إلى الأجهزة الطبية والإلكترونيات التي تتطلب مصادر طاقة موثوقة. علاوة على ذلك، يمتد عمرها الافتراضي حتى عشر سنوات.

تتميز بطاريات الليثيوم CR بمعدلات تفريغ ذاتي منخفضة للغاية، مما يجعلها مناسبة لتوفير إمدادات وافرة من التيار لفترات قصيرة. علاوةً على ذلك، يسمح نطاق درجة حرارة تشغيلها بالأداء الفعال في جميع البيئات التي تتراوح من ظروف الطقس البارد الشديد إلى نطاقات درجات الحرارة المحيطة الواسعة - مما يجعلها حلاً اقتصاديًا وموثوقًا للتطبيقات بما في ذلك ومضات الكاميرا الرقمية والساعات والمصابيح اليدوية وأجهزة التحكم عن بُعد والألعاب وغيرها الكثير.

ويعتمد أداء البطارية على مجموعة متنوعة من العوامل، مثل سرعة الشحن وعمق التفريغ ودرجة حرارة التخزين ومعدل تضاؤل السعة. تميل درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع فقدان السعة بسرعة أكبر من البيئات الأكثر برودة. لتحسين أداء بطارية الليثيوم وزيادة طول العمر والأداء مع مرور الوقت، من الضروري أيضًا استخدام إجراءات الشحن المناسبة.

لتحقيق أقصى قدر من الأداء من بطارية الليثيوم الخاصة بك، تأكد من تخزينها في درجة حرارة الغرفة وبعيداً عن أشعة الشمس المباشرة. من الضروري أيضاً أن تستثمر في شاحن عالي الجودة، لأن ذلك سيطيل عمرها الافتراضي مع تحسين عمليات الشحن وتجنب الشحن الزائد للبطارية في الوقت نفسه.

نطاق واسع لدرجات الحرارة

تتميز بطاريات الليثيوم بنطاق واسع لدرجات الحرارة يسمح لها بتشغيل الأجهزة المحمولة في بيئات متنوعة، مما يوفر إمدادات طاقة موثوقة وطويلة الأمد. كما يعمل نطاق درجات الحرارة الواسع على إطالة عمر البطارية من خلال منع الهروب الحراري والتدهور الناجم عن الحرارة الزائدة.

تعمل بطاريات الليثيوم بفعالية أكبر في درجات حرارة تتراوح بين 15 إلى 35 درجة مئوية، حيث يعمل نطاق درجة الحرارة هذا على تحسين الأداء مع تقليل معدلات التفريغ الذاتي والمخاطر في الوقت نفسه. تقوم أنظمة إدارة البطاريات بمراقبة درجات حرارة الخلايا والتحكم فيها ضمن نطاق درجة الحرارة هذا؛ كما يجب أن توفر مرافق تخزين البطاريات مواقع مظللة باردة وبيئات يتم التحكم في مناخها من أجل الحفاظ على درجة حرارة التشغيل المثلى هذه لأغراض تخزين البطاريات.

بطاريات الليثيوم محصنة نسبيًا ضد درجات الحرارة المتجمدة، ولكن هذا لا يعني أنه يجب شحنها في درجات الحرارة هذه. يمكن لدرجات الحرارة المتجمدة أن تتلف المكونات الداخلية وتقلل من سعتها؛ ولهذا السبب من الأفضل تخزين البطاريات بالقرب منك أو في علب مجهزة بسخانات لتجنب التجمد تماماً.

تواجه بطاريات الليثيوم انخفاضًا سريعًا في الأداء عند درجات حرارة أقل من -40 درجة مئوية بسبب انخفاض انتشار الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية وواجهة الإلكتروليت، وكذلك واجهة القطب الكهربائي/الإلكتروليت. كما لوحظ سلوك مماثل في بطاريات ثاني أكسيد النيكل والمنغنيز وبطاريات حمض الرصاص. وللتخفيف من حدة هذه المشكلة، ابتكر المصنعون علب بطاريات قادرة على تنظيم درجة الحرارة أثناء الشحن بمعدلات C منخفضة جداً - تسمح هذه العلب بالشحن في درجات حرارة منخفضة جداً ولكن بمعدلات C منخفضة لأغراض الشحن.

تكلفة عالية

لقد أصبحت بطاريات الليثيوم شائعة بشكل متزايد لتشغيل الأجهزة الإلكترونية نظراً لعمرها الطويل ومعدلات شحنها السريعة، إلا أن هناك عدة عوامل قد تقلل من عمرها الافتراضي، مثل التخزين في درجات حرارة عالية مما قد يؤدي إلى تدهور فيزيائي وكيميائي لهذه البطاريات. لذلك من الضروري أن يتم تخزينها بعيداً عن أشعة الشمس المباشرة في أماكن باردة وجافة للحصول على أقصى عمر افتراضي.

يعتمد العمر الافتراضي لبطارية الليثيوم بشكل أساسي على عمق التفريغ (DOD) ومعدل الشحن ومواصفات رقم دورة المصنعين. سيؤدي خفض DOD عن طريق التفريغ إلى ما لا يزيد عن 80% إلى إطالة عمر البطارية؛ ويمكن أن يؤدي تجاوز هذا الحد إلى انخفاضه بشكل كبير.

لقد تفوقت تكنولوجيا أيونات الليثيوم بسرعة على أسواق بطاريات حمض الرصاص التقليدية بسبب كثافة الطاقة الفائقة والتكلفة المنخفضة وميزات السلامة. وعلاوة على ذلك، تمتلك أيونات الليثيوم طاقة محددة عالية للغاية، مما يعني أنه يمكن توفير طاقة أكبر في عبوات أصغر من أي كيميائيات أخرى.

قد تكلّف بطاريات الليثيوم أيون في البداية تكلفة أعلى في البداية، ولكن توفيرها على المدى الطويل يجعلها تستحق الاستثمار فيها. إنها رائعة لإعدادات الطاقة الشمسية، ومعدات العمل وقوارب القوارب على حد سواء، ولكنها لا توفر مصدر طاقة غير متقطع ويمكن أن تنفد بسرعة في التطبيقات عالية الاستهلاك.

من الطرق الفعالة لزيادة العمر الافتراضي لبطارية الليثيوم هي الاستخدام المنتظم وإعادة الشحن. ومن المهم أيضًا الحفاظ على بيئة درجة حرارة ثابتة، لأن ذلك سيمنع تدهورها المبكر ويقلل من عمر الدورة. علاوة على ذلك، احتفظ بها في مكان بارد عند عدم استخدامها.