عندما يتعلق الأمر بالبطاريات القابلة لإعادة الشحن, النيكل هيدريد المعادن (نيمه) تعد البطاريات وبطاريات الليثيوم أيون خيارين شائعين. متى يجب عليك اختيار بطاريات NiMH ومتى يجب عليك اختيار بطاريات Li-ion, وأيهما أفضل, لقد أصبحت هذه موضوعات متكررة للمناقشة.
من ناحية، تُعرف بطاريات NiMH بقدرتها على تحمل التكاليف, أداء مستقر وموثوق. من ناحية أخرى، تحظى بطاريات الليثيوم أيون بشعبية بسبب كثافة الطاقة العالية وعمر الخدمة الطويل.
في هذه المقالة, سوف نستكشف الخصائص الأساسية, المميزات والعيوب, وأداء تطبيق بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون. نأمل أن يساعدك هذا المحتوى في اتخاذ قرار حكيم عند الاختيار.
بطارية NiMH مقابل بطارية ليثيوم أيون, ايهما افضل?
ما هي بطارية نيمه?
بطارية نيمه هي بطارية هيدريد معدن النيكل, والذي يتكون بشكل رئيسي من القطب الموجب, القطب السلبي, المنحل بالكهرباء والحجاب الحاجز. القطب الموجب لبطارية NiMH مصنوع من هيدروكسيد النيكل (في(أوه)2) والمواد الفعالة المختلفة. يتكون القطب السالب لبطارية NiMH من مواد نشطة ومعادن انتقالية. المنحل بالكهرباء في بطاريات NiMH هو محلول هيدروكسيد قلوي, وهو أيضًا وسيلة نقل الأيونات في البطارية. عادة ما يكون الحجاب الحاجز لبطارية NiMH عبارة عن بولي أوليفين غير منسوج, والذي يستخدم لفصل القطب الموجب عن القطب السالب, منع حدوث ماس كهربائي مع السماح للأيونات بالتدفق ذهابًا وإيابًا.
الجهد الاسمي لبطارية NiMH هو 1.2 فولت. التفاعل الكيميائي للشحن والتفريغ هو كما يلي:
القطب الإيجابي: في(أوه)2+أوه-=NiOOH+H2O+e-
سلبي: م + ماء + ه- = مهاب + أوه-
رد الفعل الكلي: في(أوه)2+م = نيوه + م
ملحوظة: م: سبيكة الهيدروجين; قمرة السكن: الهيدروجين الممتز; عملية صيغة التفاعل من اليسار إلى اليمين هي عملية الشحن; عملية صيغة التفاعل من اليمين إلى اليسار هي عملية التفريغ.
عند شحن بطارية NiMH, في(أوه)2 وأوه- عند القطب الموجب يتفاعل لتوليد NiOOH وH2O, وفي نفس الوقت الافراج عن ه- معًا لتوليد MH وOH-, رد الفعل الكلي هو ني(أوه)2 وM لتوليد NiOOH, وسبائك تخزين الهيدروجين لتخزين الهيدروجين. عند تفريغ العكس, MHab يطلق H+, ح+ و أوه- توليد H2O وe-, نيووه, H2O وه- تجديد ني(أوه)2 و أوه-.
ما هي بطارية ليثيوم أيون?
بطارية ليثيوم أيون, تُعرف أيضًا باسم بطارية ليثيوم أيون, يتكون من القطب الموجب, القطب السلبي, المنحل بالكهرباء والحجاب الحاجز, تمامًا مثل بطارية NiMH. هناك الكثير من المواد الكاثودية لبطاريات الليثيوم أيون, وتستخدم المنتجات السائدة في الغالب فوسفات حديد الليثيوم. المادة الفعالة الإيجابية هي بشكل عام منجنات الليثيوم أو كوبالتات الليثيوم, مادة منجنات الليثيوم والنيكل والكوبالت. المادة النشطة السلبية هي بشكل عام الجرافيت, أو الكربون مع بنية مماثلة من الجرافيت. عادة ما يكون المنحل بالكهرباء الخاص ببطارية الليثيوم أيون عبارة عن مذيب كربونات مذاب فيه سداسي فلورو فوسفات الليثيوم. الحجاب الحاجز عبارة عن فيلم بوليمر مصبوب خصيصًا, والتي لها بنية مسامية دقيقة تسمح لأيونات الليثيوم بالمرور بحرية بينما لا تستطيع الإلكترونات ذلك.
يختلف الجهد الاسمي لبطارية الليثيوم أيون اعتمادًا على مادة الكاثود. عند الشحن, التفاعلات الكيميائية هي كما يلي:
رد فعل الأنود: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ سيارة-
رد فعل سلبي: xLi ++ xe-+ 6C → LixC6
أثناء الشحن، يتم فصل أيونات الليثيوم من القطب الموجب وإدخالها في القطب السالب. والعكس صحيح عند التفريغ.
مزايا وعيوب بطارية NiMH
مزايا
1. يتم تصنيع بطاريات NiMH باستخدام أحجام البطاريات الشائعة وهي متوافقة بدرجة كبيرة مع مجموعة واسعة من المعدات.
2. تستخدم بطاريات NiMH مواد أقل نشاطًا في تصنيعها, مما يجعلها مستقرة وآمنة نسبيا. لا تحتاج حزمة البطارية المكونة من بطاريات NiMH إلى نظام إدارة المباني (BMS) اللازم لبطاريات الليثيوم.
3. المواد الخام اللازمة لتصنيع بطاريات NiMH وفيرة نسبيًا, لذا فإن تكلفة تصنيع بطاريات NiMH عادة ما تكون أقل من تكلفة بطاريات الليثيوم أيون.
4. تتطلب بطاريات NiMH القليل من الصيانة, هي أكثر صديقة للبيئة, ولا تخضع لنفس لوائح النقل التي يجب أن تلتزم بها بطاريات الليثيوم أيون عند شحنها.
5. تعتبر بطاريات NiMH مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب تفريغًا عاليًا للتيار وتدفقًا ثابتًا للكهرباء, مثل الأدوات الكهربائية أو ألعاب التحكم عن بعد. توفر بطاريات NiMH طاقة مستقرة وموثوقة, مما يجعلها خيارًا موثوقًا لمثل هذه المعدات.
سلبيات
1. يتم شحن بطاريات NiMH بشكل أبطأ من بطاريات الليثيوم أيون, وبعض بطاريات الليثيوم أيون لها أيضًا وظيفة الشحن السريع.
2. بطاريات NiMH لها تأثير كبير على الذاكرة.
3. بشكل عام، تكون بطاريات NiMH أكثر عرضة للتفريغ الذاتي, مما يعني أنها عرضة لفقدان شحنتها حتى في حالة عدم استخدامها. بالطبع, يمكنك اختيار بطاريات NiMH منخفضة التفريغ الذاتي للتحايل على هذا العيب.
4. تتمتع بطاريات NiMH بدورة حياة أقل من بطاريات الليثيوم أيون. عادةً ما يكون عدد دورات الشحن/التفريغ لبطاريات NiMH منخفضًا, عادة داخل 1000 دورات. عادة ما يكون عمر دورة بطاريات Li-ion أكثر من 2000 دورات.
5. تتمتع بطاريات NiMH بكثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون. وهذا يعني أن بطاريات الليثيوم أيون يمكنها تخزين طاقة أكبر من بطاريات NiMH بنفس الحجم.
مميزات وعيوب بطارية الليثيوم أيون
مزايا
1. يتم شحن بطاريات الليثيوم أيون بشكل أسرع من بطاريات NiMH. يمكن للمستخدمين شحن بطاريات الليثيوم أيون بسرعة, وبالتالي تقليل وقت توقف المعدات بسبب الشحن.
2. بالمقارنة مع بطاريات NiMH, تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بمعدل تفريغ ذاتي أقل. يعد معدل التفريغ الذاتي المنخفض مفيدًا بشكل خاص للتطبيقات التي تحتاج فيها البطارية إلى الاحتفاظ بشحنها لفترة طويلة من الزمن.
3. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بعمر دورة أطول من بطاريات NiMH. وهذا يعني أيضًا عددًا أقل من عمليات استبدال البطارية.
4. إحدى المزايا الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون هي كثافتها العالية للطاقة. يمكن لهذه البطاريات تخزين المزيد من الطاقة لكل وحدة حجم أو وزن, مما يجعلها خيارًا مدمجًا وخفيف الوزن للأجهزة التي تتطلب إمكانية النقل والتشغيل لفترات طويلة. تعتبر كثافة الطاقة العالية هذه مناسبة بشكل خاص لتطبيقات مثل الهواتف الذكية, أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية, حيث الوزن والحجم هما العاملان الرئيسيان.
سلبيات
1. تكلفة بطاريات الليثيوم أيون أعلى من تكلفة بطاريات NiMH. الكوبالت والليثيوم كلاهما من العناصر النادرة, واستخدامها كمواد خام لبطاريات الليثيوم أيون يؤدي إلى ارتفاع أسعار البطاريات. عادة ما تكون عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون أكثر تعقيدًا وتكلفة, مما يزيد أيضًا من تكلفة البطارية.
2. بالمقارنة مع بطاريات NiMH, تعتبر بطاريات الليثيوم أيون أكثر تفاعلًا كيميائيًا وأقل استقرارًا. الأضرار المادية, يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المرتفعة أو الشحن الزائد على بطاريات الليثيوم أيون, والتي يمكن أن تسبب حرائق أو انفجارات. وهذا يتطلب أنظمة أكثر تقدمًا لإدارة البطارية وبروتوكولات الشحن, بالإضافة إلى العناية الإضافية بالتخزين, النقل والاستخدام لضمان التشغيل الآمن والفعال لبطاريات الليثيوم أيون. بالطبع, وستؤدي هذه التدابير الإضافية أيضًا إلى رفع أسعار بطاريات الليثيوم أيون.
الفرق بين بطاريات الليثيوم أيون و NiMH
1. كثافة الطاقة
تتمتع بطاريات الليثيوم أيون عادةً بميزة كثافة الطاقة مقارنة ببطاريات NiMH.
يمكن أن تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى كثافة طاقة تبلغ حوالي 200 واط/كجم, بينما تتمتع بطاريات NiMH عادة بكثافة طاقة تبلغ حوالي 60-120 واط/كجم, مما يعني أن بطاريات الليثيوم أيون يمكنها تخزين ضعف الطاقة التي تخزنها بطاريات NiMH من نفس الحجم والوزن.
إن كثافة الطاقة العالية لبطاريات الليثيوم أيون تجعل من الممكن تطويرها بشكل أصغر, حزم بطاريات أخف لأجهزة مثل الهواتف الذكية, أجهزة الكمبيوتر المحمولة والطائرات بدون طيار. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي يكون فيها الوزن والحجم عاملين رئيسيين.
فضلاً عن ذلك, تعني كثافة الطاقة الأعلى لبطاريات الليثيوم أيون أن بطاريات الليثيوم أيون توفر وقت تشغيل أطول أو وقت تشغيل أطول لكل شحنة من بطاريات NiMH من نفس الحجم والوزن. وهذه ميزة كبيرة للأجهزة التي تتطلب استخدامًا ممتدًا بين عمليات الشحن.
لكن, ستختلف كثافة طاقة البطارية اعتمادًا على الكيمياء المحددة, عملية التصميم والتصنيع المستخدمة من قبل الشركات المصنعة المختلفة. فضلاً عن ذلك, عوامل مثل درجة الحرارة, أنماط الاستخدام, ويمكن أن تؤثر دورات الشحن/التفريغ على الأداء العام وقدرة البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
2. الأداء والكفاءة
من حيث الأداء والكفاءة, تتمتع كل من بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون بخصائصها ومزاياها الفريدة.
تتمتع بطاريات الليثيوم أيون عادةً بميزة على بطاريات NiMH عندما يتعلق الأمر بتوصيل الطاقة. توفر بطاريات الليثيوم أيون خرج طاقة أعلى، وبالتالي فهي أكثر ملاءمة لتطبيقات استهلاك الطاقة العالية مثل السيارات الكهربائية والإلكترونيات عالية الأداء. يرجع إنتاج الطاقة العالي هذا إلى الخصائص الكامنة في كيمياء بطارية أيون الليثيوم, مما يسمح بشكل أسرع, معدلات شحن وتفريغ أكثر كفاءة.
تتميز بطاريات NiMH بتفريغها الحالي العالي. للتطبيقات التي تتطلب تدفقًا ثابتًا للطاقة, تعتبر بطاريات NiMH خيارًا أفضل. توفر بطاريات NiMH طاقة مستقرة وموثوقة حتى في ظل ظروف الحمل الثقيل, والتي قد تكون ميزة في بعض حالات الاستخدام.
من حيث الكفاءة, تعد بطاريات الليثيوم أيون بشكل عام أكثر كفاءة بشكل عام من بطاريات NiMH. عادة ما تكون كفاءة تحويل الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون موجودة 90-95%, مما يعني أن معظم الطاقة المخزنة في البطارية يمكن تحويلها بكفاءة إلى طاقة قابلة للاستخدام للجهاز. في المقابل, عادة ما تكون كفاءة تحويل الطاقة لبطاريات NiMH موجودة 60-80%.
3. يكلف
تعد بطاريات NiMH خيارًا أقل تكلفة من بطاريات الليثيوم أيون. عملية تصنيع بطاريات NiMH بسيطة نسبيًا وغير مكلفة.
لكن, لقد انخفضت تكلفة بطاريات الليثيوم أيون بشكل مطرد في السنوات الأخيرة بسبب التقدم في عمليات التصنيع ووفورات الحجم.. من المتوقع أن تضيق فجوة التكلفة بين بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون بشكل أكبر مع انتشار تكنولوجيا أيونات الليثيوم على نطاق أوسع وزيادة أحجام الإنتاج.
4. تأثير بيئي
المواد الخام المستخدمة في كل من بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون لها تأثيرات بيئية في مرحلتي التعدين والمعالجة. لكن, يعتبر التأثير البيئي لإنتاج بطاريات NiMH بشكل عام أقل مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. وذلك لأن تعدين ومعالجة NiMH بشكل عام أقل استهلاكًا للموارد وله بصمة كربونية أقل.
بالإضافة إلى ذلك, يمكن إعادة تدوير كل من بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون, لكن عمليات إعادة التدوير والبنية التحتية لكلا التقنيتين تختلف اختلافًا كبيرًا.
تعتبر بطاريات NiMH بشكل عام أسهل في إعادة التدوير لأن المواد المستخدمة في صنع بطاريات NiMH متاحة على نطاق أوسع كما أن عملية إعادة التدوير متطورة بشكل أفضل.
تعتبر إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون أكثر صعوبة, مع كيميائها المعقدة التي تتطلب مرافق إعادة التدوير المتخصصة. مع تطور بطاريات الليثيوم أيون, تنفذ الحكومات في جميع أنحاء العالم قواعد وحوافز جديدة لزيادة التكنولوجيا وحجم صناعة إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون. وهذا من شأنه أن يدفع صناعة البطاريات نحو مستقبل أكثر دائرية وأكثر خضرة.
5. طلب
غالبًا ما تُفضل بطاريات الليثيوم أيون للتطبيقات التي تعطي الأولوية لقابلية النقل, كثافة الطاقة, ووقت التشغيل. تسمح كثافة الطاقة العالية الخاصة بها بتطوير حزم بطاريات أصغر حجمًا وأخف وزنًا, مثالية للأجهزة المدمجة وخفيفة الوزن. كما أن أوقات التشغيل الأطول التي توفرها بطاريات الليثيوم أيون تفضل هذه الأنواع من التطبيقات.
تعد بطاريات NiMH مناسبة بشكل أفضل للتطبيقات التي تتطلب تفريغًا عاليًا للتيار أو يمكنها تحمل حزم البطاريات الأثقل والأضخم قليلاً. أدوات كهربائية, ألعاب التحكم عن بعد, وغيرها من الأجهزة التي تتطلب مصدر طاقة مستقرًا يمكن أن تستفيد من قدرة تفريغ التيار العالية لبطاريات NiMH. فضلاً عن ذلك, تعد بطاريات NiMH خيارًا أكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات التي يكون فيها السعر عاملاً مهمًا.
من حيث السلامة, تتطلب بطاريات الليثيوم أيون أنظمة أكثر تطورًا لإدارة البطارية وبروتوكولات الشحن لمنع حدوث مشكلات مثل ارتفاع درجة الحرارة, الشحن الزائد والأضرار المادية. تعد بطاريات NiMH أكثر أمانًا بشكل عام ولا تتطلب نفس أنظمة إدارة البطاريات المعقدة.
اختيار البطارية المناسبة لاحتياجاتك
عند الاختيار بين بطاريات NiMH وبطاريات الليثيوم أيون, ولا يوجد حل واحد يناسب الجميع. سيعتمد القرار على الاحتياجات والمتطلبات المحددة للتطبيق أو الجهاز الذي تقوم بتشغيله. نأمل أن تجد محتوى هذه المقالة مفيدًا, وإذا كان لديك أي أسئلة أخرى, لا تتردد في الاتصال بنا.