مقارنة بين بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم

تُخلَط بطاريات الليثيوم وبطاريات الليثيوم-أيون غالبًا لأن أسمائها تتشابه جدًّا في النطق، لكنها ليست متطابقة.

وبصورة مبسَّطة، فإن بطارية الليثيوم تشير عادةً إلى بطارية أولية غير قابلة لإعادة الشحن، بينما بطارية الليثيوم-أيون قابلة لإعادة الشحن ومصمَّمة لدورات شحن وتفريغ متكرِّرة.

وهذا الفرق يؤثِّر في طريقة عمل البطارية ومدَّة عمرها ومجالي استخدامها وكيفية التعامل معها.

فعلى سبيل المثال، تكون بطارية الـCR2032 في مفتاح السيارة عادةً بطارية ليثيوم أحادية الاستخدام، أما البطارية الموجودة داخل الهاتف الذكي أو الحاسوب المحمول أو الطائرة المسيرة أو الأداة الكهربائية فهي عادةً بطارية ليثيوم-أيون قابلة لإعادة الشحن.

إذن أيُّ نوعٍ يجب أن تختار؟ يعتمد ذلك على طريقة استخدام الجهاز.

ويوضِّح هذا الدليل أبرز الاختلافات بين بطاريات الليثيوم وبطاريات الليثيوم-أيون، بما في ذلك التركيب الكيميائي وإمكانية إعادة الشحن وكثافة الطاقة وعمر الخدمة والتطبيقات والسلامة والأثر البيئي.

ما هي البطارية الليثيومية؟

والمصطلح «بطارية الليثيوم» يشير عادةً إلى بطارية ليثيوم أولية.

هذه البطاريات مُصمَّمة لتوفير الطاقة حتى تنفد طاقتها المخزَّنة. وبعد ذلك، تُستبدَل بدلًا من إعادة شحنها.

ومن أبرز مزاياها طول مدة التخزين. فكثيرٌ من بطاريات الليثيوم الأولية تتمتَّع بمعدل منخفض جدًّا للاستنزاف الذاتي، ما يعني أنها يمكن أن تبقى دون استخدام لفترة طويلة جدًّا، ومع ذلك تقدِّم طاقةً موثوقةً عند الحاجة إليها.

الأنواع الشائعة تشمل:

• بطاريات الليثيوم-أكسيد المنغنيز، مثل CR2032
• بطاريات الليثيوم-كبريتيد الحديد
• بطاريات ليتيم ثيونيل كلوريد
• خلايا ليثيوم أولية متخصصة أخرى

توفر خلية الليثيوم القرصية النموذجية جهدًا يبلغ نحو ٣ فولت، ما يجعلها مناسبةً للأجهزة الصغيرة مثل مفاتيح السيارات والآلات الحاسبة والميزان الإلكتروني والساعات وأجهزة القياس وأجهزة الاستشعار.

توفر شركة Tcbest أنواعًا مختلفة من بطاريات الليثيوم الأولية للإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة الذكية وأجهزة القياس ومنتجات الأمن والتطبيقات الصناعية.

ما هي بطارية الليثيوم-أيون؟

تعمل بطاريات الليثيوم-أيون بشكل مختلف لأنها مُصمَّمة لتكون قابلة لإعادة الشحن.

أثناء الشحن والتفريغ، تتحرك أيونات الليثيوم بين الإلكترود الموجب والإلكترود السالب. وتسمح هذه العملية القابلة للعكس باستخدام البطارية مرارًا وتكرارًا.

تشمل خلية الليثيوم-أيون النموذجية ما يلي:

• إلكترود موجب
• إلكترود سالب، غالبًا ما يكون من الجرافيت
• المحلول الكهروlyte
• جهاز الفصل
• جمع التيار
• مكونات واقية

كما تحتوي العديد من حزم بطاريات الليثيوم-أيون على نظام إدارة البطاريات (BMS) لمراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة وظروف التشغيل الأخرى.

تُستخدم بطاريات الليثيوم-أيون عادةً في:

• الهواتف الذكية
• أجهزة الكمبيوتر المحمولة
• أجهزة البلوتوث
• أدوات الطاقة
• الطائرات بدون طيار
• الدراجات الكهربائية
• محطات الطاقة المحمولة
• أنظمة تخزين الطاقة
• السيارات الكهربائية

وتوفّر شركة تي سي بيست أيضًا خلايا ليثيوم-أيون وحزم بطاريات مخصصة للتطبيقات التي تتطلب طاقة قابلة لإعادة الشحن وتكوينات بطاريات مرنة.

الفرق الرئيسي بين بطارية الليثيوم وبطارية الليثيوم-أيون

أسهل طريقة لفهم الفرق هي:

بطارية الليثيوم: عادةً غير قابلة لإعادة الشحن

بطارية الليثيوم-أيون: قابلة لإعادة الشحن

تم تصميم بطارية الليثيوم الأولية لتوفير الطاقة المخزَّنة فيها مرة واحدة فقط.

تم تصميم بطارية الليثيوم-أيون لتتعرَّض لدورات شحن وتفريغ متكرِّرة.

على سبيل المثال، قد تدوم بطارية CR2032 في مفتاح السيارة عدة سنوات قبل استبدالها. أما بطارية الهاتف الذكي فقد تحتاج إلى الشحن تقريبًا كل يوم.

كلا نوعي البطاريات مفيدان، لكنهما مُصمَّمان لتطبيقات مختلفة جدًّا.

كيف تعمل بطارية الليثيوم؟

عندما تُشغِّل بطارية ليثيوم أولية جهازًا ما، تحدث تفاعل كيميائي داخل الخلية.

وتتدفَّق الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية لتوفير الطاقة الكهربائية، بينما تتحرك الأيونات عبر الإلكتروليت داخل البطارية.

وباستمرار التفريغ، تستهلك المواد الفعَّالة تدريجيًّا.

بمجرد استهلاك الطاقة المخزَّنة، لا يمكن للبطارية أن تعود بأمانٍ إلى حالتها الأصلية.

لهذا السبب لا ينبغي شحن بطاريات الليثيوم الأولية مجددًا.

محاولة شحن بطارية ليثيوم غير قابلة لإعادة الشحن قد تتسبب في تسرب أو ارتفاع درجة الحرارة أو تراكم الضغط الداخلي أو حتى اشتعال النار.

تحقَّق دائمًا من ملصق البطارية قبل شحنها.

كيف تعمل بطارية الليثيوم-أيون؟

تستخدم بطاريات الليثيوم-أيون عملية عكسية.

عند شحن البطارية، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب.

وعندما توفر البطارية الطاقة لجهاز ما، تعود هذه الأيونات نحو القطب الموجب.

يمكن تكرار هذه الحركة مرات عديدة.

ومع ذلك، فإن بطاريات الليثيوم-أيون لا تدوم للأبد.

مع كل دورة شحن وتفريغ، تحدث تغيّرات فيزيائية وكيميائية صغيرة داخل الخلية. وبمرور الوقت، قد يزداد المقاومة الداخلية وقد تنقص السعة المتاحة.

قد تلاحظ هذا الأمر في بطارية هاتف قديم. فعندما كان الهاتف جديدًا، كان الشحن الواحد يدوم طوال اليوم. وبعد عدة سنوات، قد يحتاج إلى الشحن بشكلٍ أكثر تكرارًا.

البطارية ما زالت تعمل، لكنها تخزن طاقة أقل مما كانت عليه سابقًا.

أيُّهما كثافة طاقته أعلى؟

يمكن لكلٍّ من بطاريات الليثيوم الأولية وبطاريات الليثيوم-أيون أن توفر كثافة طاقة عالية، لكن مزايا كلٍّ منهما تختلف.

تُعرف بطاريات الليثيوم الأولية بما يلي:

• مدة صلاحية طويلة
• انخفاض في إفرازات الذات
• طاقة مخزَّنة عالية للاستخدام لمرة واحدة

وهذا يجعلها مناسبة للأجهزة التي تحتاج إلى العمل لفترات طويلة دون استبدال البطارية بشكل منتظم.

وتُعرف بطاريات الليثيوم-أيون بأنها تجمع بين كثافة الطاقة العالية وإمكانية إعادة الشحن.

وهذا يجعلها مثالية للإلكترونيات المحمولة والمعدات ذات الاستخدام الكثيف.

لذلك، ليس من المفيد دائمًا أن نسأل أي نوعٍ يمتلك «كثافة طاقة أعلى».

وسؤالٌ أفضل هو ما إذا كانت الأداة بحاجةٍ إلى طاقة انتظار طويلة الأمد أو شحنٍ متكرر.

عمر البطارية وعمر الدورة

أما بالنسبة للبطاريات الليثيومية الأولية، فيهتم المستخدمون عادةً بعمر التشغيل وعمر التخزين.

قد تعمل بطارية ليثيومية في مستشعر منخفض القدرة لعدة سنوات، وذلك حسب نوع الجهاز وظروف التشغيل.

أما بالنسبة لبطاريات الليثيوم-أيون، فإن عمر الدورة يكون أكثر أهمية.

ويمثل دورة البطارية عمومًا ما يعادل استخدام ١٠٠٪ من سعة البطارية.

فعلى سبيل المثال، استخدام ٥٠٪ من سعة البطارية اليوم و٥٠٪ أخرى غدًا يعادل تقريبًا دورةً كاملة واحدة.

ويتوقف عمر الدورة الفعلي على ما يلي:

• تركيبة البطارية
• درجة الحرارة
• جهد الشحن
• تيار الشحن
• تيار التفريغ
• عمق الاستهلاك
• ظروف التخزين
• جودة البطارية

تُعَدّ درجات الحرارة المرتفعة إحدى الأسباب الرئيسية لتقدُّم عمر البطارية بشكل أسرع.

كما أن التفريغ العميق المتكرر، وزيادة جهد الشحن بشكل مفرط، والأحمال الثقيلة قد تقلل أيضًا من عمر البطارية.

أما بالنسبة لحزم البطاريات المُخصصة، فإن جودة الخلايا، وتصميم نظام الحماية، وتناسق الخلايا مع بعضها بعنايةٍ تامةٍ أمورٌ بالغة الأهمية أيضًا.

يمكن لشركة Tcbest تصميم حزم بطاريات ليثيوم مخصصة وفقًا لمتطلبات الجهد والسعة والحجم والتيار ونوع الموصل ونظام الحماية.

أين تُستخدَم بطاريات الليثيوم؟

تناسب البطاريات الليثيومية الأولية الأجهزة التي تحتاج إلى وقت انتظار طويل ولا تتطلب شحنًا دوريًّا.

وتشمل التطبيقات الشائعة ما يلي:

• مفاتيح سيارات
• ساعات
• موازين إلكترونية
• آلات الحساب
• أمتار ذكية
• أجهزة استشعار أمنية
• أجهزة المراقبة عن بُعد
• كاميرات
• المعدات الطبية
• أنظمة الذاكرة الاحتياطية

مفتاح السيارة مثالٌ جيدٌ على ذلك.

إذ إن استهلاكها للطاقة ضئيلٌ جدًّا، لذا فإن إضافة منفذ شحن سيجعل التصميم أكثر تعقيدًا مما هو ضروري.

بطارية ليثيوم صغيرة على شكل قطعة نقدية هي حلٌّ أبسط بكثير.

ينطبق الأمر نفسه على أجهزة الاستشعار عن بُعد التي قد تعمل لسنوات دون صيانة دورية.

أين تُستخدم بطاريات الليثيوم-أيون؟

تتناسب بطاريات الليثيوم-أيون بشكل أفضل مع المنتجات التي تُستخدَم بشكل متكرر.

ومن الأمثلة الشائعة نجد:

• الهواتف الذكية
• أجهزة الكمبيوتر المحمولة
• الإلكترونيات اللاسلكية
• الدراجات الكهربائية
• أدوات الطاقة
• الطائرات بدون طيار
• تخزين الطاقة المحمولة
• المعدات الصناعية

الهاتف الذكي مثالٌ جيدٌ على ذلك.

استبدال بطارية غير قابلة لإعادة الشحن في كل مرة تنفد فيها طاقة الهاتف سيكون أمراً غير مريحٍ ومكلفاً.

أما بطارية الليثيوم-أيون القابلة لإعادة الشحن فهي أكثر عمليةً بكثير.

وتُعَدّ الطائرات المُسيَّرة تطبيقاً شائعاً آخر.

ويجب أن تكون بطاريات الطائرات المُسيَّرة خفيفة نسبياً مع القدرة على توصيل تيارٍ عالٍ. وحسب التصميم، قد تستخدم الطائرات المُسيَّرة إما بطاريات ليثيوم-أيون أو بطاريات ليثيوم بوليمر.

تِك بست يمكنها تزويد حلول بطاريات قابلة لإعادة الشحن ومُخصصة حسب الجهد والسعة وتيار التفريغ والأبعاد ونوع الموصل وهيكل حزمة البطارية.

مزايا بطاريات الليثيوم

توفر بطاريات الليثيوم الأولية عدة مزايا مفيدة.

مدة صلاحية طويلة

يمكنها الاحتفاظ بالطاقة لفترة طويلة عند تخزينها بشكل صحيح.

انخفاض في إفرازات الذات

تفقد شحنةً صغيرة نسبيًّا عندما لا تكون قيد الاستخدام.

الحجم المدمج

يمكن لبطاريات الليثيوم توفير طاقة مفيدة في عبوة صغيرة.

مناسبة للأجهزة ذات استهلاك الطاقة المنخفض

وهي مناسبة جدًّا للأجهزة التي تحتاج فقط إلى كميات صغيرة من الطاقة على مدى فترات طويلة.

العيب الرئيسي هو أنها لا يمكن إعادة شحنها عادةً.

وبمجرد نفاد شحنتها، يجب استبدالها.

مزايا بطاريات الليثيوم أيون

تتميَّز بطاريات الليثيوم-أيون بشعبية كبيرة أساسًا لأنها قابلة لإعادة الشحن.

قابل للشحن

يمكن إعادة استخدامها عدة مرات بدلًا من التخلّص منها بعد تفريغٍ واحد.

كثافة الطاقة العالية

تخزّن كميةً مفيدةً من الطاقة دون أن تصبح ثقيلةً جدًّا أو كبيرة الحجم.

إخراج قوي

تستطيع العديد من بطاريات الليثيوم-أيون تزويد المعدات ذات المتطلبات العالية بالتيار الكافي.

تصاميم مرنة

يمكن تصنيعها على هيئة خلايا أسطوانية أو خلايا كيسية أو خلايا منشورية أو حزم بطاريات مخصصة.

وهذا يجعل بطاريات الليثيوم-أيون مناسبةً لمنتجات المصنّعين الأصليين (OEM) التي تختلف أشكالها ومتطلبات طاقتها.

كما يمكن لشركة Tcbest دمج الخلايا مع الأسلاك والموصلات ولوحات الحماية والغلاف الخارجي وفقًا لمتطلبات المشروع.

ما هي العيوب؟

ولكل نوعٍ من هذين النوعين من البطاريات قيودٌ أيضًا.

البطاريات الأولية الليثيومية هي منتجات للاستخدام مرة واحدة فقط. وللأجهزة التي تستهلك البطاريات بشكل متكرر، قد تصبح تكاليف الاستبدال مرتفعة نسبيًّا.

يمكن إعادة استخدام بطاريات الليثيوم-أيون، لكن سعتها تتناقص تدريجيًّا مع مرور الزمن.

كما أنها أكثر حساسية تجاه:

• درجات الحرارة العالية
• شحن مفرط
• التفريغ العميق
• الدوائر القصيرة
• الضرر المادي
• شواحن غير صحيحة

قد تتطلب حزم بطاريات الليثيوم-أيون الأكبر حجمًا أيضًا أنظمة حماية أكثر تقدمًا.

وهذا يعني أن تصميم حزمة البطارية مهمٌ بنفس القدر الذي يهمّه اختيار الخلية المناسبة.

هل بطاريات الليثيوم آمنة؟

البطاريات الأولية القائمة على الليثيوم آمنة عمومًا عند استخدامها بشكل صحيح.

أهم قاعدة هي ألا تُعاد شحن البطاريات المُعلَّمة بأنها غير قابلة لإعادة الشحن.

قد يؤدي شحن بطارية ليثيوم أولية إلى ما يلي:

• تسرب
• ارتفاع درجة الحرارة
• الضغط الداخلي
• الانفجار
• نار

تتطلّب بطاريات العملة اهتمامًا إضافيًّا بسبب حجمها الصغير.

احفظها بعيدًا عن متناول الأطفال وتأكد من أنّ أماكن تركيب البطاريات مؤمنة بشكلٍ سليم.

كما يجب أن تبقى البطاريات غير المثبتة بعيدًا عن الأجسام المعدنية مثل المفاتيح والعملات المعدنية والبراغي أو الأدوات، لأن هذه قد تسبب دائرة كهربائية قصيرة.

هل بطاريات الليثيوم-أيون آمنة؟

تُعَدُّ بطاريات الليثيوم-أيون آمنة عمومًا عند استخدامها بشكلٍ صحيح.

مع ذلك، قد تؤدي الأضرار الجسيمة أو سوء الاستخدام إلى حدوث انفلات حراري.

الانفلات الحراري هو تفاعلٌ ذاتي التسخين يحدث بسرعةٍ كبيرةٍ وقد ينتج عنه غازٌ أو دخانٌ أو اشتعال.

تشمل عوامل الخطر ما يلي:

• ارتفاع درجة الحرارة
• شحن مفرط
• قصر دائرة
• التكسير
• يصنع فتحات
• الشحن غير الصحيح
• عيوب جسيمة في الخلايا

لتقليل المخاطر:

• استخدم الشاحن الصحيح
• عدم شحن البطاريات المنتفخة أو التالفة
• تجنب الحرارة العالية
• عدم ثقب البطارية أو سحقها
• إيقاف استخدام البطاريات التي تصبح ساخنةً بشكلٍ غير معتاد
• حماية أطراف البطاريات الاحتياطية
• اتبع تعليمات الشركة المصنعة

أما بالنسبة لحزم البطاريات، فيمكن أن يساعد نظام إدارة البطاريات (BMS) المناسب أو دائرة الحماية في رصد حالات الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد وغيرها من الظروف غير الطبيعية.

أي بطارية أفضل للبيئة؟

كلا نوعَي البطاريات يؤثران على البيئة.

استخراج المواد الأولية، والتصنيع، والنقل، والاستخدام، والتخلُّص منها يستهلك الموارد جميعًا.

قد تدوم البطاريات الليثيومية الأولية مدةً طويلةً في التطبيقات منخفضة القدرة، لكنها ما زالت ذات استخدام لمرة واحدة.

يمكن شحن بطاريات الليثيوم-أيون مرارًا وتكرارًا، مما قد يقلل عدد البطاريات المستهلكة في المنتجات المستخدمة بكثرة.

مع ذلك، لا تزال البطاريات القابلة لإعادة الشحن بحاجةٍ إلى إعادة تدويرٍ سليمةٍ عند انتهاء عمرها الافتراضي.

الخيار الأفضل يعتمد على التطبيق المُراد استخدامه فيه.

قد تكون البطارية الليثيومية الأولية أكثر ملاءمةً لمُستشعرٍ يحتاج إلى العمل لسنواتٍ عديدة.

أما الجهاز المستخدم يوميًّا فهو عادةً أكثر ملاءمةً لبطاريات الليثيوم-أيون.

وفي كلا الحالتين، يجب إرسال البطاريات المستعملة إلى مرافق الجمع أو إعادة التدوير المناسبة بدلًا من التخلُّص منها بشكل عشوائي.

الليثيوم أم بطاريات الليثيوم-أيون: أيهما تختار؟

ابدأ بالنظر في كيفية استخدام جهازك.

اختر بطارية ليثيوم أولية عندما تحتاج إلى:

• وقت انتظار طويل
• انخفاض في إفرازات الذات
• الحجم المدمج
• صيانة قليلة أو معدومة
• لا حاجة لشحن منتظم

اختر بطاريات الليثيوم-أيون عندما تحتاج إلى:

• إمكانية إعادة الشحن
• للاستخدام المتكرر
• إخراج قوة أعلى
• تخزين طاقة خفيف الوزن
• خيارات حزم بطاريات مخصصة

قبل اختيار البطارية، فكّر في الجهد، والسعة، وتيار التفريغ، والحجم، ودرجة حرارة التشغيل، وأسلوب الشحن، والعمر الافتراضي المتوقع.

في حالة منتجات المصنّعين الأصليين، لا يقتصر اختيار البطارية على تحديد سعة معينة فقط.

كما يجب أن تكون البطارية متوافقة مع المنتج، وتوفّر طاقة كافية، وتتناسب مع الشاحن، وتستخدم الموصل المناسب، وتشمل حماية مناسبة.

توفر شركة تي سي بيست بطاريات قياسية بالإضافة إلى حزم بطاريات ليثيوم-أيون مخصصة لتطبيقات الإلكترونيات الاستهلاكية، والطائرات المسيرة، والأجهزة الذكية، والمعدات الصناعية، وأنظمة تخزين الطاقة.

الخاتمة

قد يبدو مصطلحا «البطاريات الليثيومية» و«بطاريات الليثيوم-أيون» متشابهين، لكنهما مصممان لأغراض مختلفة.

عادةً ما تكون البطاريات الليثيومية الأولية غير قابلة لإعادة الشحن، وهي خيار جيد للأجهزة ذات استهلاك الطاقة المنخفض الذي يتطلب عمرًا افتراضيًّا طويلًا في التخزين وانخفاضًا في فقدان الشحنة الذاتي.

أما بطاريات الليثيوم-أيون فهي قابلة لإعادة الشحن، وهي أكثر ملاءمةً للأجهزة التي تُستخدم بشكل متكرر، مثل الهواتف الذكية وأجهزة الحاسوب المحمولة والطائرات المسيرة والأدوات الكهربائية ومعدات تخزين الطاقة.

إن أفضل بطارية ليست بالضرورة تلك التي تمتلك أعلى سعة أو كثافة طاقة.

بل هي البطارية التي تتناسب تمامًا مع التطبيق الفعلي.

عند اختيار البطارية، فكّر في الجهد والسعة والتيار والأبعاد وطريقة الشحن والبيئة التشغيلية والعمر الافتراضي المتوقع.

بالنسبة للبطاريات القياسية أو حلول البطاريات القابلة لإعادة الشحن المُخصصة، يمكن لشركة تي سي بيست توفير خدمة اختيار البطاريات وتخصيص حزم البطاريات استنادًا إلى متطلبات التطبيقات المختلفة.

اتّبع دائمًا تعليمات الشركة المصنِّعة، ولا تحاول أبدًا إعادة شحن بطارية مُعلَّمة بأنها غير قابلة لإعادة الشحن، وقم بإعادة تدوير البطاريات المستعملة بطريقة مسؤولة.

تتشابه أسماء بطاريات الليثيوم وبطاريات الليثيوم-أيون، لكن بينهما فروقٌ جوهرية. فبطاريات الليثيوم أحادية الاستخدام وغير قابلة لإعادة الشحن، وهي مناسبة للأجهزة ذات استهلاك الطاقة المنخفض. أما بطاريات الليثيوم-أيون فهي قابلة لإعادة الشحن ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب استخدامًا متكررًا مثل الهواتف الذكية والمركبات الكهربائية. اختر النوع المناسب بناءً على احتياجات الاستخدام ومتطلبات الطاقة.