علت کاهش ظرفیت و انفجار باتری چیست؟

ویکی پی جی/ باتری‌های لیتیوم یونی هم مثل دیگر انواع باتری به مرور زمان ظرفیت مفید خود را از دست می‌دهند. قبلاً در بررسی باتری‌های لیتیوم یونی و نحوه‌ی شارژ صحیح به این نتیجه رسیدیم که دمای کارکرد پایین‌تر و پرهیز از شارژ کامل و خالی شدن کامل، به افزایش عمر باتری کمک می‌کند ولیکن همیشه ظرفیت باتری در حال کاهش است. مشکل اینجاست که در گذر زمان، در اطراف کاتد واکنش ایده‌آلی که انتظارش را داریم رخ نمی‌دهد. واکنش برگشت‌ناپذیر و به خصوص استفاده‌ی ناصحیح عاملی است که کاتد را فرسوده می‌کند. البته باتری‌ها به مدار کنترل دشارژ تجهیز می‌شوند تا از دشارژ عمیق جلوگیری شود.
اما علت انفجار چیست؟ پدیده‌ای که کمتر اتفاق می‌افتد اما به هر حال مهم و خطرناک است. فرض کنید گوشی در دست کاربر و کنار گوش او باشد، آتش گرفتن ناگهانی بسیار خطرناک است. نکته این است که لیتیوم از عناصر فعال گروه یک جدول تناوبی عنصرهاست. شاید دیده باشید که دو هم گروه لیتیوم یعنی سدیم و پتاسیم، وقتی روی سطح آب می‌افتند، چه واکنش شدیدی نشان می‌دهند، کار به آتش گرفتن و پرتاب شدن تکه‌های پتاسیم به بیرون ظرف هم می‌کشد! دقیقاً به همین علت است که الکترولیت باتری‌های لیتیوم یونی باید عاری از آب باشد. الکترولیت معمولاً محلول یکی از نمک‌های لیتیوم در حلالی آلی است.
مشکل از جایی شروع می‌شود که غشای بسیار باریکی که در ویدیوی فوق از آن صحبت شد، در حد بسیار کمی آسیب دیده است.
فرسایش کاتد عامل کاهش ظرفیت باتری است و آسیب دیدن غشای باریک درون الکترولیت، عامل آتش گرفتگی و انفجار
غشا برای جدا کردن دو بخش باتری به کار رفته لذا یک آسیب هر چند کوچک، باعث می‌شود که درون باتری پدیده‌ی اتصال کوتاه اتفاق بیافتد. شاید اتصال کوتاه سیم‌های برق منزل را دیده باشید، جرقه و گرمای زیاد محصول آن است. اما در باتری لیتیوم یونی، تولید گرمای زیاد در داخل باتری، پایان کار نیست، گرمای تولید شده مسبب واکنش‌های بعدی که گرمازا هستند می‌شود و در یک زمان نسبتاً کوتاه، متوجه می‌شوید که باتری آتش گرفته و حتی منفجر می‌شود.
در عمل به محض اینکه متوجه بلند شدن دود شدید، گوشی، لپ‌تاپ یا باتری ربات خود را سریعاً به گوشه‌ای پرتاب کنید چرا که نمی‌توان جلوی آتش گرفتن آن را گرفت. از تجربه‌ی شخصی خودم برایتان بگویم، جدا کردن شارژر از باتری در حال شارژ، دردی دوا نمی‌کند! باتری سریعاً و در عرض چند ثانیه به مرحله‌ی آتش گرفتگی می‌رسد! البته اگر زود متوجه دود آن شده باشید، شاید بتوانید گوشی و لپ‌تاپ خود را از مرگ نجات دهید.
پیشگیری بهتر از درمان است، لذا اگر متوجه برآمدگی بیش از حد باتری شدید، بهتر است گوشی و لپ‌تاپ خود را به خطر نیاندازید و باتری را تعویض نمایید
دشارژ بسیار خوب باتری‌های لیتیوم یون
اگر قطب مثبت را با یک سیم نازک به قطب منفی متصل کنید، سریعاً سیم ذوب می‌شود! علت جریان بسیار بالایی است که از آن عبور می‌کند. نرخ دشارژ باتری‌های لیتیوم پلیمری به صورت 1C یا 2C بیان می‌شود. هر چه عدد مربوطه بالاتر باشد، سرعت دشارژ هم بیشتر است.
به عنوان مثال فرض کنید شما هم به ساختن یک کوآدکاپتر نسبتاً سنگین علاقه‌مند شده‌اید. باتری‌های قلمی احتمالاً جوابگوی مسأله نیستند چرا که جریان الکتریکی کمی فراهم می‌کنند. به اصطلاح آمپر کمی دارند.
تعریف دقیق C-rate یا نرخ دشارژ 1C این است که یک باتری با جریانی برابر با ظرفیت خود به مدت 1 ساعت دشارژ می‌شود. مثلاً یک باتری 1000 میلی‌آمپر ساعتی در شرایط ایده‌آل قادر است جریانی 1000 میلی‌آمپر را به مدت 1 ساعت تأمین کند. باتری 3000 میلی‌آمپر ساعتی یک گوشی یا تبلت هم اگر با نرخ دشارژ 2C دشارژ شود، قادر است جریان 6000 میلی‌آمپرساعتی را در مدت زمان 30 دقیقه فراهم آورد.
طبق معمول ولتاژ سلول هم با خالی شدن آن کاهش می‌یابد که در نمودار فوق مشاهده می‌کنید.
لیتیوم یون انرژی زیادی به نسبت وزن خود ذخیره می‌کند
باتری‌های معمولی NiMH یا نیکل متال هیدرید، نرخ دشارژی بین 1.1 تا 2.8 ظرفیت خود دارند. بنابراین با در نظر گرفتن ولتاژ 1.2 ولتی خود، توانی معادل 8.4 وات( 2.8 در 2500 میلی‌آمپر در 1.2 ولت)، حداکثر چیزی است که از یک باتری شارژی نیکل متال هیدرید انتظار داریم. اما در مورد لیتیوم یون، یک سلول 2000 میلی‌آمپرساعتی که شاید وزن کمتری هم داشته باشد، توان مفیدی برابر با 14.4 وات را در اختیارمان قرار می‌دهد. با این توان، چرخاندن سریع روتورهای چهار موتور براشلس که روی کوآدکاپتر تعبیه شده، کار مشکلی نیست.



منبع: