Lithium แรงดันเซลล์มีกี่โวลต์

แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน (Lithium Ion Batteries)

จุดเริ่มต้นของแบตเตอรี่ชนิดลิเธียม มาจากการวิจัยในปี 1912 แต่กว่าจะออกมาเป็นแบตเตอรี่ให้ได้ใช้กันจริงๆ ก็เป็นปี 1970 ซึ่งตอนนั้นก็เป็นชนิดใช้ครั้งเดียวทิ้ง หรือที่เรียกว่า ไพรมารีเซลล์ (Primary Cell) ลิเธียม เป็นโลหะที่เบาที่สุด ให้แรงดันไฟฟ้าสูงที่สุด และยังมีความหนาแน่นพลังงานสูงที่สุดในน้ำหนักที่เท่ากัน

การนำโลหะลิเธียมมาใช้ในแบตเตอรี่ ในระยะแรกของการวิจัย พบปัญหาในเรื่องของความปลอดภัย มันไวต่อปฏิกิริยาเคมีมากๆ (ระเบิด!) โดยเฉพาะในขณะชาร์จไฟ ต่อมา จึงได้เปลี่ยนจากการใช้ลิเธียมในรูปของโลหะ มาเป็นรูปของไอออน แทน ซึ่งมีความปลอดภัยกว่า ในปี 1991 บริษัทโซนีเป็นผู้นำแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออนออกสู่ตลาดเป็นรายแรก

ความหนาแน่นพลังงานของเซลลิเธียมไอออน มีค่าสูงกว่าเซลชนิดนิเกิลแคดเมียม 2 เท่า เนื่องด้วยมีแรงดันที่มากกว่า และข้อดีตรงแรงดันที่สูงนี้เอง ปัจจุบันนี้ เซลในแพคแบตเตอรี่จึงใช้เพียงแค่เซลเดียวก็สามารถให้พลังงานกับโทรศัพท์มือถือได้อย่างเพียงพอ นอกจากนี้ยังไม่มีปัญหาเรื่องความจำของแบตเตอรี่ จึงไม่ต้องมีการ “ล้างแบตเตอรี่” หรือการใช้แบตเตอรี่ให้หมดเกลี้ยงประมาณเดือนละครั้ง อย่างที่ต้องทำในแบตเตอรี่ชนิดนิเกิลเมทัลไฮไดรต์ และนิเกิลแคดเมียม

แต่อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมก็มีข้อจำกัด คือ เสียหายได้ง่าย ถ้าใช้งานไม่ถูกวิธี จึงจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันประกอบอยู่ในแพคแบตเตอรี่ เพื่อให้แบตเตอรี่ทำงานอยู่ในช่วงที่ปลอดภัย วงจรป้องกันจะจำกัดแรงดันสูงสุดของเซลขณะชาร์จ รวมทั้งป้องกันไม่ให้มีการใช้งานจนแรงดันต่ำลงจนเกินไป และป้องกันการลัดวงจร แรงดันที่ต่ำเกินไป สูงเกินไป และกระแสไหลที่สูงผิดปกติ เช่นการลัดวงจร ทำให้เซลลิเธียมสูญเสียความจุ หรือเสียหายเป็นการถาวร นอกจากนี้ ยังมีการวัดอุณหภูมิ เพื่อป้องกันไม่ให้มีการใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือต่ำผิดปกติ

ผู้ผลิตเซลแบตเตอรี่ มักไม่พูดถึงเรื่องอายุการใช้งานเลย แต่ตามปกติแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสูญเสียความจุบางส่วนให้เป็นที่สังเกตได้เมื่อผ่านระยะเวลาไปประมาณ 1 ปี ไม่ว่าจะใช้งานมันหรือไม่ก็ตาม และก็จะใช้ไม่ได้หลังจากผ่านไป 2 หรือ 3 ปี

ถ้าต้องเก็บแบตเตอรี่เป็นเวลานาน การเก็บในที่เย็นจะชะลอการเสื่อมของแบตเตอรี่ทุกชนิดลงได้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่แนะนำว่า อุณหภูมิการเก็บรักษาแบตเตอรี่ลิเธียมที่ดีอยู่ที่ 15 องศาเซลเซียส และต้องมีไฟประจุอยู่ 40 % (ประมาณ 3.7-3.8 โวลต์)

ประเภท	กลุ่มที่ 2 (กลุ่มแรก Ni-Cad)
ปฏิกริริยาทางเคมี	แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลท์
อุณภูมิในการปฏิบัติการ	4º F ถึง 140º F ( -20º C ถึง 60º C)
เหมาะแก่การใช้งานกับ	มือถือ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์มือถือ (สมาร์ทโฟนนั่นเอง)
แรงดันเริ่มต้น	3.6 & 7.2
ความจุ	แตกต่างกันไป แต่ปกติเป็น 2 เท่าของ Ni-Cad
อัตราการคลายประจุ	น้อย
อายุการใช้งาน	300 – 400 cycles ทุก 100%
อุณภูมิในการชาร์จ	32º F ถึง 140º F (0º C ถึง 60º C)
อายุการเก็บรักษา	สูญเสียประจุน้อยกว่า 0.1% ต่อเดือน
อุณหภูมิในการเก็บ	-4º F ถึง 140º F ( -20º C ถึง 60º C)
การกำจัด	สามารถนำไปรีไซเคิลได้
หมายเหตุอื่นๆ	เหมาะแก่การชาร์จภายในอุปกรณ์มากกว่าการชาณืจภายนอก การผลิตขึ้นมา ถูกจำกัดในรูป สี่เหลี่ยมผืนผ้า เบากว่าแบตเตอรีจำพวกนิกเกิล (Ni-Cad และ NiHM)

ข้อดีของลิเธียมไอออน

ความหนาแน่นพลังงานสูง
ไม่จำเป็นต้องกระตุ้นก่อนใช้ หลังจากเก็บเป็นเวลานาน
มีอัตราการคายประจุตัวเองต่ำ
ไม่ต้องดูแลรักษามาก

ขีดจำกัดของลิเธียมไอออน

จำต้องใช้วงจรป้องกันแรงดันและกระแสให้อยู่ในเขตปลอดภัย
มีการเสื่อมอายุตามเวลาแม้ว่าจะไม่มีการใช้งาน
อัตราการจ่ายกระแสไม่สูงมาก ไม่เหมาะกับงานที่ใช้โหลดหนักๆ

แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมโพลีเมอร์ (Lithium Polymer Batteries)

ลิเธียมโพลีเมอร์ ต่างจากลิเธียมไอออนธรรมดาตรงที่ชนิดของสารอิเลกโตรไลท์ ลิเธียมโพลีเมอร์ ใช้ฟิล์มคล้ายพลาสติกร่วมกับอิเลกโตรไลท์ชนิดเจล แทนที่จะใช้แผ่นเมมเบรนที่มีรูพรุน เป็นตัวส่งผ่านไอออน ลิเธียมโพลีเมอร์ง่ายต่อการผลิต มีความแข็งแรง ปลอดภัย และบาง สามารถทำให้บางได้ถึง 1 มิลลิเมตร สามารถผลิตให้เป็นรูปทรงต่างๆ ได้ตามความต้องการของการใช้งาน

ประเภท	กลุ่มที่ 2
ปฏิกิริยาทางเคมี	แตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลท์
อุณภูมิในการปฏิบัติการ	ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
เหมาะแก่การใช้งานกับ	มือถือ อุปกรณ์คอมพิวเตอร์มือถือ (สมาร์ทโฟนนั่นเอง)
แรงดันเริ่มต้น	3.6 & 7.2
ความจุ	แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแบตเตอรี่
อัตราการคลายประจุ	น้อย
อายุการใช้งาน	300 – 400 cycles
อุณภูมิในการชาร์จ	32º F ถึง 140º F (0º C ถึง 60º C)
อายุการเก็บรักษา	สูญเสียประจุน้อยกว่า 0.1% ต่อเดือน
อุณหภูมิในการเก็บ	-4º F ถึง 140º F ( -20º C ถึง 60º C)
การจัดการ	รีไซเคิลได้
อื่นๆ	เหมาะแก่การชาร์จภายในอุปกรณ์มากกว่าการชาณืจภายนอก เบากว่าแบตเตอรีจำพวกนิกเกิล (Ni-Cad และ NiHM) การผลิต ไม่จำกัดในด้านรูปทรง

สามารถทำให้บางมากๆ ได้ เช่น แบตเตอรี่ขนาดบางเท่าบัตรเครดิต
ไม่จำกัดรูปแบบ ผู้ผลิตไม่จำต้องจำกัดอยู่แค่ขนาดเซลมาตรฐาน ขนาดที่ต้องการสามารถสั่งผลิตได้
น้ำหนักเบา ใช้เพียงห่อแล้วซีลแบบง่ายๆ ไม่ต้องใช้ตัวถังโลหะ
ปลอดภัย รับการชาร์จไฟเกินได้มากกว่า โอกาสของการรั่วของอิเลกโตรไลท์ลดลง

ขีดจำกัดของลิเธียมโพลีเมอร์

ความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า และจำนวนรอบการใช้งานที่ต่ำกว่าลิเธียมไอออนธรรมดา
ราคาแพงกว่า
ไม่มีขนาดมาตรฐานให้เลือก จึงจำต้องสั่งจำนวนมากๆ
อัตราส่วนค่าใช้จ่ายต่อพลังงานที่เก็บได้ มีค่าสูงกว่าลิเธียมไอออน

ข้อเปรียบเทียบการใช้งานระหว่างแบตเตอรี่ทั้ง 2 ชนิด

Lithium Polymerมีการคายประจุช้ากว่า
Lithium Polymer ของเหลวด้านในเป็นเจล ไม่ติดไฟ ปลอดภัย ลดความเสี่ยงเรื่องการระเบิด
Lithium Polmer น้ำหนักเบากว่าที่ความจุเท่ากัน และไม่จำกัดรูปทรงในการผลิต
Lithium Polymer รับการชาร์จไฟเกินได้มากกว่า
Lithium Polymer ไม่จำเป็นต้องกระตุ้นก่อนใช้ หลังจากเก็บเป็นเวลานาน
Lithium Polymer ใช้งานได้ยาวนานกว่าแม้ไม่ได้ใช้งาน ไม่เสื่อมตามกาลเวลา
Lithium Polymer มีอัตราการจ่ายกระแสที่สูงกว่า สามารถใช้งานที่ใช้โหลดหนักๆได้
Lithium Ion มีราคาถูกกว่า
Lthium Ion ใช้ระเวลาในการประจุไฟน้อยกว่า