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 |
|
หมายเหตุอื่นๆ |
|
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 |
|
อื่นๆ |
|
- 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