عوامل تعیین‌کننده طول عمر یک باتری لیتیوم پلیمری قابل شارژ چیست؟

باتری لیتیوم پلیمری (LiPo) نوعی باتری قابل شارژ است که در دستگاه‌های مصرفی مانند پهپادها و تلفن‌ها استفاده می‌شود. آگاهی از عواملی که می‌توانند موجب خرابی این باتری‌ها شوند برای کاربران و تولیدکنندگان باتری که می‌خواهند عمر باتری را افزایش دهند، ضروری است. حتی باتری‌هایی که از مزایای خوبی نسبت به سایر انواع برخوردارند دارای معایبی هستند که بر عمر مفیدشان تأثیر می‌گذارد. در این مقاله به این موضوع پرداخته شده است که نحوه شارژ مجدد، عمق تخلیه، دما و نحوه نگهداری باتری می‌تواند بر عملکرد باتری لیتیوم پلیمری تأثیر بگذارد.

تأثیر چرخه‌های شارژ و عمق تخلیه

عواملی که بر عمر یک باتری لیتیوم-پلیمر (LiPo) تأثیر می‌گذارند، شامل چرخه شارژ می‌شود. چرخه شارژ به معنای تخلیه کامل باتری از حالت کاملاً پر (100 درصد) تا خالی (0 درصد) است. در عمل، برنامه‌های کاربردی تنها دارای جریان PDC هستند، زیرا تخلیه جزئی اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، اگر یک دستگاه 25 درصد از یک دوچرخه با چهار مرحله کشیدن انرژی استفاده کند، به معنای گذراندن یک چرخه کامل نیست. باتری لیتیوم-پلیمر معمولاً دارای عمری بین 300 تا 500 چرخه است، قبل از اینکه ظرفیت آن به شدت کاهش یابد.

یکی از عوامل اصلی که عمر باتری را تعیین می‌کند، عمق دشارژ پیکربندی (DoD) است. DoD نشان‌دهنده‌ی بخشی از ظرفیت باتری است که قبل از شارژ مجدد مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، یک باتری می‌تواند تا ۵۰ درصد شارژ شود و دوباره به ۵۰ درصد دشارژ گردد که این موضوع منجر به DoDی برابر با ۵۰ می‌شود. آزمایش‌ها بارها و بارها نشان داده‌اند که کاهش DoD می‌تواند عمر باتری را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. یک باتری با DoD ۲۰ درصدی دارای طول عمر چرخه‌ای بسیار بیشتری نسبت به یک باتری با DoD بالاتر است، احتمالاً بیش از دو برابر یک باتری با DoD بالا، مثلاً یک باتری که به طور مکرر تا ۸۰ درصد دشارژ می‌شود. چنین رابطه‌ای به دلیل این واقعیت وجود دارد که دشارژ عمیق‌تر منجر به تخریب بیشتر و فشار بیشتر روی مواد آند و کاتد می‌شود.

چگونگی تأثیر دما و ولتاژ ذخیره‌سازی بر تخریب

دمای بالا تأثیر قابل توجهی بر عمر باتری لیتیوم پلیمر دارد. باتری‌ها در محدوده دمای اتاق که معمولاً ۲۰ درجه سانتی‌گراد (۶۸ درجه فارنهایت) در نظر گرفته می‌شود، به بهترین شکل کار می‌کنند. با افزایش دما، واکنش شیمیایی درون باتری لیتیوم پلیمر تسریع می‌شود که ممکن است ظرفیت باتری را در کوتاه مدت افزایش دهد اما در بلند مدت باعث فرسودگی آن شود. گرمای بیش از حد ممکن است منجر به تجزیه الکترولیت و در نتیجه افزایش مقاومت داخلی و در نهایت خرابی باتری شود. از سوی دیگر، دماهای بسیار پایین ممکن است مانع از توانایی باتری در تأمین جریان الکتریکی شوند، زیرا کارایی فرآیندهای شیمیایی درون باتری به دلیل افزایش مقاومت تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

علاوه بر این، ولتاژ ذخیره‌سازی باتری لیتیوم پلیمر (LiPo) تأثیر زیادی روی عمر آن دارد. باتری‌های LiPo را می‌توان در بلندمدت در شرایطی با شارژ جزئی بین 3.7 تا 3.8 ولت در هر سلول نگهداری کرد و نباید آن‌ها را به‌صورت کاملاً شارژ شده (4.2 ولت در هر سلول) یا تخلیه‌شده (زیر 3.0 ولت در هر سلول) ذخیره کرد. اگر باتری به‌صورت کاملاً شارژ شده نگه داشته شود، اجازه می‌دهد تا ساختار کریستالی در باتری ایجاد شود (لیتیوم‌پلیتینگ) که باعث کاهش غیرقابل بازگشت ظرفیت باتری می‌شود. از سوی دیگر، ذخیره‌سازی باتری در ولتاژ پایین ممکن است منجر به پدیده تخلیه بیش از حد یا کاهش ولتاژ باتری زیر یک حد ایمن شود که می‌تواند آسیب‌های دائمی به باتری وارد کند.

نتیجه‌گیری

در خلاصه، عمر باتری لیتیوم پلیمر قابل شارژ به عوامل مختلفی بستگی دارد. تعداد دورهای شارژ و سطح تخلیه باتری میتوانند تأثیرات شدیدی بر ظرفیت باتری داشته باشند قبل از اینکه کاهش قابل توجهی در ظرفیت آن رخ دهد. در همین حال، حفظ شرایط محیطی ایدهآل، از جمله دما و ولتاژ ذخیرهسازی نیز ضروری است تا سلامت باتری به مدت طولانیتری حفظ شود. با آگاهی از این متغیرها و کنترل آنها، میتوان استفاده و عمر باترهای لیتیوم پلیمری را به میزان قابل توجهی افزایش داد تا بتوانند به تأمین انرژی دستگاههای متصل به آنها ادامه دهند. باترهای لیتیوم پلیمری با تحقیقات و توسعههای مداوم در زمینه شیمی باتری در حال بهبود هستند که راه را برای راهکارهای پایدارتر و دوام بیشتری هموار میکند.