تفاوت باتری‌های سرب-اسیدی با باتری‌های لیتیومی در خودرو

دو نوع رایج از شیمی باتری که بخش عمده‌ای از ضایعات باتری امروزی را تشکیل می‌دهند، باتری‌های لیتیوم-یون و باتری‌های سرب-اسید هستند. باتری‌های لیتیوم-یون با لیتیوم در ترکیب با سایر فلزات واکنش‌پذیر مانند کبالت، منگنز، آهن یا موارد دیگر ساخته می‌شوند، در حالی که باتری‌های سرب-اسید با سرب و اسید سولفوریک ساخته می‌شوند.

تفاوت‌های اصلی بین این دو نوع باتری در شیمی، چگالی انرژی، راندمان، عمق شارژ، طول عمر و هزینه آنها نهفته است.

1. باتری سرب-اسید در مقابل باتری لیتیوم-یون: مواد

• لیتیوم-یون: از نمک‌های لیتیوم در الکترولیت و ترکیبات کربن یا لیتیوم برای الکترودها استفاده می‌کند.
• اسید سرب: از اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت و از سرب و اکسید سرب برای الکترودها استفاده می‌کند.

ایمنی باتری‌های لیتیوم-یون در مقابل اسید سرب: باتری‌های لیتیوم-یون ایمن‌تر از باتری‌های اسید سرب هستند، زیرا حاوی اسید خورنده نیستند و کمتر مستعد نشت، گرمای بیش از حد یا انفجار هستند.

1. لیتیوم-یون در مقابل اسید سرب: چگالی انرژی

لیتیوم-یون: انرژی بیشتری را در واحد وزن و حجم ذخیره می‌کند، به این معنی که برای ظرفیت یکسان سبک‌تر و کوچک‌تر هستند. به تلفن‌ها، لپ‌تاپ‌ها و وسایل نقلیه الکتریکی فکر کنید.

اسید سرب: حجیم‌تر و سنگین‌تر برای ظرفیت یکسان. در اتومبیل‌ها، باتری‌های استارت و سیستم‌های خارج از شبکه استفاده می‌شود.

تفاوت ظرفیت در لیتیوم-یون در مقابل اسید سرب: ظرفیت باتری معیاری از میزان انرژی است که می‌تواند توسط باتری ذخیره شود (و در نهایت تخلیه شود). اگرچه ارقام ظرفیت می‌توانند بر اساس مدل‌ها و برندهای باتری متفاوت باشند، اما فناوری باتری لیتیوم-یون به طور گسترده آزمایش شده و نشان داده شده است که چگالی انرژی قابل توجهی بالاتری نسبت به باتری‌های اسید سرب دارد. بهره‌وری انرژی: باتری‌های لیتیوم-یونی کارآمدتر هستند و در طول چرخه‌های شارژ/دشارژ انرژی کمتری از دست می‌دهند. باتری‌های لیتیوم-یونی بسیار کارآمد هستند و نرخ بازدهی آنها ۹۵ درصد یا بیشتر است، در حالی که باتری‌های سرب-اسید کارایی کمتری دارند و نرخ بازدهی آنها نزدیک به ۸۰ تا ۸۵ درصد است. باتری‌های با راندمان بالا سریع‌تر شارژ می‌شوند و ظرفیت باتری مؤثرتری دارند، مشابه عمق دشارژ.

نرخ دشارژ: باتری سرب-اسید در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی، نرخ دشارژ کمتری دارد و عمر ذخیره‌سازی بهتری دارد. انرژی بیشتری می‌تواند سریع‌تر از طریق باتری‌های لیتیوم-یونی در مقایسه با باتری‌های سرب-اسید تخلیه شود و امکان ساخت انواع لوازم الکترونیکی با کارایی بالا را فراهم کند.

1. لیتیوم-یون در مقایسه با باتری‌های سرب-اسید: طول عمر و دوام

لیتیوم-یون: عمر چرخه بالا، هزاران چرخه شارژ/دشارژ را قبل از نیاز به تعویض دوام می‌آورد.

سرب-اسید: باتری سرب-اسید در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی، عمر چرخه کمتری دارد و معمولاً پس از ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه شما نیاز به تعویض باتری پیدا می کنید. دشارژ عمیق می‌تواند طول عمر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

دوام و عمر: تخلیه باتری برای تأمین انرژی خانه یا لوازم خانگی و سپس شارژ مجدد آن با انرژی خورشیدی یا شبکه برق، یک “چرخه” محسوب می‌شود. طول عمر باتری‌های لیتیوم-یون به دلیل ظرفیت برتر آنها برای تحمل چندین چرخه، بسیار بیشتر از باتری‌های سرب-اسید است. این ویژگی منجر به افزایش طول عمر مؤثر محصولات لیتیوم-یون می‌شود که آنها را به انتخابی بهینه نسبت به همتایان سرب-اسید خود تبدیل می‌کند.

نگهداری: باتری‌های لیتیوم-یون به نگهداری کمی نیاز دارند یا اصلاً نیازی به نگهداری ندارند، در حالی که باتری‌های سرب-اسید به بررسی منظم سطح الکترولیت و شارژ مجدد نیاز دارند.

1. تفاوت‌های کلیدی لیتیوم-یون در مقابل سرب-اسید

لیتیوم-یون: لیتیوم-یون در مقابل سرب-اسید بسیار سریع‌تر از باتری‌های سرب-اسید شارژ می‌شوند و اغلب فقط چند ساعت برای شارژ کامل زمان می‌برند.

سرب-اسید: شارژ کامل یک باتری سرب-اسید در مقابل لیتیوم-یون می‌تواند ۸ تا ۱۰ ساعت طول بکشد و مستعد آسیب ناشی از شارژ سریع است.

زمان شارژ: باتری‌های لیتیوم-یون زمان شارژ کوتاه‌تری نسبت به باتری‌های سرب-اسید دارند و در دماهای بالا عملکرد بهتری دارند.

لیتیوم-یون در مقابل سرب-اسید: تأثیر زیست‌محیطی

تأثیر زیست‌محیطی: باتری‌های لیتیوم-یون در طول تولید تأثیر زیست‌محیطی بیشتری دارند، اما طول عمر بیشتر و راندمان بالاتر آنها می‌تواند این تأثیر را در طول عمرشان به حداقل برساند. در مجموع، باتری‌های لیتیوم-یون در مقابل سرب-اسید نسبت به باتری‌های سرب-اسید سازگارتر با محیط زیست هستند، زیرا حاوی سرب و اسید سولفوریک سمی نیستند و می‌توانند با اثربخشی بیشتری بازیافت شوند.

قابلیت استفاده مجدد و چرخه‌ای بودن: ماژول‌های سلول لیتیوم-یون مانند آنهایی که در باتری‌های خودروهای الکتریکی یافت می‌شوند، می‌توانند برای ایجاد راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی Second Life مورد استفاده مجدد قرار گیرند و قادر به تقویت و تأمین انرژی زیرساخت‌های سبز در مناطق شهری و روستایی باشند. باتری‌های سرب-اسید معمولاً واجد شرایط هیچ نوع استفاده مجدد یا استفاده مجدد نیستند و باید پس از رسیدن به پایان عمر بازیافت شوند.

مقایسه باتری‌های لیتیوم-یون در مقابل باتری‌های سرب-اسید

از نظر عملکرد، باتری‌های لیتیوم-یون عملکرد بهتری دارند و نسبت به باتری‌های سرب-اسید کارآمدتر هستند. باتری‌های لیتیوم-یون طول عمر بیشتری نسبت به باتری‌های سرب-اسید دارند.

مقایسه هزینه باتری‌های سرب-اسید و لیتیوم-یون در ۵ سال گذشته، چشم‌انداز پویایی را با چندین روند کلیدی نشان می‌دهد:

1. هزینه اولیه به ازای هر کیلووات ساعت:

باتری‌های سرب-اسید: در حالی که باتری‌های سرب-اسید در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یون در ابتدا هزینه کمتری به ازای هر کیلووات ساعت ارائه می‌دهند، این مزیت به دلیل طول عمر کوتاه‌تر و نیاز به تعویض، به مرور زمان کاهش می‌یابد.

باتری‌های لیتیوم-یون: اگرچه هزینه اولیه به ازای هر کیلووات ساعت باتری‌های لیتیوم-یون در مقایسه با باتری‌های سرب-اسید بیشتر است، اما طول عمر بیشتر و راندمان بالاتر آنها در درازمدت به هزینه کل مالکیت کمتر منجر می‌شود.

1. تغییر هزینه تخمینی در طول ۵ سال گذشته:

سرب-اسید: قیمت‌ها نسبتاً ثابت مانده‌اند و از ۵۰ تا ۱۵۰ دلار در هر کیلووات ساعت متغیر هستند.

لیتیوم-یون: قیمت‌ها به طور قابل توجهی کاهش یافته‌اند و از ۲۰۰ تا ۵۰۰ دلار در هر کیلووات ساعت در سال ۲۰۱۸ به حدود ۷۵ تا ۲۵۰ دلار در هر کیلووات ساعت در سال ۲۰۲۳ رسیده‌اند.

در ایران لیتیوم یون جهت استفاده در پیشرانه برقی خودرو تولید نمی شود و تنها به صورت محدود این باتری ها در آمپرهای پایین و برای مصارف خاص توسط شرکت صبا باتری تولید می شود. اما باتری های اتمی سرب-اسید توسط همه کارخانه های تولید باتری در ایران تولید می شود.

1. روندها:

با افزایش بهره‌وری تولید لیتیوم-یون، شکاف هزینه اولیه بین باتری‌های لیتیوم-یون و سرب-اسید در حال کاهش است.

تغییر به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی، تقاضا برای باتری‌های با ظرفیت بالا و ماندگاری بالا را افزایش داده است و لیتیوم-یون به دلیل عملکرد برتر آن، مورد توجه قرار گرفته است.

سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه به طور مداوم در حال بهبود فناوری لیتیوم-یون است و هزینه و اثرات زیست‌محیطی آن را بیشتر کاهش می‌دهد.

1. پیشرفت‌های تکنولوژیکی

چگالی انرژی: باتری‌های لیتیوم-یون چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتری‌های سرب-اسید ارائه می‌دادند، به این معنی که می‌توانستند انرژی بیشتری را در بسته‌بندی کوچک‌تر و سبک‌تر ذخیره کنند. این امر برای لوازم الکترونیکی قابل حمل مانند لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه که به قدرت و قابلیت حمل نیاز داشتند، بسیار مهم شد.

طول عمر: باتری‌های لیتیوم-یون طول عمر بسیار طولانی‌تری دارند و هزاران چرخه شارژ را در مقایسه با صدها چرخه برای باتری‌های سرب-اسید تحمل می‌کنند. این امر نیاز به تعویض مکرر و هزینه‌های مرتبط را کاهش داد.

سرعت شارژ: باتری‌های لیتیوم-یون می‌توانند بسیار سریع‌تر از باتری‌های سرب-اسید شارژ شوند و این امر آنها را برای کاربران راحت‌تر می‌کند.