ما هي بطارية الليثيوم 3.7 فولت؟

إن بطارية الليثيوم بجهد 3.7 فولت هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يشيع استخدامها في مجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية. يشير مصطلح "3.7 فولت" إلى الجهد الاسمي للبطارية، والذي يلعب دورًا حاسمًا في أدائها العام وتوافقها مع الأجهزة المختلفة. يعد فهم هذه البطاريات أمرًا ضروريًا، خاصةً للعاملين في مجال تصنيع الإلكترونيات أو التطبيقات القائمة على البطاريات.

ماذا يعني "3.7 فولت" على وجه التحديد في مواصفات بطارية الليثيوم؟

تشير عبارة "3.7 فولت" في مواصفات بطارية الليثيوم إلى الجهد الاسمي للخلية، وهو متوسط الجهد الذي توفره بطارية ليثيوم أيون مشحونة بالكامل أثناء التفريغ. بطاريات الليثيوم-أيون، مثل النوع 3.7 فولت، عادةً ما يكون نطاق جهدها حوالي 4.2 فولت عند شحنها بالكامل ويمكن أن ينخفض إلى 3.0 فولت أو أقل عند تفريغها. هذا الجهد مهم لأنه يؤثر على مقدار الطاقة التي يمكن أن توفرها البطارية للجهاز الذي تشغله.

لماذا جهد بطارية الليثيوم 3.7 فولت؟

إن الجهد 3.7 فولت لبطاريات الليثيوم هو نتيجة الجهد الاسمي لخلايا الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر. لفهم سبب استخدام هذه القيمة، نحتاج إلى الخوض في كيمياء هذه البطاريات وبنيتها.

1. الكيمياء الكامنة وراء بطاريات الليثيوم

تعتمد بطاريات أيونات الليثيوم أيون وبطاريات بوليمر الليثيوم على أكسيد فلز الليثيوم (LiCoO2) أو فوسفات الليثيوم (LiFePO4) كمادة كاثود وشكل من أشكال الكربون كمادة أنود. عندما يتم تفريغ شحن البطارية، تتحرك أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود، وتطلق طاقة كهربائية. يحدد هذا التفاعل الكيميائي ناتج الجهد الكهربائي للبطارية.

إن الجهد الاسمي (3.7 فولت) مشتق من متوسط فرق الجهد بين الأنود والكاثود أثناء التفريغ العادي. وعلى وجه التحديد:

• يبلغ جهد بطارية الليثيوم أيون المشحونة بالكامل حوالي 4.2V.
• عند تفريغ شحن البطارية، ينخفض الجهد إلى حوالي 3.7V.
• عندما يتم تفريغها بالكامل، يصل الجهد عادةً إلى حوالي 3.0V.

هذا جهد اسمي 3.7 فولت 3.7 فولت مثاليًا لمعظم الأجهزة الإلكترونية لأنه يوفر توازنًا جيدًا بين كثافة الطاقة والأداء وطول العمر، مما يجعله مثاليًا لتشغيل مجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والطائرات بدون طيار وغيرها من الأجهزة المحمولة.

2. لماذا لا يكون الجهد أعلى أو أقل؟

• الجهد العالي: إذا تمت زيادة الجهد، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الطاقة المحتملة، ولكن هذا سيزيد أيضًا من مخاطر ارتفاع درجة الحرارة أو الهروب الحراري أو حتى فشل البطارية. بالإضافة إلى ذلك، سيتطلب الجهد العالي مكونات أكثر تطوراً وتكلفة للتعامل مع الطاقة المتزايدة بأمان.

• الجهد المنخفض: إذا كان الجهد منخفضًا جدًا، فإن كثافة الطاقة لن تكون كافية لتشغيل الأجهزة لفترات طويلة. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي انخفاض الجهد الكهربائي إلى انخفاض الأداء الكلي، مما يتطلب شحنًا متكررًا أكثر.

يحقق الجهد الاسمي 3.7 فولت التوازن الذي يوفر توصيلًا فعالاً للطاقة مع ضمان السلامة وطول العمر والاستخدام العملي في الأجهزة الاستهلاكية.

3. الجهد وكثافة الطاقة

يتوافق جهد 3.7 فولت أيضاً مع كثافة طاقة البطارية. تُعد كثافة الطاقة عاملاً رئيسياً في تحديد مقدار الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها مقارنة بحجمها. وتتميز بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم بوليمر بأعلى كثافة طاقة بين البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويساعد الجهد الاسمي 3.7 فولت على زيادة هذه الميزة إلى أقصى حد.

ما الأجهزة الشائعة التي تستخدم بطاريات الليثيوم 3.7 فولت؟ 

تُستخدم بطاريات الليثيوم بجهد 3.7 فولت في مجموعة كبيرة من الأجهزة، بما في ذلك:

• الهواتف الذكية: تعتمد هذه الأجهزة على بطاريات 3.7 فولت للحصول على طاقة تدوم طويلاً بأحجام صغيرة.
• الطائرات بدون طيار: تستخدم معظم الطائرات بدون طيار الصغيرة والمتوسطة الحجم بطاريات الليثيوم 3.7 فولت لخفة وزنها وقدرتها العالية.
• الأجهزة القابلة للارتداء: غالبًا ما تستخدم الأجهزة مثل الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية بطاريات ليثيوم بوليمر (LiPo) بجهد 3.7 فولت.
• السيارات الكهربائية: تستخدم بعض الدراجات البخارية والدراجات الكهربائية الأصغر حجماً بطاريات ليثيوم أيون بجهد 3.7 فولت كجزء من أنظمة طاقة أكبر.
• الأجهزة الطبية: الأجهزة الطبية المحمولة، مثل أجهزة قياس التأكسج النبضي وأجهزة السمع، تستخدم أيضًا خلايا الليثيوم 3.7 فولت.

ما هو العمر الافتراضي النموذجي لبطاريات الليثيوم 3.7 فولت؟

يبلغ العمر الافتراضي النموذجي لبطارية الليثيوم 3.7 فولت عادةً حوالي 300 إلى 500 دورة شحن. وهذا يعني أن البطارية يمكن شحنها وتفريغها من 300 إلى 500 مرة قبل أن تبدأ بفقدان قدرتها بشكل كبير. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر عوامل مثل درجة الحرارة والشحن الزائد والشحن الناقص على عمرها الإجمالي. ولإطالة عمر بطارية الليثيوم إلى أقصى حد، من الضروري إبقاؤها ضمن نطاق درجة الحرارة المثلى وتجنب التفريغ العميق المتكرر.

ما الفرق بين بطاريات Li-ion و LiPo و LiFePO4 3.7 فولت؟

تأتي بطاريات الليثيوم بجهد 3.7 فولت في عدة أنواع مختلفة من الكيميائيات، ولكل منها ميزات وفوائد وعيوب فريدة. فيما يلي نظرة مفصلة على الاختلافات بين بطاريات Li-ion و LiPo و LiFePO4 بجهد 3.7 فولت:

بطاريات ليثيوم أيون (ليثيوم أيون) 3.7 فولت

ليثيوم أيون هي النوع الأكثر شيوعًا من بطاريات الليثيوم 3.7 فولت المستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية. تشتهر هذه البطاريات بكثافة طاقتها العالية وعمر دورتها الطويل، مما يجعلها مثالية لأجهزة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والطائرات بدون طيار. تتميز بطاريات الليثيوم أيون بإلكتروليت سائل وكاثود أكسيد فلزات، مما يسمح لها بتخزين كمية كبيرة من الطاقة مقارنة بحجمها.

• المزايا:

  • كثافة طاقة عالية، مما يوفر أوقات استخدام طويلة للأجهزة الإلكترونية.
  • تكنولوجيا أكثر نضجاً مع حلول متاحة على نطاق واسع وفعالة من حيث التكلفة.
  • أقل تكلفة بشكل عام مقارنة بأنواع بطاريات الليثيوم الأخرى.

• العيوب:

  • أقل مرونة في التصميم (مقارنةً بـ LiPo).
  • أثقل وأضخم قليلاً من أنواع بطاريات الليثيوم الأخرى.

بطاريات LiPo (ليثيوم بوليمر) 3.7 فولت

LiPo بطاريات الليثيوم هي جيل جديد من بطاريات الليثيوم التي تستخدم إلكتروليت صلب أو هلامي بدلاً من السائل. وهذا يجعلها أخف وزناً وأكثر مرونة من بطاريات الليثيوم أيون، مما يسمح لها باتخاذ أشكال وأحجام مختلفة.

• المزايا:

  • تصميم مرن: يمكن تشكيلها لتتناسب مع الأشكال المخصصة، مما يجعلها مثالية للإلكترونيات المدمجة مثل الأجهزة القابلة للارتداء والطائرات بدون طيار.
  • أخف وزناً مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.
  • أداء أفضل في التطبيقات ذات معدل التفريغ العالي، مثل الطائرات بدون طيار عالية الأداء.

• العيوب:

  • أغلى من بطاريات الليثيوم أيون.
  • تتطلب التعامل معها بحذر لأنها أكثر عرضة للتلف من الشحن الزائد أو الثقب.
  • عمر افتراضي أقصر عند التعرض لدرجات حرارة عالية أو ظروف قاسية.

بطاريات LiFePO4 (فوسفات حديد الليثيوم) 3.7 فولت

LiFePO4 هو بديل أكثر أماناً لكيمياء أيونات الليثيوم التقليدية. تستخدم هذه البطاريات فوسفات حديد الليثيوم كمادة كاثود. وهي معروفة بثباتها ودورات حياتها الطويلة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في التطبيقات واسعة النطاق، بما في ذلك السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة.

• المزايا:

  • آمنة للغاية مع انخفاض خطر نشوب حريق أو هروب حراري مقارنة ببطاريات الليثيوم الأخرى.
  • دورة حياة طويلة (تصل إلى أكثر من 2,000 دورة).
  • ثبات حراري عالٍ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات في درجات الحرارة القصوى.

• العيوب:

  • كثافة طاقة أقل مقارنة ببطاريات Li-ion و LiPo.
  • أكبر وأثقل، مما قد يحد من استخدامها في الأجهزة الخفيفة الوزن والمدمجة.
  • تكلفة أعلى لكل وحدة طاقة بالمقارنة مع الليثيوم أيون.

الاختلافات الرئيسية في الملخص: