تفاوت باتری نیکل کادمیوم و لیتیوم یون چیست؟

باتری‌های نیکاد یا نیکل کادمیوم (Nickel-Cadmium Battery) یکی از انواع پر کاربرد باتری هستند که می‌توان آن‌ها را به عنوان نسل گذشته باتری‌ها معرفی کرد. اولین بار این نوع از باتری‌ها در سال 1899 مورد استفاده قرار گرفتند و برای سال‌های طولانی تا ظهور نسل جدید باتری‌ها در دستگاه‌ها و تجهیزات مختلف به کار گرفته می‌شدند.

در مورد ساختار باتری نیکاد باید گفت که این نوع باتری‌ها از اکسید نیکل و کادمیوم ساخته شده‌اند که در آن کادمیوم به عنوان الکترود عمل می‌کند. در این نوع باتری به عنوان الکترولیت از محلول هیدروکسید پتاسیم استفاده می‌شود. از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع باتری می‌تواان به چرخه دشارژ بالا و طول عمر بالا اشاره کرد. باتری‌های نیکل کادمیوم با وجود دوام و ماندگاری بالا، امروزه به دلیل خطراتی که کادمیوم برای محیط زیست به همراه دارد، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سلول‌های باتری نیکل کادمیوم دارای ولتاژ 1.2 ولت هستند. این نوع باتری‌ها در زمان کوتاه و با سرعت بالا شارژ می‌شوند اما نسبت به اضافه شارژ حساسیت بالایی دارند. پدیده خوددشارژی که به معنی تخلیه شارژ باتری به صورت خودکار حتی در صورت عدم استفاده از آن است، در باتری‌های نیکاد سرعت بالایی دارد که این ویژگی‌ها باعث شده به مرور کاربرد آن‌ها کمتر شود. باتری‌های نیکل کادمیوم در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف در سایز قلمی، نیم قلمی و SC تولید و به بازار عرضه می‌شوند.

در ابزارهای شارژی قدیمی، بیشتر از باتری‌های نیکل کادمیوم (نیکاد) استفاده می‌شد؛ به همین دلیل وقتی از ابزار برای مدتی استفاده نمی‌شد، باتری به‌مرور دشارژ می‌شد و در استفاده مجدد هم ممکن بود شارژدهی آن کمتر از انتظار باشد. همین محدودیت‌ها در کنار وجود اثر حافظه باعث شد باتری‌های نیکل کادمیوم با وجود دوام قابل قبول، به‌تدریج جای خود را به باتری‌های جدیدتر بدهند.

باتری‌های لیتیوم یونی (Lithium-ion Battery) را می‌توان به عنوان نسل جدیدتر باتری‌ها معرفی کرد که برای اولین بار در سال 1991 مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه این باتری‌ها کاربرد گسترده‌ و وسیعی دارند و به عنوان منبع تأمین انرژی الکتریکی در تلفن‌های هوشمند، تبلت، لپ تاپ، ماشین‌های الکتریکی و... به کار گرفته می‌شوند.

در مورد ساختار و عملکرد باتری‌های لیتیوم یونی باید گفت که این باتری‌ها دارای چندین واحد تولید کننده برق هستند که هر کدام با نام سلول شناخته می‌شوند. هر کدام از این سلول‌های دارای ولتاژ 3 تا 4 ولت هستند؛ بر این اساس یک باتری 12 ولت معمولا بین 3 تا 4 سلول دارد. هر کدام از سلول‌های در این نوع باتری‌ها دارای سه بخش الکترود مثبت، الکترود منفی و الکترولیت هستند.

در باتری‌های لیتیوم یونی، شارژ و دشارژ باتری بر اساس حرکت یون‌های لیتیوم انجام می‌شود. زمانی که باتری در حال شارژ باشد، یون‌ها از سمت الکترود مثبت به منفی و در زمان دشارژ از سمت الکترود منفی به مثبت حرکت می‌کنند که این حرکت از طریق الکترولیت انجام می‌شود.

یکی از دلایلی که لیتیوم یون در ابزارهای شارژی خیلی سریع جای باتری‌های قدیمی را گرفت، وزن کمتر و استفاده راحت‌تر آن است. وقتی یک ابزار را برای مدت طولانی در دست می‌گیرید، سبک‌تر بودن باتری واقعاً خودش را نشان می‌دهد و به همین دلیل امروزه بیشتر دریل‌ها و ابزارهای شارژی جدید با باتری لیتیوم یون عرضه می‌شوند.

امروزه عملکرد باتری در تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای دستگاه‌ها و تجهیزات مختلف در شرایط عدم دسترسی به برق از اهمیت زیادی برخوردار است؛ به همین دلیل شناخت تفاوت‌های بین دو نوع باتری نیکل کادمیوم و لیتیوم یونی کمک می‌کند که بتوان بر حسب نیاز بهترین نوع باتری را انتخاب کرده و مورد استفاده قرار داد. مهم‌ترین موارد تفاوت بین باتری‌های لیتیوم یونی و نیکل کادمیوم به شرح زیر است:

• ترکیب شیمیایی: در باتری‌های نیکل کامیوم، آند از جنس کادمیوم و کاتد از جنس نیکل است و هیدروکسید پتاسیم نقش الکترولیت را ایفا می‌کند. اما در باتری‌های لیتیوم یونی آند از جنس گرافیت و کانتد از جنس اکسید لیتیوم بوده و نمک نقش الکترولیت را ایفا می‌کند.
• اثرات زیست محیطی: کادمیوم جزو فلزات سنگین و سمی به حساب می‌اید که برای محیط زیست خطرات زیادی ببه همراه دارد. این در حالی است که لیتیوم در دسته مواد بی‌خطر قرار داشته و تهدیدی برای محیط زیست به حساب نمی‌آید.
• قیمت: باتری‌های نیکل کادمیوم از نظر قیمت ارزان‌تر هستند؛ به این دلیل که در ساخت باتری‌های لیتیوم یونی، از مدار محافظ به منظور نظارت بر ولتاژ و جریان استفاده می‌شود که باعث شده در مقایسه با باتری‌های نیکل 40 درصد هزینه بیشتری داشته باشند.

• عملکرد: یکی از بزرگ‌ترین مشکلات باتری‌های نیکاد، اثر حافظه (Memory Effect) است. این باعث می‌شود که باتری در اواسط زمان شارژدهی زیاد استفاده شده و مجدد شارژ شود؛ به عبارتی باتری در اواسط کار ضعیف شده و افت ولتاژ پیدا می‌کند. به همین دلیل باتری‌های نیکل کادمیوم باید به صورت کامل دشارژ شده و مجدد به صورت کامل شارژ شوند. در باتری‌های لیتیوم یونی چنین مشکلی وجود نداشته و شارژ و دشارژ باتری به خوبی انجام می‌شود؛ به همین دلیل اگر ابزار قدیمی نیکاد را مرتباً قبل از خالی شدن کامل باتری شارژ می‌کردید، ممکن بود بعد از مدتی احساس کنید زمان کارکرد آن کمتر شده است؛ مشکلی که در استفاده معمول از باتری‌های لیتیوم یون به این شکل دیده نمی‌شود.

• طول عمر: باتری‌های لیتیوم یونی در مقایسه با باتری‌های نیکاد از چرخه شارژ و دشارژ طولانی‌تر برخوردار هستند و به همین دلیل طول عمر و دوام بالاتری دارند.
• وزن: از نظر وزن نیز باتری‌های لیتیوم یونی سبک‌تر از باتری‌های نیکل کادمیوم هستند؛ این تفاوت وزن در ابزارهایی مثل دریل شارژی، پیچ‌گوشتی شارژی و مینی فرز شارژی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ چون وزن باتری مستقیماً روی وزن کلی ابزار و خستگی دست در استفاده طولانی‌مدت تأثیر می‌گذارد.

در مورد تفاوت باتری نیکل کادمیوم و لیتیوم یون باید به این موضوع اشاره کرد که این دو باتری از یک قدرت مشابه و برابر برای تأمین ولتاژ و جریان برخوردار هستند اما در مدت زمان تأمین این شارژ تفاوت جدی با یکدیگر دارند. در دنیای امروز به دلیل ویژگی‌هایی مانند طول عمر بالاتر، ظرفیت بیشتر، اثر حافظه کمتر، وزن و اندازه کمتر و همچنین چرخه شارژ و دشارژ مناسب و دوستدار محیط زیست بودن، باتری‌های لیتیوم یونی در مقایسه با باتری‌های نیکل کادمیوم کاربرد بیشتری دارند. همین موضوع باعث شده که تولید کنندگان تجهیزات و ابزارهای مختلف مانند تلفن‌های هوشمند، ابزارهای شارژی و... از این نوع باتری‌ها برای ذخیره و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز دستگاه استفاده کنند.