المقارنة الكاملة بين أنواع بطاريات ليثيوم أيون وليثيوم بوليمر المستخدمة في الهواتف الذكية

كتب: خالد عاصم
على مدار تاريخ الهواتف الذكية تعتبر بطاريات ليثيوم أيون والمعروفة اختصارًا باسم Li-ion هي الخيار الأفضل والأكثر استخدامًا في الهواتف الذكية وفي مجموعة كبيرة أيضًا من الأجهزة الإلكترونية المحمولة الأخرى، وعلى الرغم من هذا الانتشار الواسع إلا أن مجموعة من الهواتف الذكية الحديثة أصبحت تعتمد على نوع آخر من البطاريات وهي بطاريات ليثيوم بوليمر والمعروفة اختصارًا باسم Li-poly، والتي تعتبر بديل قوي لمجموعة مختلفة من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الحالية، خاصة أنه قد تم تسجيل بعض حوادث الارتفاع الزائد في درجة حرارة بطاريات الليثيوم ايون.
مع النظر إلى عوامل الأمان في البطاريات وطول عمرها وقدرتها على الاستمرار بين مرات الشحن، فمن الجيد الآن النظر إلى مميزات وعيوب النوعين الأساسيين من نوعيات البطاريات المنتشرة حاليًا، وفي هذا المقال سنتعرف على ما يتعلق بنوعي بطارية الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر ومميزاتهما وعيوبهما.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم أيون
بدأت تطوير بطاريات الليثيوم أيون والتي تعد البطاريات الأقدم في المنتجات الاستهلاكية والأكثر ثقة في الاستخدام، عام 1912، ولكنها لم تتمكن من الاستحواذ على ثقة المستخدمين إلا بعد أن تبنتها Sony في عام 1991، ومنذ ذلك الحين أصبحت بطاريات الليثيوم أيون هي الأوسع استخدامًا في نطاق كبير وواسع من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية بداية من الكاميرات المحمولة إلى مشغلات الموسيقى المختلفة إلى الهواتف الذكية.

على مدار هذه الفترة تمكنت بطاريات ليثيوم أيون من تحقيق نجاحات كبرى، فهي تتمتع بالعديد من المميزات أبرزها كثافة الطاقة التي يمكنها تخزينها، كما أنها تفتقر إلى خاصية Memory Effect والتي تجعل خلايا البطارية أصعب من حيث الشحن مع مرور الوقت على عكس البطاريات الأسبق والأقدم، كما أنها أرخص بالطبع مقارنة بالبطاريات الأخرى أيضًا.
يتكون هذا النوع من البطاريات من طرفي إلكترود موجب وسالب يفصل بينهما محلول كيميائي كهربي مثل كربونات الإيثيلين أو كربونات ثنائي الإيثيل. ويحدد هذا التكوين الكيميائي شكل البطاريات لتكون على شكل مستطيل، وتل سعة بطاريات الليثيوم أيون مع تعدد دورات الشحن وحتى مع دورات التفريغ عند دم الاستخدام، وهو ما لا يجعلها مثالية، بل قد تكون في الأحيان خطيرة بسبب حالة عدم الاستقرار التي قد تصيب السائل الداخلي في حالة ارتفاع درجة حرارتها أو تعرضها للصدمات وهو ما يؤدي لما بُعرف بسم الهروب الحراري Thermal Runaway وبالتالي يمكنها أن تتعرض للاشتعال.
إلا أنه يجب التأكيد على أن هذا العيب وهذا الهروب الحراري وحالات احتراق أو اشتعال البطارية هو أمر نادر الحدوث، كما أن الشركات المطورة للبطاريات وللأجهزة المعتمدة عليها عمل على تطوير سبل التحكم في الشحن وتفريغ الطاقة لتفادي ارتفاع درجة الحرارة واشتعال البطارية.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم بوليمر
أما بطاريات الليثيوم بوليمر فهي أحدث من نظيرتها الليثيوم أيون، حيث لم تظهر على المشهد حتى سبعينيات القرن الماضي ولم تتخذ طريقها إلى الهواتف الذكية إلا مؤخرًا، فعلى سبيل المثال لم تتحول شركة عملاقة مثل Samsung إلى بطاريات الليثيوم بوليمر إلا مع هواتف Samsung Galaxy S20 في الوقت الذي قامت فيه بعض الشركات بالتوجه إلى هذا النوع من البطاريات منذ مدة أطول.

تعتمد تقنية بطاريات الليثيوم بوليمر أيضًا على قطبين الكترود موجب وسالب، ولكن الفارق الرئيسي بينها وبين بطاريات الليثيوم أيون، هو أن الوسيط بين القطبين جاف، حيث يتم الاعتماد على مواد كيميائية مسامية أو موصل كهربي من الهلام (الجيل) بدلًا من استخدام السائل.
ينجم عن هذا إمكانية تصغير حجم البطاريات والتعامل بمرونة من تصميمها، بالإضافة إلى تقليل فرص حدوث ظاهرة هروب الحرارة التي قد تتسبب في إشعال البطارية، مما يعني وباختصار أن هذا النوع من البطاريات أكثر أمانًا من نظيرتها ليثيوم أيون.
أما العيوب الرئيسية في بطاريات الليثيوم بوليمر فهي ارتفاع تكلفة تصنيعها، كما أن عمرها أقصر بشكل ملحوظ بالإضافة إلى ان سعتها في حفظ الطاقة أقل أيضًا من بطاريات ليثيوم أيون ذات الحجم نفسه، وتعتمد خلايا هذا النوع من البطاريات أيضًا على دوائر حماية كهربائية للحفاظ على الفولت في الحدود الأمنة للاستخدام.
الاختلافات الرئيسية بين نوعين البطاريات
لكل بطارية من البطاريتين مزاياها وعيوبها، وفي العموم فإن بطاريات ليثيوم أيون توفر سعات أكبر بأسعار أقل، ففي حالة ما إن كنت تريد هاتف غير مرتفع الثمن ويمتاز ببطارية يمكنها أن تعمل لأكثر من يوم واحد بين كل مرة شحن فبطاريات الليثيوم أيون هي الأنسب، أما عيبها الرئيسي فهو خاصية تفريغ الطاقة الذاتية والتي لا تؤثر بشكل كبير في حالة استخدامها في الهواتف، بالإضافة إلى بعض المحاذير المتعلقة بأمنها والتي أيضًا لا تحدث إلا نادرًا.

أما بطاريات الليثيوم بوليمر فهي كثر أمانًا، والأمان هو بالطبع عنصر شديد الأهمية حليًا وخاصة في عصر تقنيات الشحن السريع التي تؤثر بشكل واضح على درجة حرارة البطارية وتؤدي لارتفاع درجات حرارة البطاريات، كما أن معدل التفريغ الذاتي للطاقة في هذه البطاريات أقل بشكل ملحوظ من نظيرتها مما يعني أنها لن تنخفض في حالة عدم استخدامها، أما عن العيوب فتتمثل في الارتفاع الملحوظ في ثمنها وأيضًا قصر عمرها بالإضافة إلى انخفاض سعتها مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون من ذات الحجم.
أسئلة معتادة حول بطاريات الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر
السؤال الأول يدور دومًا حول أمان بطاريات الليثيوم أيون وما إن كانت بطاريات آمنة، ويمكن القول بأنها أمنة بالفعل، فالحوادث الناجمة عن بطاريات الليثيوم أيون نادرة الحدوث، وفي حالة تفاديك لدراجات الحرارة المرتفعة عند استخدام الهاتف أو الجهاز فبالتأكيد سيكون هذا النوع من البطاريات آمنًا.
أما عن أمان بطاريات الليثيوم بوليمر، فالأمر فيه أوضح كثيرًا، فهي بطاريات عالية الأمان، وفرص أو إمكانية حدوث مشكلة فيها وخاصة تلك المشاكل المتعلقة بارتفاع درجات الحرارة والانفجار، أقل كثيرًا من بطاريات الليثيوم أيون.
السؤال الثاني يدور حول إمكانية إعادة تدوير البطاريات، وبالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون فمن الممكن إعادة تدويرها وهو ما ينطبق على بطاريات الليثيوم بوليمر، فكلاهما يمكن إعادة تدويره وننصح بتسليم هذه البطاريات لمراكز إعادة التدوير الموثوقة بدلًا من التخلص منها بأي طريقة أخرى.
أما عن أشهر الهواتف التي تعتمد على بطاريات ليثيوم بوليمر فتتضمن مجموعة هواتف Samsung Galaxy S20، Huawei P40 Pro، Huawei Mate 30 Pro، Sony Xperia 1II، بينما تعتمد أغلب الهواتف الأخرى على بطاريات ليثيوم أيون وعلى رأسها هواتف ابل وآخرها iPhone 11 Pro Max.