ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและลิเธียมไอออนคือแบตเตอรี่กรดตะกั่วต้องการการบำรุงรักษาเป็นประจำ มีอายุการใช้งานสั้นลง และมีราคาไม่แพง ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า และมีราคาแพง
แบตเตอรี่กรดตะกั่วและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ทั้งสองประเภทนี้มีลักษณะทางเคมีและทางกายภาพต่างกัน
แบตเตอรี่กรดตะกั่วคืออะไร
แบตเตอรี่กรดตะกั่วเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นในปี 1859 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Gaston Planteเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ชนิดแรกที่เคยทำมา แบตเตอรี่นี้แตกต่างจากแบตเตอรี่สมัยใหม่ และแบตเตอรี่เหล่านี้มีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างต่ำ นอกจากนี้ แบตเตอรี่เหล่านี้ยังสามารถจ่ายกระแสไฟกระชากได้สูง ซึ่งหมายความว่าเซลล์มีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักมาก นอกจากนี้ แบตเตอรี่กรดตะกั่วยังมีราคาถูกกว่า ซึ่งทำให้น่าสนใจในอุตสาหกรรมยานยนต์ เนื่องจากสามารถจ่ายกระแสไฟได้สูงตามที่มอเตอร์สตาร์ทต้องการ
รูปที่ 01: แบตเตอรี่รถยนต์ตะกั่วกรด
เนื่องจากแบตเตอรี่ประเภทนี้มีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่สมัยใหม่ จึงมีประโยชน์แม้กระแสไฟกระชากจะไม่มีนัยสำคัญ และการออกแบบอื่นๆ ก็สามารถให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงได้การขายแบตเตอรี่ตะกั่วกรดในปี 2542 อยู่ที่ประมาณ 40-50% ของมูลค่ารวมของแบตเตอรี่ที่จำหน่ายทั่วโลก
แบตเตอรี่กรดตะกั่วทั่วไปประกอบด้วยตะกั่วซัลเฟต (PbSO4) และกรดซัลฟิวริกเจือจาง (H2SO 4). ในสถานะการคายประจุ ทั้งเพลตบวกและลบจะกลายเป็น PbSO4,และอิเล็กโทรไลต์มีแนวโน้มที่จะสูญเสียกรดซัลฟิวริกที่ละลายส่วนใหญ่ไปก่อตัวเป็นน้ำเป็นหลัก ปฏิกิริยาของจานลบมีดังนี้:
Pb(s) +HSO4–(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e
อิเล็กตรอนนำไฟฟ้าสองตัวถูกปล่อยออกมาในขั้นตอนนี้ ซึ่งทำให้อิเล็กโทรดนี้มีประจุลบ การสะสมของอิเล็กตรอนเหล่านี้จะสร้างสนามไฟฟ้าที่สามารถดึงดูดไฮโดรเจนไอออนและขับไล่ไอออนของซัลเฟต ในทางกลับกันทำให้เกิดชั้นสองชั้นใกล้พื้นผิว
เกี่ยวกับปฏิกิริยาของจานบวก สามารถแสดงได้ดังนี้;
PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H +(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2H2O(l)
ดังนั้น ปฏิกิริยาโดยรวมที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่กรดตะกั่วคือ;
Pb(s) +HSO4–(aq) + 3H+(aq) → 2PbSO4(s) +2H2O(l)
อย่างไรก็ตาม ในสถานะที่มีประจุเต็ม แผ่นขั้วลบมีตะกั่ว และแผ่นขั้วบวกมีตะกั่วไดออกไซด์ มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกในน้ำสูงกว่า อิเล็กโทรไลต์นี้เก็บพลังงานเคมีส่วนใหญ่ไว้
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งมีเซลล์ซึ่งลิเธียมไอออนจะเคลื่อนจากขั้วลบไปยังขั้วบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างการคายประจุ กระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้นเมื่อชาร์จ โดยปกติ เซลล์ลิเธียมไอออนมักจะใช้สารประกอบลิเธียมที่มีการแทรกสอดซึ่งทำหน้าที่เป็นวัสดุที่อิเล็กโทรดบวก โดยทั่วไปแล้วจะใช้กราไฟท์ที่ขั้วลบ
รูปที่ 02: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่ไม่มีผลหน่วยความจำและการปลดปล่อยตัวเองต่ำ เซลล์ของแบตเตอรี่ผลิตขึ้นโดยจัดลำดับความสำคัญของพลังงานหรือความหนาแน่นของพลังงาน อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยเนื่องจากมีอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเบิดและไฟไหม้ได้หากเกิดความเสียหายหรือการชาร์จไม่ถูกต้อง
โดยปกติ อิเล็กโทรดลบของเซลล์ลิเธียมไอออนทั่วไปจะทำจากคาร์บอน อิเล็กโทรดบวกเป็นโลหะออกไซด์ นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ยังเป็นเกลือลิเธียมในตัวทำละลายอินทรีย์ บทบาททางเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะย้อนกลับระหว่างแอโนดและแคโทดทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไหลผ่านเซลล์ ในระดับการค้า แอโนดที่พบมากที่สุดคือกราไฟต์ ในขณะที่อิเล็กโทรดบวกเป็นหนึ่งในสามวัสดุ: ชั้นออกไซด์ โพลิแอนไอออน หรือสปิเนล
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและลิเธียมไอออนต่างกันอย่างไร
แบตเตอรี่กรดตะกั่วเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ก้อนแรกที่เคยผลิตมา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้อีกประเภทหนึ่ง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและลิเธียมไอออนคือแบตเตอรี่กรดตะกั่วต้องการการบำรุงรักษาเป็นประจำ ใช้เวลาไม่นาน และมีราคาไม่แพง ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพสูง มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และมีราคาแพง
สรุป – กรดตะกั่วเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
โดยทั่วไป แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักจะเหนือกว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่วเนื่องจากความเกี่ยวข้องและประสิทธิภาพ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่วกรดและลิเธียมไอออนคือแบตเตอรี่กรดตะกั่วต้องการการบำรุงรักษาเป็นประจำและใช้งานได้ไม่นาน และมีราคาไม่แพง ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีประสิทธิภาพสูงกว่า อายุการใช้งานยาวนานกว่า และมีราคาแพง