تزود البطاريات المصغرة معظم الأجهزة بالطاقة الأجهزة المحمولة والطبية الحيوية اليوم، أكثر من 60% من سوق بطاريات الليثيوم الدبوسية تتكون من أنواع قابلة لإعادة الشحن، مع أكثر من 40% من الطلب من الأجهزة القابلة للارتداء. بطارية ليثيوم أيون بوليمر تُحفّز النماذج والبطاريات الحيوية الابتكار من خلال تصاميم مرنة ومستدامة ومستوى أمان مُحسّن. عند اختيار البطارية، يُعدّ الحجم وكثافة الطاقة والسلامة وملاءمة الاستخدام من أهم العوامل.
يقارن الجدول أدناه أنواع البطاريات للتطبيقات المحمولة:
نوع البطارية | المزايا | التطبيقات |
|---|---|---|
ليثيوم أيون (ليثيوم أيون) | كثافة طاقة عالية، فعالة من حيث التكلفة، متينة | النظارات الذكية وأجهزة الألعاب |
بطارية ليثيوم أيون بوليمر (LiPo) | خفيف الوزن، مرن، خطر تسرب أقل | الأجهزة القابلة للارتداء والطائرات بدون طيار |
الوجبات السريعة الرئيسية
تعد البطاريات المصغرة، وخاصة بطاريات أيون الليثيوم وبوليمر الليثيوم، ضرورية لتشغيل الأجهزة المحمولة والطبية الحيوية بسبب كثافتها العالية من الطاقة وحجمها الصغير.
السلامة أمر بالغ الأهمية عند اختيار البطاريات؛ خذ في الاعتبار المخاطر مثل الانفلات الحراري وتأكد من ممارسات الشحن المناسبة لتحسين عمر البطارية وأدائها.
تمثل البطاريات الحيوية تقدمًا كبيرًا، حيث توفر حلول الطاقة المستدامة للتطبيقات الطبية، بما في ذلك توصيل الأدوية وعلاجات القلب.
الجزء 1: نظرة عامة على البطاريات المصغرة
1.1 مجموعات ليثيوم أيون
أنت تعتمد على حزم بطارية ليثيوم أيون لمعظم الأجهزة الإلكترونية المحمولة والقابلة للارتداء. تتميز هذه البطاريات المصغّرة بكثافة طاقة عالية وحجم صغير، مما يجعلها مثالية للأجهزة الطبية وأجهزة الاستشعار الذكية. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا خلايا بطاريات بوليمر أيون الليثيوم الدقيقة بجهد 3.7 فولت و3.8 فولت. تُستخدم هذه البطاريات في أجهزة المراقبة المحمولة، ومضخات التسريب، والساعات الذكية، والأجهزة اللاسلكية. يوضح الجدول أدناه التطبيقات النموذجية:
نوع البطارية | أمثلة التطبيق |
|---|---|
3.7 فولت ليثيوم بوليمر | أجهزة مراقبة محمولة ومضخات تسريب |
بطاريات ليثيوم صغيرة 3.7 فولت و3.8 فولت | أجهزة الاستشعار المحمولة، والأجهزة الطبية، والساعات الذكية |
خلايا الليثيوم الصغيرة | أجهزة مراقبة الأطفال والمعدات الجراحية |
توفر بطاريات ليثيوم أيون بوليمر كثافة طاقة تتراوح بين 150 و260 واط/كجم، مع وصول بعض الطرز المتطورة إلى 400 واط/كجم أو أكثر. استمتع بشحن سريع وأداء موثوق. تدعم حلول بطاريات USB هذه أهداف الطاقة المستدامة في قطاعي الرعاية الصحية والصناعة.
1.2 Ni-MH
تُوفر بطاريات هيدريد النيكل-معدن (Ni-MH) بديلاً مستدامًا للبطاريات المصغّرة. فهي صديقة للبيئة وعمر خدمة طويل. كما تُوفّر بطاريات Ni-MH كثافة طاقة جيدة مقارنةً بالمركبات الكيميائية القديمة، إلا أنها أقلّ من بطاريات ليثيوم أيون بوليمر. يُوضّح الجدول أدناه النقاط الرئيسية:
مزايا بطاريات NiMH | عيوب بطاريات NiMH |
|---|---|
الحفاظ على البيئة | كثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون |
الخدمة الطويلة في الحياة | الحساسية لدرجات الحرارة المرتفعة |
انخفاض معدل التفريغ الذاتي | احتمالية تأثير الذاكرة |
تتميز بطاريات Ni-MH بحماية أفضل ضد الانفلات الحراري، مما يجعلها خيارًا أكثر أمانًا لبعض التطبيقات المحمولة. يمكنك اختيارها للأجهزة التي تُعدّ السلامة والاستدامة فيها أهم من الحد الأقصى لإنتاج الطاقة.
1.3 خلايا العملة المعدنية
تُشغّل بطاريات الخلايا المعدنية العديد من الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والأجهزة الطبية. تجدها في الساعات الذكية، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية، وأجهزة السمع، وأجهزة مراقبة المرضى عن بُعد. تتميز هذه البطاريات المصغّرة بحجمها الصغير وقدرتها على العمل لفترات طويلة واستهلاكها المنخفض للطاقة. توفر الطرازات الشائعة، مثل حزمة بطاريات CR2032 USB، جهدًا ثابتًا قدره 3 فولت، مما يدعم توصيلًا دقيقًا للطاقة لنقل البيانات الحيوية.
تطبيقات الخلايا المعدنية الشائعة:
الساعات الذكية
بتتبع اللياقة البدنية
مساعدات للسمع
أزرار الاتصال الطبي
أجهزة ضبط نبضات القلب
أجهزة مراقبة مضخة الأنسولين
تستخدم بطاريات الخلايا المعدنية مركبات الليثيوم، أو القلويات، أو أكسيد الفضة، أو مركبات الزنك-الهواء. اختر خلايا الليثيوم المعدنية لإطالة عمرها وموثوقيتها. تساعدك خيارات حزم بطاريات USB هذه على تحقيق حلول طاقة مستدامة في مجال الرعاية الصحية والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.
تتضمن الاتجاهات الحديثة في تصميم البطاريات المصغرة البطاريات الناعمة والتخزين على الشريحة. بطاريات ميكرو ليثيوم أيون (micro-LIBs) نستخدم الآن أغشية رقيقة مغلفة، وهياكل رقمية مستوية، وهياكل ثلاثية الأبعاد. ستستفيد من انتشار أيوني مُحسّن، وكثافة طاقة وطاقة أعلى، ومقاومة أفضل للإجهاد. تدعم هذه التطورات الجيل القادم من حلول حزم بطاريات USB المستدامة والقابلة لإعادة الشحن للأجهزة المحمولة.
الجزء الثاني: الأداء والتطبيقات
2.1 الطاقة والحجم
يجب مراعاة كثافة الطاقة وحجمها عند اختيار البطاريات المصغرة للأجهزة المحمولة. وتلعب المواد المستخدمة في الأقطاب الكهربائية، والتركيب الفيزيائي، وشكل الخلية دورًا في تحديد كمية الطاقة التي يمكن للبطارية تخزينها ومدى صغر حجمها. على سبيل المثال، تأتي خلايا أيونات الليثيوم بأشكال أسطوانية، وجيبية، ومنشورية. يوفر كل شكل مزايا فريدة من حيث كثافة الطاقة، والإدارة الحرارية، والسلامة.
تؤثر مواد الأقطاب الكهربائية (الكاثود والأنود) بشكل مباشر على كثافة الطاقة.
يعد بناء خلية البطارية، بما في ذلك تحميل الأقطاب الكهربائية وكفاءة الإلكتروليت، أمرًا بالغ الأهمية.
يؤثر اختيار شكل الخلية على كل من الحجم وكثافة الطاقة.
عادةً ما توفر الخلايا الأكبر كثافة طاقة أعلى، ولكن يُمكن توصيل الخلايا الأصغر على التوالي للحفاظ على التماسك مع زيادة الجهد. كما تُساعد الخلايا الأصغر في التحكم الحراري، وهو أمرٌ بالغ الأهمية للسلامة.
يؤثر تركيب البطارية الكيميائي أيضًا على الجهد الاسمي وظروف الشحن المثلى. على سبيل المثال، بطاريات الليثيوم أيون تتمتع بجهد اسمي يبلغ حوالي 3.7 فولت، مما يسمح بتصميم أكثر إحكامًا مقارنةً بالمركبات الكيميائية القديمة مثل بطاريات الرصاص الحمضية. يقارن الجدول أدناه المركبات الكيميائية الشائعة المستخدمة في البطاريات المصغرة:
بطارية الكيمياء | جهد المنصة (فولت) | كثافة الطاقة (Wh / kg) | دورة الحياة النموذجية | تأثير الوزن | تحسين وقت التشغيل |
|---|---|---|---|---|---|
LCO (أكسيد كوبالت الليثيوم) | 3.7 | 150-200 | 500-1,000 | بلسم خفيف | طويل |
NMC (النيكل والمنغنيز والكوبالت) | 3.7 | 180-220 | 1,000-2,000 | بلسم خفيف | طويل |
LiFePO4 (فوسفات حديد الليثيوم) | 3.2 | 90-160 | 2,000-5,000 | معتدل | معتدل |
LMO (أكسيد الليثيوم المنغنيز) | 3.7 | 100-150 | 300-700 | بلسم خفيف | قصير |
LTO (أكسيد تيتانات الليثيوم) | 2.4 | 70-80 | 5,000-10,000 | ثقيل | قصير |
الحالة الصلبة | 3.7 | 250-350 | 1,000-10,000 | بلسم خفيف | طويل |
معدن الليثيوم | 3.7 | 350-500 | 500-1,000 | بلسم خفيف | طويل |
لمزيد من المعلومات حول الطاقة المستدامة وكيمياء البطاريات، راجع نهجنا نحو الاستدامة.
2.2 السلامة ودورة الحياة
عند اختيار بطارية للأجهزة المحمولة أو الطبية الحيوية، يجب إعطاء الأولوية للسلامة وعمر البطارية. فالبطاريات المصغّرة، وخاصةً بطاريات أيون الليثيوم وبوليمر أيون الليثيوم، قد تُشكّل مخاطر إذا لم تُدار بشكل صحيح.
يمكن أن يؤدي الهروب الحراري إلى نشوب حرائق أو انفجارات بسبب الحرارة الزائدة.
يؤدي الشحن غير الصحيح، وخاصة باستخدام الشواحن غير الأصلية، إلى زيادة خطر الفشل.
يمكن للظروف البيئية، مثل درجات الحرارة القصوى، أن تسبب التورم أو التشقق.
قد تؤدي جودة التصنيع الرديئة إلى حدوث ماس كهربائي وتلف البطارية.
تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على مكونات قابلة للاشتعال، مما قد يؤدي إلى مخاطر نشوب حريق.
يمكنك تقليل هذه المخاطر باستخدام نظام إدارة البطارية الموثوق به (BMSاختيار بطاريات قابلة لإعادة الشحن عالية الجودة، واتباع إرشادات النقل والاستخدام الآمن. توفر بطاريات NiMH حماية أفضل من الانفلات الحراري، مما يجعلها خيارًا أكثر أمانًا لبعض التطبيقات.
تختلف دورة حياة البطاريات المصغرة باختلاف تركيبها الكيميائي وتطبيقها. يلخص الجدول أدناه أهم الاختلافات:
نوع البطارية | كيمياء | الجهد االكهربى | السعة | نطاق حجم | التطبيقات |
|---|---|---|---|---|---|
بطارية ليثيوم أيون | LCO، NMC، وما إلى ذلك. | 3.7V | 200-1200 مللي أمبير | 10440 إلى 18650 | الهواتف الذكية، والطبية، والمركبات الكهربائية |
النيكل هيدريد المعادن | سبيكة AB5 | 1.2V | 600-2500 مللي أمبير | AAA إلى D | قابلة لإعادة الشحن منزليًا وصناعيًا |
خلية عملة | مختلف | 1.5V | محدود | LR44، CR2032، CR2025 | الأجهزة الطبية، والأجهزة القابلة للارتداء، والإلكترونيات الصغيرة |
للحصول على مصادر مسؤولة، راجع بيان معادن الصراع.
2.3 وقائع الاستخدام
تُشغّل البطاريات المُصغّرة مجموعةً واسعةً من الأجهزة المحمولة في مختلف القطاعات. يمكنك رؤيتها في الأجهزة القابلة للارتداء، والمعدات الطبية، وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء، والشاشات الصناعية. يُسلّط الجدول أدناه الضوء على أهمّ حالات الاستخدام:
قطاع | وصف حالة الاستخدام |
|---|---|
الأجهزة القابلة للارتداء | قم بتزويد أجهزة تتبع اللياقة البدنية والساعات الذكية وأجهزة مراقبة الصحة بالطاقة لجمع البيانات بشكل مستمر. |
خدمات الطبية | ضروري للأجهزة مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب وأنظمة توصيل الأدوية للعمل بشكل موثوق داخل الجسم. |
IOT | تستخدم في أجهزة استشعار البيئة وأجهزة الزراعة الذكية للتشغيل عن بعد ونقل البيانات. |
صناعي | يدعم الشاشات الصناعية وأجهزة الاتصالات المحمولة في البيئات الصعبة. |
مستهلكة | يدعم الأجهزة الصغيرة مثل سماعات الأذن اللاسلكية والكاميرات، مستفيدًا من البطاريات خفيفة الوزن وعالية السعة. |
تستفيد من البطاريات المرنة في الأجهزة الطبية القابلة للارتداء، مثل الساعات الذكية وأجهزة الاستشعار الحيوي لمراقبة الصحة. تدعم البطاريات المرنة الروبوتات اللينة وأجهزة مراقبة سلامة العمال في المصانع. تستخدم أساور اللياقة البدنية هذه البطاريات لتعزيز الراحة وإطالة عمرها.
تُتيح البطاريات المُصغّرة وظائف جديدة في الأجهزة المحمولة والطبية الحيوية. يُمكن استخدامها لإطلاق جزيئات الدواء، وإزالة رجفان القلب، وتوصيل الطاقة بواسطة الروبوتات الدقيقة. يضمن التوافق الحيوي تفاعلًا آمنًا مع الأنسجة الحيوية، بينما تُتيح قابلية التحلل البيولوجي التخلص الآمن بعد الاستخدام. تُتيح ميزات التحكم عن بُعد تشغيلًا دقيقًا في الإجراءات الجراحية البسيطة.
2.4 بطارية حيوية محمولة
تُحدث تقنية البطاريات الحيوية المحمولة نقلة نوعية في مجال الأجهزة الطبية الحيوية والأجهزة المُدمجة على الرقاقات. يُمكن استخدام بطارية حيوية مُصغّرة لتشغيل أنظمة إطلاق الأدوية، وأجهزة إزالة رجفان القلب، والروبوتات الدقيقة في الإجراءات الجراحية البسيطة. تتميز هذه البطاريات الحيوية بتوافقها الحيوي وقابليتها للتحلل الحيوي، مما يجعلها مثالية للغرسات الطبية والأجهزة المؤقتة.
طلب توظيف جديد | الوصف |
|---|---|
الافراج عن المخدرات | يتيح إطلاقًا متحكمًا للدواء بطريقة متوافقة حيويًا. |
إزالة الرجفان القلبي | يوفر مصدرًا للطاقة لإزالة الرجفان في علاجات القلب. |
الروبوتات الصغيرة | يدعم الأجهزة الروبوتية الصغيرة للإجراءات الجراحية الأقل تدخلاً. |
حاملة الطاقة المتنقلة | يتضمن جزيئات مغناطيسية لنقل الطاقة بكفاءة. |
العلاج القلبي اللاسلكي | أثبتت إمكاناتها في إدارة عدم انتظام ضربات القلب في النماذج الحيوانية. |
يمكنك أيضًا العثور على حلول بطاريات حيوية محمولة في أجهزة الطاقة الحيوية التي تدعم أهداف الشحن الذاتي والطاقة المستدامة. تُعد هذه البطاريات أساسية لتشغيل أجهزة الطاقة الحيوية من الجيل التالي في القطاعات الطبية، والروبوتية، وأنظمة الأمن، والبنية التحتية، والصناعية. للاطلاع على أحدث التطورات العلمية في أبحاث البطاريات الحيوية، تفضل بزيارة الطبيعة.
تقود البطاريات المصغرة والابتكارات في البطاريات الحيوية المحمولة مستقبل الأجهزة المحمولة المستدامة والقابلة لإعادة الشحن وعالية الأداء.
كما ترون، توفر بطاريات أيونات الليثيوم، وLiFePO4، وNMC، وLCO، وLMO، وLTO كثافة طاقة عالية، وعمرًا افتراضيًا طويلًا، وأمانًا للأجهزة المحمولة. وتوفر ابتكارات البطاريات الحيوية الشحن الذاتي والاستدامة.
اختر البطارية التي تتوافق مع معايير UN 38.3 و IEC 62660.
التقييم الاستدامة و المعادن الصراع المواضيع.
اكثر شيوعا | الوصف |
|---|---|
التصغير | يوفر تصميم البطارية المدمجة احتياجات B2B. |
الأسئلة الشائعة
ما هي العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار بطارية مصغرة لجهازك؟
ينبغي عليك تقييم كثافة الطاقة وحجمها وسلامتها وتوافقها. اختر بطارية تتناسب مع جهد جهازك وعمره الافتراضي ومتطلبات الاستخدام.
كيف تؤثر كيمياء بطاريات الليثيوم مثل LiFePO4 و NMC على أداء الجهاز؟
توفر كيمياء LiFePO4 وNMC وLCO وLMO وLTO جهدًا وكثافة طاقة وعمرًا زمنيًا مختلفين. يؤثر اختيارك للبطارية على مدة التشغيل والموثوقية والسلامة.
لماذا تفضل تطبيقات B2B مجموعات بطاريات الليثيوم على الأنواع الأخرى؟
توفر بطاريات الليثيوم كثافة طاقة عالية، وعمرًا افتراضيًا طويلًا، وجهدًا ثابتًا. ستستفيد من طاقة موثوقة للأجهزة الطبية والصناعية وإنترنت الأشياء.
