یک باتری لیتیومی یونی چگونه کار می‌کند؟
باتری یون‌لیتیم
باتری لیتیوم-یون یک خانواده از باتری‌های قابل شارژ است که در آن در زمان تخلیه، یونهای لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و در هنگام شارژ شدن درخلاف جهت حرکت می‌کنند. باتری‌های لیتیوم-یون معمولاً برای وسایل الکترونیکی قابل‌حمل و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوندو استفاده از آنها در کاربردهای هوافضا و نظامی در حال افزایش است.
باتری یون‌لیتیم
به صورت تجاری جنس الکترود منفی (آند) از گرافیت است. جنس الکتورد مثبت(کاتد) یکی از ماده‌های زیر است: یک لایه ای از اکسید (مثل لیتیم کبالت اکسید)، پلی آنیون مثل (لیتیم آهن فسفات) یا یک لعل مثل منگنز اکسید. باتری
باتریهای قابل شارژ را می‌توان به دو دسته کلی اسیدی و بازی تقسیم‌بندی نمود که هر کدام براساس جنس الکترودهای مثبت و منفی به انواع گوناگون تقسیم‌بندی می‌شوند. برای کاربردهای صنعتی ساکن در اکثر موارد از باتریهای نیکل–کادمیوم (بازی) و برای کاربردهای که در آن لرزش وجود دارد معمولاً از باتری سرب – اسید استفاده می‌گردد. از ویژگی‌های باتریهای قابل شارژ علاوه بر قابلیت شارژ مجدد، توان بالا، نرخ دشارژ سریع و مشخصه عملکرد بهتر دمای پائین می‌باشد. باتری نیکل - کادمیوم را معمولاً در Battery room یا باتری خانه نگهداری می‌کنند. باتری منیزیم
در سال ۲۰۱۴ یک باتری قابل شارژ منیزیم گزارش شده‌است با استفاده از یک یون رد و بدل، الیوین با بیس (trifluoromethylsulfonyl) الکترولیت ایمید / triglyme نوع MgFeSiO کاتد - سلول ظرفیت 300mAh است / گرم با ولتاژ 2.4V نشان داد. MgMnSiO نیز به عنوان یک کاتد درجهٔ بالقوه Mg قرار گرفته‌است. باتری یون‌لیتیم
در طول شارژ، یون لیتیم از کاتد به سوی آند حرکت کرده و در لایه آند ساکن می‌شود. جریان یون لیتیم از طریق الکترولیت است. وقتی این فرایند انجام می‌گیرد، باتری لیتیومی شارژ می‌شود و انرژی الکتریکی در آن ذخیره می‌گردد. در طی فرایند تخلیه، لیتیوم یون از طرف آند به طرف کاتد بر می‌گردد. وقتی که باتری لیتیومی پر می‌شود، حرکت جریان‌های الکترونی مخالف به طرف لیتیم یون‌ها، در مدار بیرونی انجام می‌گیرد. با توجه به حرکت این الکترون‌ها، جریان الکتریکی تولید می‌شود. در واقع، اختلاف پتانسیل و مقاومت که بین الکترودها ایجاد می‌شود، باعث می‌شود که جریان الکتریکی به حرکت در آید. وقتی که باتری لیتیومی از طریق یک منبع خارجی شارژ می‌شود، حرکت یونی اتفاق می‌افتد. باتری آلومینیومی-یونی
در سال ۲۰۱۰، آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) دستگاهی با ظرفیت ذخیره انرژی بالا را تولید و به ثبت رساند که ظرفیت انرژی باتری‌های یون آلومینیوم 1060Wh / kg در مقایسه با ظرفیت 406Wh / kg لیتیوم یونی بود. ORNL به جای الکترولیت آبی معمولی که گاز هیدروژن تولید کرده و باعث خوردگی آند آلومینیومی می‌شود، از یک الکترولیت یونی استفاده کرد. با این حال، الکترولیت‌های یونی رسانایی کمتری دارند و ظرفیت انرژی را کاهش می‌دهند. با کاهش فاصله بین آند و کاتد می‌تواند هدایت الکتریکی کاهش یافته را جبران کرد، اما باعث گرم شدن می‌شود. ORNL کاتدی را ساخته‌است که از اکسید منگنز تشکیل شده و باعث کاهش بیشتر خوردگی می‌شود. باتری آلومینیومی-یونی
باتری‌های آلومینیوم یونی عمر نسبتاً کوتاهی دارند زیرا با ترکیب گرما، سرعت شارژ و سیکل‌های شارژ-تخلیه می‌تواند به‌طور چشمگیری ظرفیت انرژی را کاهش دهد. نکته دیگر این است که وقتی باتری‌های فلزی یونی کاملاً تخلیه می‌شوند، دیگر نمی‌توان دوباره آنها را شارژ کرد. آی‌پد
آی‌پد از یک باتری داخلی قابل شارژ پلیمر یون لیتیوم (LiPo) استفاده می کند. این باتری ها توسط شرکت هایی در تایوان ساخته می شوند. آی‌پد با استفاده از آداپتور برق ۱۰ وات یو اس بی و سیم یو اس بی با یک اتصال دهنده یو اس بی در یک انتها و یک کانکتور ۳۰ پین در انتهای دیگر، با شارژ جریان بالای ۲ آمپر طراحی شده است. در حالی که می توان آن را توسط یک پورت یو اس بی استاندارد از رایانه شارژ کرد ، این موارد به ۰٫۵ آمپر محدود می شوند. در نتیجه، اگر آی‌پد در حالی که از پورت رایانه یو اس بی معمولی تغذیه می کنید، در حال اجرا است، ممکن است خیلی آهسته شارژ شود یا اصلاً شارژ نشود. پورت های USB پرقدرت که در رایانه ها و لوازم جانبی جدیدتر اپل یافت می شوند، قابلیت شارژ کامل را فراهم می کنند. منیزیم
تحقیقات در مورد باتری‌های فلز-هوا در منحصر به باتری‌های منیزیم-هوا نمی‌شود بلکه از فلزاتی همچون آلومینیم، لیتیم و سرب نیز در این باتری‌ها استفاده می‌شود اگر چه که از امر این تحقیقات زمان زیاد نمی‌گذرد. لازم است ذکر شود که میزان چگالی انرژی از نوع منیزیمی این باتری‌ها بیشتر است و در صورت استفاده از این لیتیم خروجی بیشتری نسبت به منیزیم خواهیم داشت؛ ولی همان‌طور که در مورد باتری‌های یونی لیتیمی گفته شد مشکل کمبود منابع در مورد این باتری‌ها نیز صادق است به صورتی که برای ساخت و تجهیز وسایل الکتریکی زیادی نیاز به لیتیم و ترکیبات مختلف آن خواهیم داشت؛ ولی می‌دانیم که سوخت باتری منیزیم-هوا را می‌توان با هزینه کمی بازیافت کرد و از طرفی دیگر میزان ذخایر منیزیم نسبت به لیتیم به مراتب بیشتر است. به همین دلیل است که می‌توان منیزیم را به عنوان سوختی مطمئن تر نسبت به لیتیم یاد کرد. باتری لیتیم پلیمر
تمامی سلول‌های لیتیوم- یون در سطوح بالای میزان شارژ (SOC) یا شارژ بیش‌ازحد به علت تبخیر جزئی منبسط می‌شوند. این امر می‌تواند موجب جدا شدن ورقه‌ها و در نتیجه تماس نامناسب بین لایه‌های سلول شده و قابلیت اطمینان و چرخه عمر سلول را کاهش دهد. این مشکل در سلول‌های لیتیوم – پلیمر بسیار ملموس است و این سلول‌ها به دلیل عدم وجود قاب مستحکم منبسط می‌شوند. سلول‌های لیتیومی با الکترولیت پلیمر جامد هنوز به‌طور کامل تجاری‌سازی نشده‌اند و در مرحله پژوهشی قرار دارند. نمونه‌های اولیه این سلول‌ها محصولی بین باتری‌های لیتیوم- یون (با الکترودت مایع) و باتری‌های کاملاً پلاستیکی لیتیوم- یون حالت‌جامد هستند. ترکیب یونی
در حالت جامد، یون‌های ترکیب یونی در یک ساختار بلورین قرار داشته و توانایی حرکت ندارند اما در صورتی که این ترکیبات به شکل مذاب درآمده یا در آب به صورت محلول در بیایند، امکان تحرک و جابه‌جایی یون‌ها فراهم می‌شود و در نتیجه انجام واکنش‌های الکتروشیمیایی با اعمال جریان الکتریکی امکان‌پذیر می‌شود. جابه‌جایی یون بین الکترودهای آند و کاتد در پیل‌های الکتروشیمیایی اساس عملکرد باتری‌های شیمیایی متداول است. همچنین، با اعمال جریان خارجی بر یک محلول یا مذاب حاوی ترکیب یونی امکان تولید مواد شیمیایی جدید فراهم می‌شود که این موضوع در صنایع شیمیایی از اهمیت بالایی برخوردار است. این عمل اصطلاحاً برق‌کافت نامیده می‌شود. باتری آلومینیومی-یونی
در سال ۲۰۱۶، یک تیم از دانشگاه مریلند یک باتری آلومینیوم / گوگرد قابل شارژ را گزارش داد که از کامپوزیت گوگرد / کربن به عنوان ماده کاتد استفاده می‌کند. شیمی قادر است چگالی انرژی نظری 1340 Wh / kg را فراهم کند. این تیم یک سلول نمونه اولیه ساخت که چگالی انرژی ۸۰۰ وات بر کیلوگرم را برای بیش از ۲۰ دوره نشان می‌دهد جریان مستقیم
ساده‌ترین مولد برق مستقیم باتری یا پیل شیمیایی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده در بعضی مواد را به صورت یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو قطب باتری آزاد می‌کند. به عنوان یک پیل بسیار ساده می‌توانید یک ورقه از جنس مس و یک ورقه از جنس روی را درون یک سیب زمینی فروکنید و در این صورت بین این دو ورقه اختلاف پتانسیلی مشاهده می‌نمایید. رایج‌ترین نوع باتری به صورت تجاری، باتری‌های خشک یا پیل لکلانشه است که در یک قطب آن عنصر روی و در قطب دیگر کربن به صورت گرافیت قرار گرفته‌است و ماده نشادر نقش محیط واسط را در آن بازی می‌کند. علت خشک نامیده شدن این باتری‌ها نیز استفاده نکردن از آب به عنوان محیط واسط است. از آنجا که این پیل‌ها توان تولید انرژی زیادی ندارند کاربرد صنعتی پیدا نکرده و کاربرد آن‌ها محدود به وسایل الکترونیکی کم مصرف مانند اسباب بازی‌های الکترونیکی، دوربین‌های عکاسی و … است. اخیراً تحقیقات بسیار وسیعی بر روی پیل‌های سوختی و هیدروژنی صورت گرفته که در این نوع پیل‌ها مواد سوختی با پایه هیدروکربنی و نیز هیدروژن بدون واسطه و با راندمان بسیار بالا به اختلاف پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌شود. نکته بسیار مهم این است که در بعضی موارد مفهوم باتری با مفهوم انباره اشتباه گرفته می‌شود. بسیاری از وسایلی که به عنوان باتری‌های قابل شارژ مجدد شناخته می‌شوند در حقیقت از نظر فنی انباره یا آکومولاتور است. مثلاً باتری اتومبیل یک انباره است که توانایی ذخیره کردن جریان الکتریسیته و پس دادن آن در هنگام لزوم دارد. باتری یون‌لیتیم
برای باتری‌های باتری نیکل– هیدرید فلز این نرخ در سال تا قبل از سال ۲۰۱۷ به ۱۰٪ تا ۳۰٪ در ماه بود اما با تغییر جزئی در ساختار این باتری‌ها به ۰٫۰۸٪ تا ۰٫۳۳٪ در ماه می‌رسد که بسیار قابل توجه است. باتری آلومینیومی-یونی
در آوریل ۲۰۱۵ محققان دانشگاه استنفورد ادعا کردند که یک باتری آلومینیوم یونی با زمان شارژ حدود یک دقیقه (برای ظرفیت باتری نامشخص) تولید کرده‌اند. آنها ادعا کردند که باتری آنها امکان آتش‌سوزی ندارد، ویدئویی از حفر سوراخ در باتری هنگام تولید برق ارائه می‌دهند. سلول آنها در صورت اتصال در یک سری دو سلوله، ۴ ولت را فراهم می‌کند. نمونه اولیه بیش از ۷۵۰۰ چرخه تخلیه شارژ بدون از دست دادن ظرفیت به طول انجامید. باتری لیتیم پلیمر
عملکرد این الکترولیت‌ها معمولاً بر مبنای پیکربندی نیم سلولی و همراه با یک الکترود فلزی لیتیوم که یک سیستم سلول لیتیوم- فلز را تشکیل می‌دهد، ارزیابی می‌شود. هرچند در برخی موارد این الکترولیت‌ها با مواد کاتدهای معمولی لیتیوم-یون مانند لیتیوم- یون – فسفات (LiFePO4) مورد آزمایش قرارگرفته‌اند. باتری
هر باتری یک مقاومت داخلی (R) دارد و اختلاف پتانسیل بین قطب‌های باتری (V)، زمانی که جریان I از آن می‌گذرد، برابر V=Eemf - IxR می‌باشد. فرایند تبدیل انرژی در باتری باعث افزایش مقاومت الکتریکی داخلی آن می‌شود و این حالت تا آنجا پیش می‌رود که نیروی محرکه دیگر توانایی غلبه بر آن را ندارد. افزایش مقاومت الکتریکی در باتری به دلیل نفوذ مادهٔ کاتد (منفی) به داخل مادهٔ آند رخ می‌دهد. در برخی از مواقع می‌توان با گرم و سرد کردن باتری (انداختن در آب جوش و منقبض و منبسط کردن باتری) یا زدن ضربه، مسیرهای جدیدی را برای عبور جریان ایجا کرده و مقاومت R را تاحدودی کم کرد. باتری لیتیم پلیمر
ایمنی سلول‌های لیتیوم- پلیمر مشکلاتی مشابه با سایر سلول‌های لیتیوم- یون دارند. این امر به این معنی است که شارژ بیش‌ازحد، تخلیه بیش‌ازحد، دمای بالا، اتصال کوتاه شدن، ضربه و نفوذ می‌تواند باعث خرابی‌اساسی شامل پاره شدن کیسه حاوی سلول‌ها، نشت الکترولیت و آتش‌سوزی شود. منیزیم
از این گذشته باتری‌های یونی لیتیمی، در زمینه تأمین مواد خام اولیه نیز با مشکلاتی رو به رو هستند. به‌طور معمول خودروها برای پیمودن مسافت ۵۰۰کیلومتری نیازمند توانی حدود ۱۰۰کیلووات ساعت هستند. حال به دلیل آنکه ظرفیت ویژه این عنصر برابر 3.83A.h/g بوده ولتاژ خروجی این باتری‌ها برابر ۳ ولت است در نتیجه توانی برابر ۱۱٫۵ وات ساعت را به ازای هر گرم لیتیم تولید می‌شود که برای تأمین انرژی فوق، ۸٫۷کیلوگرم لیتیم نیاز خواهد بود (البته با فرض این که ۱۰۰٪ توان تولید توسط لیتیم قابل استفاده قرارگیرد). در حال حاضر ۹۰۰ میلیون خودرو در جهان در حال استفاده است که میزان لیتیم مورد نیاز برای تجهیز این تعداد خودرو برابر ۷٫۸۰۰٫۰۰۰ خواهد بود و با توجه به این که میزان ذخایر در حال دسترس فعلی لیتیم برابر ۴میلیون تن است در نتیجه حتی اگر کل این مقدار در زمینه تولید خودرو مصرف شود با این حال این میزان از منابع کفاف تأمین این تعداد خودرو را نخواهد داشت. در حال حاضر سرانه تولید منابع لیتیم در جهان برابر ۲۵٫۰۰۰تن است ولی انتظار می‌رود که با افزایش میزان تقاضا این مقدار در آینده به سرعت رشد کند و در حال حاضر نیز رقابتی در این زمینه در جهان الخصوص بین آمریکا جنوبی و کشور چین شروع شده‌است؛ ولی گفت این نکته لازم است که اگر باتری‌های یونی لیتیمی فراگیر شوند در این صورت محدودیت ذخایری عنصر لیتیم نسبت به نفت خام بیشتر خواهد شد. همچنین گفته می‌شود که برای بازیافت لیتیم از باتری‌های یونی لیتیمی مصرف شده بیشتر از هزینه تولید آن‌ها به صورت معمول خواهد بود. آب دریا حاوی لیتیم است و تحقیقاتی در زمینه استخراج لیتیم از آب دریا در دست انجام است ولی در واقع میزان لیتیم موجود در آب دریا نسبت به میزان منیزیم بسیار ناچیز است به صورتی که در هر کیلوگرم آب دریا 1.29g منیزیم یافت می‌شود که این میزان برای لیتیم به 0.00001gدر هر کیلوگرم آب دریا تقلیل می‌یابد از طرفی در حال حاضر هزینه استخراج لیتیم از آب دریا حدود ۱۰۰ الی ۲۰۰ دلار خواهد شد و نیاز است که این هزینه برای کارآمد شدن و مطرح شدن لیتیم به عنوان سوخت کاهش یابد. بسته باتری لیتیومی اقیانوس‌شناسی با ظرفیت بالا
خودآزمایی به ما نمایان می‌کند که باتری و مدار ایمنی باتری به درستی کار می‌کنند، ولتاژ باتری در محدوده قابل قبولی است، باتری می‌تواند یک پالس جریان هشت آمپری 8A را تأمین کند و باتری می‌تواند از خود در برابر اتصال کوتاه حفاظت کند. آزمایش تأیید می‌کند که بسته باتری جدید است. در صورت اینکه تأیید شود که باتری جدید استفاده شده‌است، باید با تأمین کننده تماس گرفت. در برخی از مواقع، باتری که در دمای سرد ذخیره می‌شود، می‌تواند نتیجه آزمایشی را که نشان دهد به نحوی آن باتری استفاده شده‌است، حتی اگر ظرفیت اصلی خود را کرده باشد. سلول الکتروشیمیایی فلز–هوا
سلول‌های (پیل‌های) الکتروشیمیایی فلز–هوا گونه‌ای از سلول‌های الکتروشیمیایی هستند که در آن از یک آند فلزی و یک کاتد بیرونی که در واقع همان هوای اطراف است و یک الکترولیت (معمولاً آبی) تشکیل شده‌است. باتری لیتیم–هوا و آلومینیم–هوا نمونه‌هایی از این نوع پیل‌ها هستند. یک سلول الکتروشیمیایی فلز هوا استفاده می کند از آندی که ساخته شده است از یک فلز خاص و یک کاتد خارجی از هوای محیط. نوعاً به صورت استفاده از الکترولیت آبی یا آلی هستند و در هنگام تخلیه یک سلول الکتروشیمیایی فلز- هوا یک واکنش کاهشی در کاتد هوای محیط رخ می دهد، هنگامی که آند فلزی اکسید می شود. ظرفیت مخصوص و چگالی انرژی یک سلول های الکتروشیمیایی فلز- هوا از باتری های لیتیم یون بیشتر است و آن‌ها را به عنوان یک گزینه برتر برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی مطرح می کند.  اگرچه عوارض مرتبط با آند فلزی، کاتالیست و الکترولیت مانع از توسعه و اجرای باتری های فلز- هوا می شود. هر چند برخی از آن‌ها کاربردهای تجاری هم دارند. -1- باتری های لیتیوم - هوا چگالی انرژی قابل توجه بالای فلز لیتیوم (تا 3458 وات بر کیلوگرم) از طراحی باتری های لیتیوم - هوا الهام گرفته است. یک باتری لیتیوم - هوا از یک الکترود جامد لیتیوم ، یک الکترولیت اطراف این الکترود و یک الکترود هوای محیط حاوی اکسیژن تشکیل شده است. باتری های لیتیوم - هوا را می توان بر اساس الکترولیت استفاده شده و ساختار سلول الکتروشیمیایی بعدی به چهار زیر مجموعه تقسیم کرد. این دسته های الکترولیت ها حالت آبزی، آبی، مخلوط آبی / غیر شگفت انگیز و حالت جامد هستند که همه مزایا و معایب مشخص خود را دارند. با این وجود، بازده باتری های لیتیوم-هوا هنوز با تخلیه ناقص در کاتد، شارژ بیش از حد پتانسیل تخلیه و پایداری جزء ، محدود می شود. در هنگام تخلیه باتری های لیتیوم - هوا، یون سوپراکسید (O2−) تشکیل شده با الکترولیت یا سایر اجزای سلول واکنش می دهد و از شارژ مجدد باتری جلوگیری می کند.  2-1- باتری های سدیم - هوا باتری های سدیم هوا با امید به غلبه بر بی ثباتی باتری مرتبط با سوپراکسید در باتری های لیتیوم هوا ارائه شده است. سدیم با تراکم انرژی 1605 وات بر کیلوگرم ، چگالی انرژی بالای لیتیوم را ندارد. با این حال، می تواند یک سوپراکسید پایدار (NaO2) در مقابل سوپراکسید تحت واکنش های ثانویه مخرب تشکیل دهد. از آنجا که NaO2 برگشت پذیر است و تا حدی به اجزای اصلی تجزیه می شود ، این بدان معنی است که باتری های سدیم-هوا دارای ظرفیت ذاتی برای شارژ مجدد هستند. باتری های سدیم هوا فقط با الکترولیت های بی آب و بی آب می توانند کار کنند. هنگامی که یک الکترولیت DMSO با سدیم تری فلوئورومتان سولفونیمید تثبیت شد، بالاترین ثبات دوچرخه سواری باتری سدیم هوا (150 چرخه) به دست آمد.  3-1- باتری های پتاسیم - هوا باتری های پتاسیم - هوا نیز با امید به غلبه بر بی ثباتی باتری مرتبط با سوپراکسید در باتری های لیتیوم - هوا پیشنهاد شدند. در حالی که فقط دو تا سه چرخه تخلیه شارژ باتری های هوای پتاسیم به دست آمده است، اما تفاوت فوق العاده کم توان فقط 50 میلی ولت را ارائه می دهند.  4-1- روی - هوا از باتری های روی - هوا برای سمعک و دوربین فیلمبرداری استفاده می شود. 5-1- منیزیم - هوا 6-1-کلسیم - هوا 7-1- آلومینیوم - هوا 8-1- آهن - هوا باتری های قابل شارژ آهن- هوا یک فناوری جذاب با ظرفیت ذخیره انرژی در مقیاس شبکه است. ماده اولیه اصلی این فناوری اکسید آهن (زنگ زدگی) است که فراوان، غیر سمی، ارزان و سازگار با محیط زیست است. بیشتر باتری های تولید شده در حال حاضر از اکسید آهن (بیشتر پودرها) برای تولید / ذخیره هیدروژن از طریق واکنش Fe/FeO کاهش / اکسیداسیون (ردوکس) (Fe + H2O ⇌ FeO + H2)استفاده می کنند. در رابطه با یک پیل سوختی ، این سیستم را قادر می سازد تا مانند یک باتری قابل شارژ که از طریق تولید / مصرف برق باعث ایجاد H2O/H2 می شود، رفتار کند. بعلاوه، این فناوری حداقل تأثیرات زیست محیطی دارد زیرا می تواند برای ذخیره انرژی از منابع متناوب خورشیدی و بادی مورد استفاده قرار گیرد و یک سیستم انرژی با انتشار دی اکسید کربن کم ایجاد کند. روش کار سیستم می تواند با استفاده از واکنش اکسایش اکسید Fe/FeO شروع شود، سپس هیدروژن ایجاد شده در طی اکسیداسیون آهن توسط یک پیل سوختی همراه با اکسیژن هوا برای ایجاد برق مصرف می شود. هنگامی که باید برق ذخیره شود، هیدروژن تولید شده از آب با کارکرد معکوس سلول سوختی در هنگام کاهش اکسید آهن به آهن فلزی مصرف می شود. ترکیبی از هر دو این چرخه ها باعث می شود سیستم به عنوان یک باتری قابل شارژ هوا و هوا کار کند. محدودیت های این فناوری از مواد استفاده شده ناشی می شود. به طور کلی، بسترهای پودری اکسید آهن انتخاب می شوند، با این وجود، پخت سریع و پودر شدن پودرها، توانایی دستیابی به تعداد زیاد چرخه و در نتیجه ظرفیت کمتر را محدود می کند. روش های دیگری که در حال حاضر تحت بررسی هستند، مانند چاپ سه بعدی و یخ زدایی به دنبال ایجاد امکان ایجاد مواد معماری هستند تا بتوانند سطح و حجم زیاد را در طول واکنش ردوکس تغییر دهند. باتری آلومینیومی-یونی
باتری‌های آلومینیوم یونی دسته‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن یونهای آلومینیوم با جریان یافتن از سمت الکترود منفی باتری یعنی آند، به الکترود مثبت یعنی کاتد، انرژی الکتریکی را تولید می‌کنند. در هنگام شارژ مجدد، یون‌های آلومینیوم به الکترود منفی برمی گردند که یون می‌تواند سه الکترون را مبادله کنند. این بدان معنی است که یک یون Al معادل سه یون Li در کاتدهای معمولی است. همچنین با توجه به آن که از آنجا که شعاع یونی Al و Li نزدیک هستند، تعداد الکترون‌ها ی بیشتری بوسیله Al می‌تواند جذب کاتدها شود بدون آن که پودر شوند. در واقع وجود ۳ الکترون در یون Al هم مزیت و هم نقطه ضعف این نوع باتری است. در واقع انتقال ۳ واحد بار توسط یک یون به‌طور قابل توجهی ظرفیت ذخیره انرژی را افزایش می‌دهد که نکته مثبتی است اما از طرفی دیگر نیز درهم آمیختگی الکترواستاتیکی ماده میزبان با یک کاتیون سه ظرفیتی، یک واکنش الکتروشیمیایی بسیار قوی است. باتری لیتیم پلیمر
یکی از اصطلاحات مورد استفاده در پژوهش‌های انجام‌شده برای این سیستم شامل الکترولیت پلیمر هیبریدی (HPE) است. عبارت هیبریدی در اینجا به معنی ترکیب ماتریس پلیمر، حلال مایع و نمک خواهد بود. سیستمی مشابه با این توسط شرکت Bellcore برای ارائه مدلی اولیه از سلول لیتیوم- پلیمر در سال ۱۹۹۶ مورد استفاده قرارگرفته بود. در آن زمان این سیستم با نام سلول لیتیوم-یون پلاستیکی (PLiON) شناخته می‌شد و در سال ۱۹۹۹ به بازار عرضه گردید. باتری یون‌لیتیم
باتری لیتیوم بررسی انواع باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر باتری
از آنجایی که تولید برق توسط نیروگاه‌های بادی و خورشیدی منقطع است، باتری‌ها یک جزء بسیار مهم در تحقق اهداف توسعه پایدار و انرژی‌های نو هستند و به همین دلیل به سرعت در حال پیشرفت هستند. در سال ۲۰۱۹ اندازه بازار جهانی باتری برابر ۱۰۸٫۴ میلیارد دلار ارزیابی شده‌است و انتظار می‌رود از سال ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۷ با نرخ رشد مرکب سالانه ۱۴٫۱٪ رشد کند و به ۳۱۰٫۸ میلیارد دلار برسد. معمولاً هر باتری از یک یاچند سلول کوچک داخلی تشکیل شده‌است، در باتری‌ها ممکن است سلول‌ها برای افزایش جریان با هم موازی شده یا برای افزایش ولتاژ با هم سری شوند، هر سلول شامل دو نیم سلول است که به صورت سری توسط ماده‌ای الکترولیت -شامل یون‌های مثبت و یون‌های منفی - که رسانای الکتریکی می‌باشد به هم متصل‌اند. با اتصال باتری به مصرف‌کننده یون‌های منفی از طریق سیم هادی به مصرف‌کننده وارد شده و بعد از ایجاد انرژی در آن (انرژی گرمایی بر اثر عبور از یک مقاومت یا انرژی جنبشی بر اثر القا یا انرژی نور بر اثر پرتاب و…) به سمت یون‌های مثبت حرکت می‌کنند و به تدریج یون‌های مثبت (که در اینجا حفره‌ها هستند) را خنثی می‌کنند. با گذشت زمان یون‌های مثبت بیشتری خنثی شده و به تدریج انرژی باتری کم شده و مقاومت داخلی آن افزایش می‌یابد در این حالت بعد از گذشت مدت زمانی که معمولاً با آمپر ساعت باتری مشخص می‌شود باتری به صورت کامل تخلیه می‌شود؛ مثلاً یک باتری ۶۰ آمپر ساعت می‌تواند ۶ آمپر را تا ده ساعت تأمین کند، این باتری بعد از گذشت ۵ ساعت و با کشیدن جریان ۱۲ آمپر از ان به صورت کامل تخلیه می‌شود. با کاهش جریان دریافتی از باتری می‌توان مدت زمان کارایی آن را افزایش داد، در این حالت باید پارامترهای مانند دما، لزرش و مقدار تنش موجود در جریان را نیز در زمان نهایی لحاظ کرد. به عنوان مثال باتری ۶۰ آمپر ساعتی در حالت تئوری باید جریان ۲۰ آمپر را برای مدت زمان ۳ ساعت تأمین کند در حالی که با توجه به ساختار باتری و همچنین دمای محیط ممکن است این زمان تا نیم ساعت نیز کاهش یابد. باتری آلومینیومی-یونی
در داخل یک باتری، اتم‌های عنصر (لیتیوم یا آلومینیوم) مقداری از الکترون‌های خود را از دست می‌دهند بوسیله یک سیم خارجی جریان خود را به یک دستگاه منتقل می‌کنند. یون‌های لیتیوم به دلیل ساختار اتمی خود هر بار می‌توانند فقط یک الکترون تهیه کنند در حالی که آلومینیوم می‌تواند سه بار درهمین مدت زمان بدهد. آلومینیوم هم‌چنین نسبت به لیتیوم فراوان است که باعث کاهش هزینه‌های مواد می‌شود. باتری یون‌لیتیم
در صورتی باتری بیش از تخلیه شود یا بیش از حد شارژ شود باتری خراب می‌شود. به همین منظور از مدار محافظ الکترونیکی در باتری‌ها استفاده می‌شود. این مدار را شما حتی روی باتری‌های قدیمی گوشی‌های قدیمی نیز می‌توانید ببینید. دلیل استفاده از کلمه بسته باتری نیز همین می‌باشد. باتری یون‌لیتیم
باتری‌ها رفته رفته و به مرور زمان خود به خود از میزان شارژ آنها کاسته می‌شود. برای باتری‌های لیتیومی امروزی معمولاً این میزان به ۱٫۵ تا ۲ درصد در ماه می‌رسد. با افزایش دما و وضعیت شارژ باتری این نرخ می‌تواند افزایش یابد. باتری‌های لیتیومی سال ۱۹۹۹ میزان خود تخلیه ای در حدود ۸٪ در دمای ۲۱ درجه و ۱۵٪ در دمای ۴۰ درجه و ۳۱٪ در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد داشتند. باتری یون‌لیتیم
واکنش کلی (چپ به راست تخلیه و راست به چپ شارژ را نشان می‌دهد): خودروی برقی
در فناوری خودروهای برقی باتری یکی از نقش‌های مهم را بر عهده دارد. عواملی چون ظرفیت باتری، عملکرد باتری، دوام باتری، طول عمر، چگالی انرژی، چگالی توان، حساسیت نسبت به دما، زمان شارژ و قیمت از شاخصه‌های مهم انتخاب باتری می‌باشد. باتری بسیاری از خودروهای برقی که امروزه تولید می‌شوند از نوع لیتیوم-یون هستند. اگرچه باتری‌های لیتیومی اغلب به خاطر ظرفیت زیاد و چگالی انرژی مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی عمر مفید و دوام آن‌ها محدود است و این مسئله از عمده عواملی است که هزینه‌های ساخت و تولید خودروی برقی را بالا برده‌است. تحقیقات برای استفاده از ترکیبات دیگری از لیتیوم مانند فسفات‌آهن-لیتیوم و لیتیوم-تیتانات برای حل مشکل دوام و عمر باتری‌ها در جریان است. انواع دیگر باتری‌های مورد استفاده در خودروی برقی عبارتند از: باتری اسید-سرب
الکترولیت که محیط ما بین دو الکترود را پر می‌کند و در واقع بستری برای عبور شارژ بین الکترودهای مثبت و منفی را فراهم می‌آورد. در باتریهای سرب اسیدی هر دو قطب در محلولی از اسید سولفوریک (H2SO4) با غلظتی در حدود ۲۵ تا ۴۰ درصد و آب (H2O) با غلظتی در حدود ۶۰ تا ۷۵ درصد، غوطه ور هستند. ترکیب آب و اسید سولفوریک باعث می‌شود که اسید سولفوریک به صورت یونیزه درآمده و به یونهای H+ و HSO4- تبدیل شود. باتری یون‌لیتیم
باتری‌های لیتیمی نسبت به باتری‌های نیکل–کادمیم بسیار گرانتر هستند اما در رنج گرمای بیشتری کار می‌کنند و چگالی انرژی بیشتری دارند. این باتری‌ها نیاز به مدار محافظ دارند تا ولتاژ پیک رو کنترل کنند. باتری
ایزولیتور باتری باتری آلومینیومی-یونی
باتری‌های آلومینیوم یونی از نظر مفهومی مشابه باتری‌های لیتیوم یونی هستند، اما به جای آند لیتیوم، دارای آند آلومینیوم هستند. در حالی که ولتاژ تئوری باتری‌های آلومینیوم یونی (۲٫۶۵ ولت) کمتر از باتری‌های لیتیوم یونی (۴ ولت) است اما ظرفیت انرژی نظری برای باتری‌های یون آلومینیوم 1060Wh / kg در مقایسه با ظرفیت 406Wh / kg لیتیوم یونی است. باتری لیتیم-هوا
تاریخچه باتری های Li-air که در اصل در دهه 1970 به عنوان منبع احتمالی برق برای وسایل نقلیه الکتریکی باتری و وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پیشنهاد می شد، در اواخر دهه اول 2000 به دلیل پیشرفت در علم مواد، مورد توجه علمی قرار گرفتند. اگرچه ایده وجود یک باتری لیتیوم - هوا مدتها قبل از سال 1996 بود، نسبت خطر به سود برای پیگیری بسیار بالا تصور می شد. در واقع، هر دو الکترود منفی (فلز لیتیوم) و مثبت (هوا یا اکسیژن) دلیل این امر هستند که به ترتیب، باتری های لیتیوم فلزی قابل شارژ در دهه 1970 به بازار نرسیدند (باتری یون‌لیتیم در یک دستگاه تلفن همراه از ترکیب گرافیت LiC6- روی الکترود منفی، نه یک فلز لیتیوم). با این وجود، به دلیل کمبود قابل درک سایر گزینه ها برای باتری های قابل شارژ با انرژی زیاد و به دلیل برخی نتایج امیدوار کننده از آزمایشگاه های دانشگاهی ، هم تعداد حق ثبت اختراع و هم انتشارات حوزه آزاد مربوط به اکسیژن لیتیوم (از جمله Li-air) باتری ها در سال 2006 رشد نمایی کردند. با این حال، مشکلات فنی پیش روی چنین باتری ها، به ویژه زمان شارژ مجدد، حساسیت به نیتروژن و آب و هدایت ضعیف ذاتی گونه های شارژ شده Li2O2 چالش های اساسی است.  طراحی و بهره برداری به طور کلی یون های لیتیوم بین آند و کاتد در سراسر الکترولیت حرکت می کنند. در حال تخلیه، الکترون ها مدار خارجی را برای انجام کارهای الکتریکی دنبال می کنند و یون های لیتیوم به کاتد مهاجرت می کنند. در هنگام شارژ صفحات فلزی لیتیوم بر روی آند ، آزاد شدن O2 در کاتد. باتری های غیرآبی (با Li2O2 یا LiO2 به عنوان فرآورده های تخلیه) و آبی (LiOH به عنوان محصول تخلیه) باتری Li-O2 در نظر گرفته شده است. باتری آبی برای جلوگیری از واکنش فلز Li با آب به یک لایه محافظ روی الکترود منفی نیاز دارد. باتری آلومینیومی-یونی
امروزه باتری‌های لیتیوم یونی دارای چگالی توان بالا (تخلیه سریع) و چگالی انرژی بالا هستند (شارژ زیادی را در خود نگه می‌دارند). آن‌ها هم‌چنین می‌توانند ساختار دندریتی ایجاد کنند که می‌تواند اتصال کوتاه در باتری ایجاد کند و منجر به آتش‌سوزی شود. هم‌چنین آلومینیوم انرژی را با کارایی بیشتری منتقل می‌کند. دریل
باتری یونِ لیتیوم دریل‌ها شامل انواع مختلفی می‌شوند. مثل: منبع تغذیه بدون وقفه
۲- باتری و شارژر باتری: بعد از استفاده از توان الکتریکی باتری هنگام قطع برق، ذخیره باتری نیاز به شارژ مجدد دارد. شارژ مجدد باتری توسط مدار شارژ یو پی اس هنگام وصل مجدد شبکه برق انجام می‌شود. باتری یو پی اس از نوع سیلد اسید و نیکل کادمیوم است.یوپی‌اس‌های آفلاین یا آماده به کار، با زمان حفاظت ۲۰ دقیقه که گسترش ظرفیت آن معمولاً امکان‌پذیر نیست. باتری آلومینیومی-یونی
همانند سایر باتری‌ها، ساختار اصلی باتری‌های آلومینیوم یونی نیز تشکیل شده از دو الکترود است که بوسیله یک الکترولیت بهم دیگر متصل می شون. در واقع الکترولیت یک ماده رسانایی یونی (و نه الکتریکی) است که واسطه ای برای جریان یافتن حامل‌های بار است. هواوی میت ۹
باتری این گوشی تلفن همراه از نوع لیتیوم پلیمری ۴۰۰۰ میلی‌آمپری می‌باشد؛ که از فناوری super charge بهره می‌برد. تا تلفن همراه بتواند بیشترین جریان ممکن را دریافت کند. سدیم هیدروکسید
سلول‌های باتری لیتیومی، در صورت بلعیده شدن، حتی اگر خرد نشده باشد باعث آسیب جدی می‌شود. آسیب ناشی از محتویات باتری نیست، بلکه جریان الکتریکی ایجاد شده باعث ایجاد سدیم هیدروکسید می‌شود و مری و رگ‌های خونی را می‌سوزاند و می‌تواند منجر به خونریزی منجر به مرگ شود. باتری لیتیم آهن فسفات
باتری لیتیم آهن فسفات گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند. این باتری‌ها که نوع خاصی از باتری لیتیم-یون است، دارای کاتدی از جنس لیتیم آهن فسفات است. همچنین این پیل الکتروشیمیایی می‌تواند ولتاژی تا حدود ۳٫۲ ولت را پشتیبانی کند. باتری لیتیم پلیمر
برای مجموعه سلول‌های لیتیوم- پلیمر که به شکل سری به هم متصل شده‌اند، یک شارژکننده اختصاصی می‌تواند بر میزان شارژ هر سلول نظارت کرده و تمامی سلول‌ها را به سطح یکسانی از شارژ برساند (SOC). برخلاف سلول‌های لیتیوم- یون استوانه‌ای و منشوری که در یک قاب صلب فلزی قرار دارند، سلول‌های لیتیوم – پلیمر دارای قاب انعطاف‌پذیر فویل (ورقه پلیمری) است و در نتیجه این سلول‌ها انعطاف‌پذیری بیشتری دارند. این سلول‌ها تقریباً ۲۰٪ سبک‌تر از سلول‌های استوانه‌ای معادلشان با ظرفیت یکسان هستند. اثر حافظه
اثر حافظه () که همچنین به نام‌های مختلفی مانند: اثر باتری، اثر باتری تنبل یا حافظه باتری شناخته می‌شود به پدیده‌ای گفته می‌شود که در باتری‌های قابل شارژ نیکل کادمیم و نیکل هیدرید فلز رخ داده و باعث می‌شود که این باتری‌ها شارژ را کمتر در خود نگه دارند. اثر باتری بدین گونه رخ می‌دهد که وقتی باتری‌های نیکل کادمیم را که کاملاً خالی نشده‌است و ما باتری را شارژ می‌کنیم یا وقتی که باتری کاملاً پر نشده‌است و ما باتری را از شارژر جدا می‌کنیم به تدریج این باتری‌ها بیشترین ظرفیت خود را از دست می‌دهند.برای مثال: وقتی فردی باتری نیکل-کادمیوم خود را زمانی که شارژ آن ۲۰٪ است شارژ کند و زمانی که ۷۰٪ شارژ شد از شارژر جدا کند به مرور زمان که این کار تکرار شد در باتری نیکل کادمیوم اثر حافظه پدید آمده و باتری فکر می‌کند که کمترین شارژ باتری (صفر درصد) همان ۲۰٪ است و بیشترین شارژ باتری (صد درصد) همان ۷۰٪ است و مقدار فضای زیر ۲۰٪ و بالای ۷۰٪ را نادیده می‌گیرد و بدین صورت کامل شارژ نمی‌شود. باتری خودرو
موضوع مهم دیگر تشخیص نوع باتری خودرو است. آنگونه که کارشناسان می‌گویند، دو نوع باتری برای خودروها وجود دارد، باتری‌های «تر» یا باتری‌های اسیدی که در دسته باتری‌های قدیمی قرار می‌گیرند و باتری‌های اتمی یا باتری‌های پیل‌خشک که امروزه بیشتر استفاده می‌شوند. از راه‌های تشخیص خرابی در باتری اتمی را چراغ هشداری است که در صفحه پشت فرمان تعبیه شده است. درصورتی‌که رنگ سبز این چراغ خاموش شده باشد، یعنی عمر باتری شما رو به اتمام است. باتری‌‌های اسیدی نیز که درونش صفحه‌های سربی وجود دارد چون به مرور زمان دچار خوردگی می‌شوند؛ بنابراین باتری متورم و دچار زنگ‌زدگی می‌شود و این موضوع نشان‌دهنده خراب شدن باتری خودرو است. لایه نازک
از فناوری چاپ لایه نازک برای اعمال پلیمرهای لیتیوم حالت جامد بر بسترهای مختلف استفاده می‌شود تا باتری‌های منحصر به فردی برای کاربردهای تخصصی ایجاد شوند. باتری‌های لایه نازک می‌توانند مستقیماً روی تراشه‌ها یا بسته‌های تراشه به هر شکل و اندازه‌ای لایه‌نشانی شوند. باتری‌های قابل انعطاف را می‌توان با چاپ روی پلاستیک، فویل نازک فلزی یا کاغذ ساخت. باتری آلومینیومی-یونی
۱-یک چرخه تخلیه شارژ سریع که می‌تواند در یک دقیقه تکمیل شود باتری لیتیم-هوا
کاتد در هنگام شارژ در کاتد، اکسیژن از طریق کاهش الکترون را به لیتیوم اهدا می کند. از کربن مزوپور به عنوان یک بستر کاتدی با کاتالیزورهای فلزی استفاده شده است که باعث افزایش سینتیک کاهش و افزایش ظرفیت خاص کاتد می شود. منگنز، کبالت، روتنیوم، پلاتین، نقره یا مخلوطی از کبالت و منگنز از کاتالیزورهای فلزی بالقوه هستند. تحت برخی شرایط کاتدهای کاتالیز شده منگنز بهترین عملکرد را داشتند، با ظرفیت خاص 3137 mA·H/g و کاتدهای کاتالیز شده با کبالت با بهترین ظرفیت 2414 mA·H/g دومین بهترین ها را داشتند. بر اساس اولین مدل سازی مقیاس منافذ باتری های لیتیوم - هوا، ساختار ریز کاتد به طور قابل توجهی بر ظرفیت باتری هم در رژیم های غیر مسدود کننده منفذ و هم در منافذ منفذ تأثیر می گذارد.  بیشتر محدودیت های باتری Li-air در کاتد است که منبع مزایای بالقوه آن نیز می باشد. اکسیژن اتمسفر باید در کاتد وجود داشته باشد، اما آلودگی هایی مانند بخار آب می تواند به آن آسیب برساند. تخلیه ناقص به دلیل انسداد کاتد کربن متخلخل با محصولات تخلیه مانند پراکسید لیتیوم (در طرح های غیر عادی) جدی ترین است. کاتالیزورها در ایجاد هسته ترجیحی Li2O2 بیش از Li2Oترجیح داده شده اند ،که با توجه به لیتیوم برگشت پذیر نیست.  عملکرد Li–air با کارایی واکنش در کاتد محدود می شود، زیرا بیشتر افت ولتاژ در آنجا اتفاق می افتد. چندین ترکیب شیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفته است که توسط الکترولیت آنها متمایز شده است. این بحث بر روی الکترولیت های آلی و آبی متمرکز است زیرا الکتروشیمی حالت جامد به خوبی درک نشده است. در یک سلول با الکترولیت آپروتیک اکسیدهای لیتیوم از طریق کاهش در کاتد تولید می شود: Li+ + e− +LiO2*→Li2O2* جایی که "*" یک سایت سطح در Li2O2 را نشان می دهد که در آن رشد ادامه می یابد، که در اصل یک جای خالی Li2O2 در سطح است. اکسیدهای لیتیوم در الکترولیت های غیرقابل حل نیستند ، که منجر به گرفتگی کاتد می شود.  یک MnO2 کاتد آرایه نانوسیم تقویت شده توسط ویروس باکتریوفاژ اصلاح شده ژنتیکی M13 دو تا سه برابر چگالی انرژی باتری های لیتیوم یون دوران 2015 را ارائه می دهد. این ویروس اندازه آرایه نانوسیم را که عرض آن حدود 80 نانومتر است، افزایش داد. سیم های حاصل دارای سطح سنبله ای بودند. سنبله ها سطح بیشتری را برای میزبانی از سایت های واکنش ایجاد می کنند. روند ویروسی به جای سیم های جدا شده، باعث ایجاد ثبات در الکترود یک ساختار سه بعدی متقابل می شود. روند ویروسی مبتنی بر آب است و در دمای اتاق انجام می شود.  3-2- الکترولیت باتری های Li–air بر روی چهار الکترولیت متمرکز شده است: اسیدی آبی، قلیایی آبی، غیرآبی دارای پروتون آزاد و آلی. در سلول با الکترولیت آبی کاهش در کاتد همچنین می تواند هیدروکسید لیتیوم تولید کند: 3-2-1- باتری لیتیم آبی  یک باتری لیتیوم آبی از یک آند فلز لیتیوم، یک الکترولیت آبی و یک کاتد کربن متخلخل تشکیل شده است. الکترولیت آبی نمک های لیتیوم محلول در آب را ترکیب می کند. از مسئله گرفتگی کاتد جلوگیری می کند زیرا محصولات واکنش در آب محلول هستند. طرح آبی از پتانسیل تخلیه عملی بالاتری نسبت به نمونه قیمتی خود برخوردار است. با این حال، فلز لیتیوم به شدت با آب واکنش نشان می دهد و بنابراین طرح آبی به یک رابط الکترولیت جامد بین لیتیوم و الکترولیت نیاز دارد. معمولاً از سرامیک یا شیشه رسانای لیتیوم استفاده می شود، اما رسانایی به طور کلی کم است (به ترتیب 10−3 S/cmدر دمای محیط).  الکترولیت اسیدی 2Li + ½ O2 +2H+→ 2Li++ H2O  یک پایه مزدوج در واکنش نقش دارد. حداکثر تئوری انرژی خاص و خاصیت چگالی انرژی سلول Li–air به ترتیب 1400 W·h/kg و 1680 W·h/l است.  3-2-3- الکترولیت آبی قلیایی 2Li + ½ O2 + H2O→ 2LiOH مولکول های آب در واکنش های اکسایش کاتد هوا نقش دارند. حداکثر تئوری انرژی خاص و سلول مخصوص چگالی انرژی به ترتیب 1300 W·h/kg و 1520 W·h/l است.  مواد جدید کاتدی باید محل استقرار مقادیر قابل توجهی از LiO2, Li2O2 و یا LiOH را تشکیل دهند. بدون اینکه منافذ کاتد را مسدود کرده و از کاتالیزورهای مناسب برای عملی سازی واکنشهای الکتروشیمیایی استفاده کند. مواد سیستم منافذ دوگانه امیدوار کننده ترین ظرفیت انرژی هستند. اولین سیستم منافذ به عنوان فروشگاه محصولات اکسیداسیون عمل می کند.  دومین سیستم منافذ به عنوان انتقال اکسیژن عمل می کند. 3-2-4- آپروتیک (آلی) ابتدا باتری های غیر آبی Li-air نشان داده شدند. آنها معمولاً از حلالهای کربنات اتیلن + کربنات پروپیلن با نمکهای LiPF6 یا Li bis-sulfonimide مانند باتریهای لیتیوم یون معمولی استفاده می کنند، البته با الکترولیت مایع و ژل دار. اختلاف ولتاژ در شارژ و تخلیه جریان ثابت معمولاً بین 1.3 و 1.8 ولت است (با OCP حدود 4.2 ولت) حتی در جریان های کم مضحک مانند 0.01–0.5 mA/cm² و 50-500 میلی آمپر / گرم C در الکترود مثبت  با این حال، حلال های کربنات بخاطر اضافه ولتاژ زیاد در هنگام شارژ، تبخیر شده و اکسید می شوند. حلالهای دیگری مانند گلیم های درپوشیده شده، DMSO ، دی متیل استامید و مایعات یونی در نظر گرفته شده اند. کاتد کربن در هنگام شارژ بالاتر از +3.5 V v Li اکسید شده و Li2CO3 را تشکیل می دهد، که منجر به کاهش ظرفیت برگشت ناپذیر می شود.  بیشترین تلاش ها شامل مواد آپروتیک بود که متشکل از یک آند فلز لیتیوم، یک الکترولیت آلی مایع و یک کاتد کربن متخلخل است. الکترولیت را می توان از هر مایع آلی که قادر به حل نمک های لیتیوم است مانند  LiPF6, LiAsF6, LiN(SO2CF3) 2, LiSO3CF3) ساخت. اما معمولاً از کربناتها، اترها و استرها تشکیل شده است. کاتد کربن معمولاً از یک ماده کربنی با سطح بالا با کاتالیزور اکسید فلز با ساختار نانو (معمولاً MnO2 یا Mn3O4) ساخته می شود. یک مزیت عمده تشکیل خود به خودی مانع بین آند و الکترولیت است (مشابه سد تشکیل شده بین الکترولیت و آندهای کربن لیتیوم در باتری های لیتیوم یونی) که از فلز لیتیوم در برابر واکنش بیشتر با الکترولیت محافظت می کند. اگرچه قابل شارژ است، Li2O2 تولید شده در کاتد به طور کلی در الکترولیت آلی نامحلول است و منجر به تجمع در طول رابط کاتد / الکترولیت می شود. این باعث می شود کاتدهای موجود در باتری های آپروتیک در معرض گرفتگی و افزایش حجم باشند که به تدریج رسانایی را کاهش داده و عملکرد باتری را تخریب می کند. مسئله دیگر این است که الکترولیت های آلی قابل اشتعال هستند و در صورت آسیب سلول می توانند مشتعل شوند.  اگرچه اکثر مطالعات موافق Li2O2 هستند. محصول تخلیه نهایی باتری های غیر آبی Li-O2 است، شواهد قابل توجهی نشان می دهد که شکل گیری آن به عنوان یک کاهش مستقیم 2 الکترون به پراکسید 2 O2− انجام نمی شود (که مسیر مشترک کاهش O2 در آب بر روی کربن است) بلکه از طریق کاهش یک الکترون به سوپراکسید O2− ، به دنبال عدم تناسب آن. 2LiO2⇌Li2O2+O2  سوپراکسید (O−2)به دلیل هسته ای بودن، بنیادی بودن و پتانسیل اکسایش (Redox) بالا ، به طور سنتی به عنوان یک واسطه خطرناک در باتری های اکسیژن غیرعادی مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، گزارش ها نشان می دهد که LiO2 در حین تخلیه واسطه است پراکسید 2O2) (Li می تواند به عنوان محصول تخلیه نهایی مورد استفاده قرار گیرد ، به طور بالقوه با عمر چرخه بهبود یافته، البته با انرژی خاص کمتر (وزن باتری کمی سنگین تر). در واقع، نشان داده شد که تحت شرایط خاص، سوپراکسید می تواند در مقیاس 20-70 ساعت در دمای اتاق پایدار باشد. با از دست دادن ظرفیت برگشت ناپذیر با عدم تناسب LiO2 در باتری شارژ شده، رسیدگی نشد. به نظر می رسد Pt / C بهترین الکتروکاتالیست برای تکامل O2 و Au / C برای کاهش O2 در هنگام تولید 2O2 Li است. با این وجود ، عملکرد باتری های لیتیوم-هوا قابل شارژ با الکترولیت های غیر آبی توسط واکنش های موجود بر روی الکترود اکسیژن، به ویژه توسط تکامل O2 محدود می شود. الکترودهای متناوب متخلخل هوا از کربن قادر به تأمین ظرفیت های mAh / g و mAh/cm2 نیستند نرخ در اندازه مورد نیاز برای باتری های با چگالی انرژی بسیار بالا برای برنامه های کاربردی EV. ظرفیت (در mAh/cm2) و عمر چرخه باتری های غیر آبی Li-O2 با رسوب نامحلول و رسانای الکترونیکی ضعیف محدود می شود. مراحل LiOx هنگام تخلیه.  ( Li3O4پیش بینی می شود هدایت Li+ بهتری از فاز LiO2 و Li2O2 باشد. این امر باعث می شود که انرژی ویژه عملی باتری های LiO2 به مراتب کوچکتر از پیش بینی سطح واکنش دهنده باشد. به نظر می رسد که این پارامترها به حد مجاز خود رسیده اند و تنها از روش های جایگزین انتظار پیشرفت بیشتر است. 2-3-5- مخلوط آبی - آلی طراحی باتری های آبی-آلی یا مخلوط باتری Li-air تلاش می کند تا مزایای طراحی باتری های آلی و آبی را متحد کند. ویژگی مشترک در طراحی های ترکیبی، الکترولیت دو بخشی (یک قسمت آبی و یک قسمت غیر متحرک) است که توسط غشا رسانای لیتیوم متصل می شود. آند در حالی که کاتد با طرف آبی در تماس است از طرف آلی قرار دارد. سرامیک رسانای لیتیوم معمولاً به عنوان غشایی که به دو الکترولیت می پیوندد استفاده می شود.  یکی از این روشهای جایگزین است که امکان ترکیب آند فلز لیتیوم با کاتد آبی را فراهم می کند. الکترولیت های جامد سرامیکی (CSEs) از خانواده NASICON (به عنوان مثال، e.g., Li1−xAxM2−x(PO4)3 A ∈ [Al, Sc, Y] and M ∈ [Ti, Ge]) مورد مطالعه قرار گرفته است.  سازگار با آب در pH قلیایی و داشتن یک پنجره الکتروشیمیایی بزرگ )مطابق شکل ) ، هدایت یونی Li+ پایین آنها در نزدیکی دمای اتاق (< 0.005 S/cm, >85 Ω cm2) آنها را برای برنامه های ذخیره سازی انرژی در خودرو و ثابت که تقاضای کم هزینه دارند ، نامناسب می کند (یعنی تراکم جریان بیش از 100 میلی آمپر در سانتی متر مربع). علاوه بر این، هر دو Ti و Ge توسط فلزی Li کاهش می یابند، و یک لایه میانی بین الکترود سرامیکی و الکترود منفی مورد نیاز است. در مقابل، الکترولیت های پلیمری جامد (SPEs) می توانند هدایت بالاتری را در هزینه عبور متقاطع از آب و سایر مولکولهای کوچک که نسبت به لیز فلزی واکنش نشان می دهند، فراهم کنند. از جمله غشاهای عجیب و غریب در نظر گرفته شده برای باتری های Li-O2 ، سیلیکون تک بلوری است.  در سال 2015 محققان طرحی را اعلام کردند که از گرافن بسیار متخلخل برای آند ، الکترولیت لیتیوم بیس (تری فلوئورومتیل) سولفونیمیلید / دی متیو اکیزتان با آب و یدید لیتیوم اضافه شده برای استفاده به عنوان "واسطه" استفاده می کند. الکترولیت بجای پراکسید لیتیوم (Li2O2) هیدروکسید لیتیوم (LiOH) در کاتد تولید می کند. 2) این نتیجه بهره وری انرژی 93 درصد (فاصله ولتاژ 2/0) و بیش از 2 هزار بار چرخه را با تأثیر کم بر خروجی ارائه می دهد. با این حال، طراحی به جای هوای محیط به اکسیژن خالص نیاز داشت.  2-3-6- استفاده از الکترولیت جامد  یک طراحی باتری حالت جامد از نظر ایمنی جذاب است و احتمال احتراق در پارگی را از بین می برد. باتری های لیتیوم حالت جامد کنونی از یک آند لیتیوم ، یک الکترولیت سرامیک ، شیشه یا شیشه و سرامیک و یک کاتد کربن متخلخل استفاده می کنند. آند و کاتد معمولاً توسط کامپوزیت های پلیمری و سرامیکی از الکترولیت جدا می شوند که انتقال بار را در آند افزایش داده و کاتد را به الکترولیت به صورت الکتروشیمیایی جفت می کنند. کامپوزیت های پلیمر و سرامیک باعث کاهش امپدانس کلی می شوند. اشکال اصلی در طراحی باتری حالت جامد، رسانایی کم اکثر الکترولیت های سرامیک شیشه ای است. رسانایی یونی رساناهای یونی سریع لیتیوم پایین تر از گزینه های الکترولیت مایع است. باتری لیتیم پلیمر
ساده‌ترین روش برای ساخت این سلول‌ها استفاده از یک ماتریس پلیمر مانند پلی وینیلیدین فلوراید (PVdF) یا پلی آکریلونایتریل (PAN)، به شکل ژل با استفاده از نمک‌ها و محلول‌های پرکاربرد مانند LiPF6 در EC/DMC/DEC است. باتری آلومینیم–هوا
برای ایجاد باتریهای هوای مناسب برای وسایل نقلیه الکتریکی هنوز مشکلات فنی حل شده است. آندهای ساخته شده از آلومینیوم خالص توسط الکترولیت خورده می شوند ، بنابراین آلومینیوم معمولاً با قلع یا عناصر دیگر آلیاژ می شود. آلومینای هیدراته شده که در اثر واکنش سلول ایجاد می شود ماده ای ژل مانند را در آند تشکیل می دهد و میزان تولید برق را کاهش می دهد. این مسئله ای است که در کار توسعه سلولهای هوای هوایی مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال ، افزودنیهایی که آلومینا را بعنوان پودر و نه ژل تشکیل می دهند ، تولید شده اند. کاتدهای هوای مدرن از یک لایه واکنشی از کربن با یک جمع کننده جریان شبکه نیکل ، یک کاتالیزور (به عنوان مثال کبالت) و یک فیلم PTFE آبگریز متخلخل تشکیل شده است که از نشت الکترولیت جلوگیری می کند. اکسیژن موجود در هوا از طریق PTFE عبور کرده و سپس با آب واکنش داده و یون های هیدروکسید ایجاد می کند. این کاتدها به خوبی کار می کنند اما گران هستند. ماندگاری باتری های سنتی بادی سنتی محدود بود زیرا آلومینیوم در زمان استفاده از باتری با الکترولیت واکنش نشان داد و هیدروژن تولید کرد - اگرچه این امر در طراحی های مدرن دیگر وجود ندارد. با ذخیره الکترولیت در مخزن خارج از باتری و انتقال آن به باتری در صورت نیاز به استفاده، می توان از این مشکل جلوگیری کرد. باتری آلومینیم–هوا
باتری های آلومینیوم - هوا (باتری های آل هوا) از واکنش اکسیژن هوا با آلومینیوم برق تولید می کنند. آنها یکی از بالاترین چگالی انرژی را در بین تمام باتری ها دارند، اما به دلیل مشکلات در هزینه بالای آن و حذف محصول جانبی هنگام استفاده از الکترولیت های سنتی، از آنها زیاد استفاده نمی‌شود. این امر استفاده از آنها را فقط به کاربردهای نظامی محدود کرده است. با این حال، یک وسیله نقلیه الکتریکی با باتری های آلومینیوم تا هشت برابر باتری یون‌لیتیم با وزن کلی قابل توجهی پتانسیل دارد. باتری های آلومینیوم و هوا سلول های اصلی هستند، به عنوان مثال، غیر قابل شارژ هستند. هنگامی که آند آلومینیوم در اثر واکنش با اکسیژن اتمسفر در یک کاتد غوطه ور در الکترولیت پایه آب مصرف شد و اکسید آلومینیوم هیدراته را ایجاد کرد، باتری دیگر برق تولید نمی‌کند. با این حال، می توان باتری را با آندهای آلومینیوم جدید ساخته شده از بازیافت اکسید آلومینیوم هیدراته، به صورت مکانیکی شارژ کرد. در صورت استفاده گسترده از باتری های آلومینیوم و هوا، چنین بازیافتی ضروری است. چند دهه است که وسایل نقلیه مجهز به آلومینیوم مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. هیبریدیزاسیون هزینه ها را کاهش می دهد و در سال 1989 آزمایش های جاده ای باتری آلومینیوم هوا / سرب اسید هیبریدی در یک وسیله نقلیه الکتریکی گزارش شد. یک مینی ون پلاگین هیبریدی پلاگین آلومینیومی در سال 1990 در انتاریو به نمایش درآمد.  در مارس 2013 ، Phinergy نمایش تصویری اتومبیل الکتریکی را با استفاده از سلولهای آلومینیوم هوا با استفاده از کاتد مخصوص و هیدروکسید پتاسیم در 330 کیلومتر رانندگی کرد. در تاریخ 27 مه 2013 ، شبکه خبری اسرائیلی 10 شب اخباری را نشان داد که یک ماشین با باتری Phinergy در عقب قرار دارد و ادعا می کند که برد 2000 کیلومتر (1200 مایل) قبل از جایگزینی آندهای آلومینیومی لازم است. شارژر باتری
غالباً شارژرهای زماندار به همراه باتری‌های خاصی به صورت یک بسته ارائه می‌شود و بهتر است از آن شارژر برای شارژ همان باتری‌ها استفاده شود. اگر باتری با حجم کمتر به آن شارژر متصل شود، ممکن است بیش از حد شارژ شود و اگر از باتری با حجم بالاتر استفاده گردد، فقط تا حدی شارژ خواهد شد و به شارژ کامل نمی‌رسد. با پیشرفت تکنولوژی و تولید باتری‌هایی با حجم زیادتر، یک شارژر زماندار قدیمی فقط قسمتی از باتری‌های جدیدتر را می‌توند شارژ کند. شارژر هوشمند برای باتری‌های هوشمند (دارای مدار محافظ داخلی) و معمولی طراحی شده که با تغییر وضعیت باتری، وضعیت شارژ کردن آن‌ها تغییر می‌کند. در حقیقت شارژر هوشمند وضعیت ولتاژ و دمای باتری و زمان سپری شده تحت شارژ را می سنجد تا جریان بهینه را به باتری تزریق کند. در ابتدا این شارژر با جریان زیاد باتری را تا 85% ظرفیتش شارژ می‌کند که زمان شارژ کوتاه می‌شود. بعد از آن به صورت قطره ای شارژ می‌کند که به باتری آسیبی نزند.  شارژ پالسی تکنولوژی است که با یک سری پالس ولتاژ یا جریان باتری را شارژ می‌کند این پالس‌های DC دارای اندازه، پهنا، زمان خیز و فرکانس کنترل شده ای هستند. این تکنولوژی پالسی می‌تواند هر نوع باتری را شارژ کند. اگر به باتری‌های سرب-اسیدی اعمال شود باعث شکسته شدن کریستال‌های سولفات می‌شود که عمر باتری زیاد می‌شود.  شارژر القایی یک فرستنده و یک گیرنده دارد. انرژی امواج الکترومغناطیس را از طریق کوپل القایی ارسال می‌کند و گیرنده این امواج را می‌گیرد و ذخیره می‌کند. این تکنولوژی در مسواک‌های برقی که در حمام استفاده می‌شوند کاربرد دارد و خطر برق گرفتگی را از بین می‌برد. بسته باتری لیتیومی اقیانوس‌شناسی با ظرفیت بالا
برخی از ابزارها دارای محدود کننده جریان در ورودی خود می‌باشند. رایج‌ترین نمونه (RD Instruments Workhorse) است. در زمانی که یک محدود کننده جریان از کار می‌افتد، ابزار به اندازه کافی جریان می‌کشد تا محافظ اتصال کوتاه باتری را راه اندازی کند و ابزار کار نمی‌کند. در زمانی که که این امر رخ می‌دهد، آداپتور AC (که بانک خازن داخلی ADCP را شارژ می‌کند) را متصل کنید، و پس از آن باتری را کنید. اکنون ساز به‌طور عادی کار صحیح و می‌کند. باتری جیوه‌ای
باتری‌های جیوه‌ای گونه‌ای از باتری‌های غیر قابل شارژ هستند که در آن از واکنش شیمیایی بین جیوه (II) اکسید و الکترود روی در یک الکترولیت قلیایی، جریان برق تولید می‌شود. این باتری‌ها در حدود ۱٫۳۵ ولت جریان تولید می‌کنند و از نظر ابعاد در مقایسه با باتری‌های روی-کربن، کوچکتر ولی قدرتمند تر هستند. این باتری‌ها از سال ۱۹۴۲ میلادی و توسط ساموئل روبن توسعه یافتند و در جریان جنگ جهانی دوم کاربرد وسیعی در تجهیزات قابل حمل پیدا کردند. نیو ئی‌اس۸
ئی‌اس۸ از یک باتری یون‌لیتیم بهره می‌برد که می‌توان آن را تعویض کرد. منیزیم
همان‌طور که می‌دانید از فعالیت باتری منیزیم-هوا، اکسید منیزیم تولید می‌شود و ایده بسیار کارآمدی خواهد بود اگر فرایندی را تبعیت کرد که در آن بتوان منیزیم اکسید موجود در باتری را پس از جایگزین نمودن با پک منیزیمی جدید، در چرخه بازیافت توسط لیزر-پمپ شده- خورشیدی قرار داد. بسته باتری لیتیومی اقیانوس‌شناسی با ظرفیت بالا
بسته‌های باتری اقیانوس‌شناسی Doppler Ltd. از سلول‌های اولیه لیتیوم تیونیل کلرید Tadiran با جریان کم همراه با سلول‌های کوچک قابل شارژ به نام خازن‌های لایه هیبریدی (HLC) بهره می‌گیرند. به دلیل پایین بودن جریان سلول‌ها لیتیومی این سلول‌ها نمی‌توانند پاسخگوی بسیاری از نیازها باشند و کابرد آن‌ها کاهش می‌یابد، اما انرژی بیشتری نسبت به سلول‌های جریان بالا ذخیره می‌کنند. سلول‌های جریان بالا از الکترودهای زخم مارپیچی می‌کنند، یعنی الکترودهای ساخته شده در ورقه‌هایی که در یک مارپیچ در داخل سلول پیچیده شده‌اند. مساحت بزرگ ورق‌ها موجب تأمین افزایش جریانی توسط سلول می‌شود. سلول‌های جریان کم از الکترودهای بوبین استفاده می‌کنند، یک طرح ساده‌تر شامل یک آند داخلی است، یک لایه بیرونی از لیتیوم فلزی و الکترولیت که میان این دو قرار دارد. ساخت این طرح هزینه ساخت بسیار پایین‌تری دارد و همچنین می‌تواند موجب ذخیره انرژی بیشتری شود. باتری یون‌لیتیم
بسته به نوع مواد استفاده شده در باتری‌های لیتیمی، ولتاژ، چگالی انرژی، طول عمر و ایمنی به‌طور قابل توجهی می‌تواند تغییر کند. در حال حاضر تلاش‌ها برای بهبود عملکرد این باتری‌ها با استفاده از نانوفناوری ادامه دارد. حوضه‌هایی که روی این موضوع کار می‌کنند: مواد مورد استفاده در الکترودها در مقیاس نانو و دیگر ساختارهای جایگزین الکترود می‌باشد. دوچرخه برقی
این تکنولوژی جدیدترین فناوری باتری های لوازم برقی و شارژی است. عمر باتری لیتیوم تقریباً ۲-۳ برابر با باتری SLA یا لید اسید است. این باتری بسیار سبک بوده و عمدتاً نیاز به تعمیر و نگهداری ندارد. برای تولید دوچرخه های برقی حرفه ای از این نوع باتری استفاده می شود. از مزایای این نوع باتری می توان به وزن کم، زمان سواری بیشتر، طول عمر بیشتر و بازدهی بسیار بالا نسبت به قیمت آن اشاره کرد. قیمت بالاتر نسبت به باتری های سرب اسید یکی از محدودیت ها و ضعف های این مدل از باتری ها است. باتریهای سرب-اسید خشک به دلیل قیمت پایین معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند در حالی که باتری‌های لیتیومی با وجود قیمت بالاتر دارای کیفیت، ظرفیت و طول عمر بالاتری هستند. با توجه به پیشرفتهای اخیر در زمینه باتریهای لیتیومی عمده دوچرخه‌های برقی موجود در بازار از باتریهای لیتیومی استفاده می‌کنند. باتریهای لیتیومی نسبت به over-voltage , under-voltage و over-current بسیار حساس می‌باشند، به همین دلیل معمولاً دارای یک مدار محافظ (Protection Circuit Module) می‌باشند که باتری‌ها را از این جهت محافظت می‌کند. در صورت عدم استفاده از این مدار محافظ عمر باتری‌های لیتیومی بسیار کاهش می‌یابد. باتری لیتیم پلیمر
باتری لیتیوم – پلیمر با سایر سیستم‌های باتری ازنظر نوع الکترولیت مورد استفاده متفاوت است. طراحی اولیه باتری‌های پلیمری به دهه ۱۹۷۰ و استفاده از الکترولیت پلیمر جامد (خشک) به شکل یک لایه‌نازک پلاستیکی برمی‌گردد. این عایق اجازه تبادل یون‌ها (اتم‌های باردار) را می‌دهد و جایگزین جداکننده‌های متخلخل سنتی است که درون الکترولیت قرار می‌گیرند. باتری لیتیم پلیمر
مشخصه‌های شارژ و تخلیه باتری‌های لیتیوم- پلیمر با سایر سیستم‌های لیتیوم-یون یکسان است و نیاز به شارژکننده اختصاصی ندارد. مسائل ایمنی نیز مشابه بوده و نیاز به مدارهای محافظ وجود دارد. جمع شدن گاز در حین شارژ کردن ممکن است باعث انبساط سلول‌های منشوری و کیسه‌ای شود و تولیدکننده‌های تجهیزات الکترونیک باید فضای اضافی را برای این انبساط در نظر بگیرند. ممکن است باتری‌های لیتیوم- پلیمر در بسته‌بندی‌های فویل عمر کمتری نسبت به باتری‌های لیتیوم- یون در بسته‌بندی‌های استوانه‌ای داشته باشند. باتری لیتیم پلیمر
اما بهتر است ببینیم چه موضوعی باعث این باد کردگی در باتری های لیتیوم پلیمر می‌شود. مهمترین دلیل باد کردگی باتری های لیتیوم پلیمر به دلیل تجزیه الکترولیت پلیمری است مواد حاصل از تجزیه این نوع از الکترولیت ها به صورت گازی بودند و در محفظه بسته باتری قرار می‌گیرند و راه خروج ندارند و همین موضوع باعث باد کردن باتری های لیتیوم پلیمر می‌شود. باتری لیتیم پلیمر
اصطلاح پلیمری معمولاً برای توصیف باتری‌های لیتیوم- پلیمر به کار می‌رود. بااین‌حال مصرف‌کنندگان معمولاً تمایزی بین باتری‌های لیتیوم- یون و ساختار کیسه‌مانند باتری پلیمری تمایز قائل نمی‌شوند. افزودن یک نوع جدید از باتری مزیت کمی دارد و تنها بازار را سردرگم خواهد کرد. باوجوداین که تلقی مصرف‌کننده از پلیمر همان پلاستیک است، پلیمرها شامل طیف وسیعی از مواد از پلاستیک‌های مصنوعی تا پلیمرهای زیستی و پروتئین‌هایی هستند که ساختار بیولوژیکی ما را تشکیل داده‌اند. باتری لیتیم پلیمر
با افزودن الکترولیت به شکل ژل، چه تفاوتی بین یک باتری لیتیوم- یون و باتری لیتیوم- یون پلیمری وجود دارد؟ ازنظر مصرف‌کننده، باتری لیتیوم- پلیمر مشابه باتری لیتیوم یون است. هر دو سیستم از مواد یکسانی برای کاتد و آند استفاده می‌کنند و مقدار الکترولیت مشابهی دارند. باتری یون‌لیتیم
CoO2 + Li+ + e- <=> LiCoO2 باتری نیکل-لیتیم
باتری نیکل-لیتیم گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ آزمایشی هستند که در آن یک کاتد نیکل هیدروکسید و یک آند لیتیمی استفاده شده است. باتری یون‌لیتیم
در سال ۲۰۱۲ تقریباً ۶۶۰ میلیون سلول استوانه ای لیتیوم-یونی در صنعت ساخته شده‌است؛ سایز پرکاربردترین سایز باتری مورد استفاده است. اگر شرکت تسلا موفق به رسیدن به هدف فروش ۴۰۰۰۰ خودروی برقی مدل اس خود در سال ۲۰۱۴ شود و اگر باتری ۸۵ کیلووات-ساعتی که تعداد ۷۱۰۴ عدد از این سلول‌ها در آن به کار برده می‌شود، محبوبیتی که در ایالات متحده آمریکا دارد در خارج آن نیز بدست بیاورد، تحقیقی در سال ۲۰۱۴ وجود دارد که نشان می‌دهد مدل اس به تنهایی ۴۰٪ از تولید جهانی باتری‌های لیتیوم-یونی در سال ۲۰۱۴ را بخود اختصاص خواهد داد. بازیافت باتری
باتری‌های لیتیوم یون و باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) اغلب در میان فلزات مفید دیگر حاوی مس و آلومینیوم با عیار بالا و بسته به ماده فعال، فلزات واسطه کبالت و نیکل و همچنین خاک‌های کمیاب هستند. برای جلوگیری از کمبود کبالت، نیکل و لیتیوم در آینده و همچنین ایجاد چرخه عمر پایدار این فناوری‌ها، فرآیندهای بازیافت باتری‌های لیتیومی مورد نیاز است. در این فرایندها علاوه بر کبالت، نیکل، مس و آلومینیوم را از سلول‌های باتری استفاده شده بازیافت کرد، بایذ میزان قابل توجهی از لیتیوم را نیز بازیابی کنند. از دیگر مواد ارزشمندی که قابلیت بازیافت دارند می‌توان به گرافیت و منگنز اشاره نمود. امروزه و در حال حاضر با استفاده از فرآیندهای بازیافت در حدود ۲۵ تا ۹۶ درصد از مواد یک سلول باتری لیتیوم یون را می‌توان بازیافت کرد. برای دستیابی به این هدف (ایجاد چرخه عمر پایدار این فناوری‌ها و عدم کمبود فلزات با ارزش در آینده)، چندین گام در زنجیره‌های فرایند پیچیده ترکیب می‌شوند و در عین حال ایمنی را تضمین می‌کنند. مولد گرما-الکتریکی ایزوتوپی
طرز کار باتری اتمی از نوع RTG با استانداردهای اتمی ساده‌است. بیشتر این باتری‌ها از ترموکوپل برای تبدیل گرمای حاصل از واپاشی هسته‌ای به انرژی پتانسیل الکتریکی استفاده می‌کنند. محفظه محکمی حاوی ماده پرتوزا است که ترموکوپل‌هایی در اطراف دیواره‌های محفظه قرار گرفته‌اند و سر دیگر ترموکوپل‌ها به یک خنک‌‌کننده متصل شده‌است. واپاشی هسته‌ای سوخت هسته‌ای، گرمایی تولید می‌کند که از طریق ترموکوپل‌ها به سمت خنک‌کننده جریان پیدا می‌کند که در این فرایند جریان الکتریسیته تولید می‌شود. باتری لیتیم پلیمر
یکی از دلایل اصلی در باد کردن باتری های لیتیوم پلیمر خارج شدن ولتاژ باتری از محدوده مجاز پایدار الکترولیت است. اگر بخواهیم ساده تر بگوییم همانطور که قبلاً گفته شد باتری‌های لیتیوم پلیمری دارای یک ولتاژ کاری هستند که خارج شدن باتری از آن محدوده می‌تواند آسیب‌های جبران‌ناپذیری را به باطری بزند. به بیان ساده‌تر اگر ولتاژ باتری از محدوده خاص فراتر یا پایین‌تر رود الکترولیت پلیمری تجزیه می‌شود و به محصولات گازی تبدیل می شود و همین امر باعث بادکردگی باتری لیتیوم-پلیمر خارج شد.بنابراین اولین نکته در این مورد این است که دقت کنید تا باتری کوادکوپتر یا ماشین کنترلی شما از محدوده مجاز ولتاژ بالاتر یا پایین تر نرود. باتری اتمی
جذب پرتوهای ناشی از یک رادیو نوکلویید توسط یک ماده یا یک منبع سبب بالا رفتن درجه حرارت آن خواهد شد. اختلاف درجه حرارت این منبع با درجه حرارت اطراف آن باعث ایجاد یک باتری ایزوتوپی می‌شود. به عبارتی نیروگاه‌های هسته‌ای را هم نوعی باتری قلمداد می‌کنند که انرژی حرارتی به‌طور ترمودینامیکی توربین نیروگاه را به حرکت در می‌آورد. به هرحال امروزه در باتری‌های کوچک‌تر ایزوتوپی مدرن، انرژی گرمایی با راندمان ۵ تا ۱۰ درصد می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. چنانچه تبدیل به انرژی الکتریکی از طریق روش ترمودینامیک انجام شود راندمان فوق تا حد بالاتری ارتقاء پیدا می‌کند. باتری اکسایش کاهش وانادیومی
از دیگر خواص مفید باتری‌های جریانی وانادیومی، واکنش بسیار سریع آن‌ها به تغییر بار و ظرفیت اضافه بار بسیار زیاد آن‌ها است. مطالعات انجام شده توسط دانشگاه نیو ساوت ولز نشان داده‌است که آنها می‌توانند به زمان پاسخگویی کمتر از نیم میلی ثانیه برای تغییر بار ۱۰۰ درصدی دست یابند و اجازه اضافه بار تا ۴۰۰ درصد برای ۱۰ ثانیه را دارند. زمان پاسخ عمدتاً توسط تجهیزات الکتریکی محدود می‌شود. بیشتر باتری‌های وانادیوم مبتنی بر اسید سولفوریک فقط بین دمای ۱۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد کار می‌کنند، مگر اینکه به‌طور خاص برای آب‌وهوای سردتر یا گرم‌تر طراحی شده باشند. در زیر آن محدوده دما، اسید سولفوریک تزریق شده با یون متبلور می‌شود. راندمان رفت و برگشت در کاربردهای عملی حدود ۶۵ تا ۷۵ است ٪. باتری نیکل–کادمیم
باتری‌های نیکل–کادمیم گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن از نیکل (III) اکسید و کادمیم به صورت فلز به عنوان الکترود استفاده شده است. این نوع از باتری‌ها نخستین بار توسط مهندس سوئدی والدمار جانگنر در سال ۱۸۹۹ میلادی اختراع گردید. مصرف عمده این نوع از باتری‌ها در لوازم الکترونیکی چون گوشی‌های تلفن قابل حمل است. بازیافت باتری
صرفه جویی در انرژی و راه حل‌های مؤثر بازیافت برای باتری‌های لیتیوم یون می‌تواند ردپای کربن که به علت ساخت باتری‌های لیتیوم یون یه وجود می‌آید را به انداره قابل توجهی کاهش دهد. باتری یون‌لیتیم
در سال ۲۰۱۵ قیمت‌ها در حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت تخمین زده می‌شود. باتری لیتیم پلیمر
باتری لیتیوم- پلیمر از این نظر منحصربه‌فرد است که الکترولیت ریز متخلخل جایگزین جداساز متخلخل سنتی شده‌است. باتری‌های لیتیوم- پلیمر انرژی بالاتری دارند و می‌توانند در اندازه کوچک‌تری نسبت به باتری‌های لیتیوم- یون متداول ساخته شوند ولی هزینه ساخت آن‌ها نسبت به طراحی استوانه‌ای بالاتر است. معمولاً در محافل فنی سلول‌های کیسه‌ای همگی به‌عنوان باتری‌های لیتیوم – پلیمر شناخته می‌شوند. باتری یون‌لیتیم
باتری‌های لیتیوم-یون بالاترین چگالی انرژی را فراهم می‌سازند که تقریباً دو برابر انرژی قابل دسترسی از باتری‌های نیکل-کادمیم است. باتری‌های لیتیم-یون معمولاً برای تأمین نیروی لازم در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مورد استفاده قرار می‌گیرند. بازیافت باتری
از سال ۲۰۱۹، بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی در بیشتر موارد لیتیوم استخراج نمی‌کند، زیرا فناوری باتری‌های لیتیوم یونی به‌طور پیوسته در حال تغییر است و فرآیندهای بازیافت نوع از این باتری‌ها در چند سال آینده به‌طور کاملی از بین خواهد رفت. استخراج لیتیوم از باتری‌های قدیمی و مستهلک پنج برابر گران‌تر از لیتیوم استخراج شده از معادن است.اما با این حال، استخراج لیتیوم در مقیاس کوچک (توسط برخی شرکت‌ها) صورت می‌پذیرد.مدل ترمودینامیکی برای بهینه‌سازی فرایند استخراج لیتیوم در حال توسعه است. که در نتیجه آن، لیتیوم به همراه تمامی فلزات دیگر در یک مرحله با هزینه کمتر بازیافت می‌شود. یک بخش مهم از اقتصادی در بازیافت، میزان کبالت بازیافتی است. تولیدکنندگانی که برای حذف کبالت از محصولات خود تلاش می‌کنند ممکن است پیامدهای ناخواسته کاهش بازیافت را ایجاد کنند. باتری گرانشی
باتری‌های گرانشی نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی سازگارتر با محیط زیست هستند، زیرا باتری‌های لیتیوم یونی عمر کوتاه‌تری دارند و در صورت نیاز به دور انداختن آنها مشکلاتی ایجاد می‌شود. باتری یون‌لیتیم
اصول شیمی، عملکرد، هزینه و ایمنی باتری‌های یون لیتیم مختلف با هم تفاوت دارد. وسایل الکترونیکی دستی بیشتر از باتری‌های لیتیوم پلیمر (با ژل پلیمری به عنوان الکترولیت) استفاده می‌کنند، که در آنها اکسید کبالت لیتیوم () به عنوان کاتد و گرافیت به عنوان آند عمل کرده، و در مجموع چگالی انرژی بالایی را ارائه می‌دهند. باتری‌های فسفات آهن لیتیوم ()، اکسید منگنز لیتیوم (اسپینل ، یا مواد لایه‌ای لیتیمی پایه ) و اکسید کبالت منگنز نیکل لیتیوم () ممکن است عمر طولانی‌تری ارائه دهند و ممکن است ظرفیت باردهی بالاتری داشته باشد. از چنین باتری‌هایی به‌طور گسترده‌ای برای ابزارهای الکتریکی، تجهیزات پزشکی و سایر کاربردها استفاده می‌شود. بسته باتری لیتیومی اقیانوس‌شناسی با ظرفیت بالا
اغلب بسته‌های باتری قلیایی مورد استفاده اقیانوس شناسان با رشته‌های سلولی ساخته شده‌اند. یک بسته باتری قلیایی معمولی اغلب از تعدادی رشته سلول‌های قلیایی شکل گرفته‌است که همگی به صورت موازی به یکدیگر اتصال یافته‌اند تا ظرفیت کل را افزایش دهند. بسته‌های PulsesPlus نحوه عملکرد کاملاً مخالفی دارند. بسته‌ها در «شاخه‌هایی» از سلول‌های اولیه موازی ساخته می‌شوند که می‌تواند یک یا چند شاخه HLC شارژ کند. HLC بیشتر جریان را در مواقعی که جریان‌های زیاد مورد نیاز است تأمین می‌کند، سپس HLCها به آهستگی و با جریان پایین از سلول‌های اولیه شارژ می‌شوند. جریان کم سبب آن می‌شود که سلول بتواند بهتر و کارآمد تر به عملکرد خود بپردازد. جریان زیاد موجب می شودتا انرژی صورت گرما در داخل سلول‌ها با جریان کم پخش شودو اثرات مضر دیگری نیز دارد. اینها انرژی موجود برای ابزار دقیق قدرت را کاهش می‌دهند. ترکیب سلول‌های لیتیوم اولیه با HLCها، بسته را قادر می‌سازد تا انرژی ذخیره‌شده بیشتری را به سیستم ابزار برساند. باتری یون‌لیتیم
در صورتی که باتری بیش از حد تخلیه شود، معادله برگشت‌ناپذیر زیر رخ می‌دهد و لیتیم کبالت اکسید به لیتیم اکسید تبدیل می‌شود و دیگر نمی‌توان آن را کاری کرد: باتری قابل شارژ
مدل‌های مختلف باتری به طرح‌های مختلف شارژ نیاز دارند. به عنوان مثال، برخی از انواع باتری را می‌توان با اطمینان از منبع ولتاژ ثابت شارژ کرد. بعضی‌ها نیاز به یک منبع جریان تنظیم شده دارند که باتری به ولتاژ کامل شارژ می‌شود. شارژ نادرست باتری می‌تواند به باتری آسیب برساند. در موارد شدید، باتری‌ها می‌توانند بیش از حد گرم شوند، آتش بگیرند یا محتویات خود را به طرز انفجاری بکشند. باتری
این باتری‌ها قادر به شارژ الکتریکی نبوده و یک بار استفاده و شارژ می‌شوند. باتری‌های غیرقابل شارژ، سلول‌های خشک (باتری خشک) نیز نامیده می‌شوند. در باتری خشک معمولی، بر اثر واکنش ماده آند (قطب مثبت) (عنصر روی، آلکالین، لیتیوم یا نقره) و ماده کاتد (قطب منفی) (عنصر کربن، کلرید، اکسید مس، دی‌سولفید آهن یا دی‌سولفید منگنز) با الکترولیتی که محیط بین آند و کاتد را دربر گرفته‌است، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. اساس نام‌گذاری باتری با نام‌های همچون باتری لیتیوم (Lithium) یا باتری Alkalin به دلیل عناصر استفاده در ساخت آن‌ها می‌باشد. در جدول زیر توضیحات بیشتری آورده شده‌است: علی افتخاری
او مخترع باتری پتاسیمی است که جایگزین باتریهای لیتیومی است. ایده باتریهای پتاسیمی برای اولین بار در سال ۲۰۰۴ میلادی ارائه شد و هم‌اکنون انواع گوناگونی از جمله نمونه‌های تجاری گزارش شده‌اند. باتری آلومینیم–هوا
نیمه واکنش کاهش کاتد  O2+ 2H2O + 4e− → 4OH−+0.40 V. باتری لیتیم پلیمر
سایر تلاش‌ها برای طراحی سلول الکترولیت پلیمری شامل استفاده از مایعات یونی غیر ارگانیک مانند 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate با نام مخفف ([BMIM]BF4) به‌عنوان روان‌کننده (Plasticizer) در ماتریس‌های پلیمری ریز متخلخل مانند poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)/poly(methylcrylate) با نام مخفف PVDF-HFP/PMMA است. در فناوری‌های جدید باتری‌های لیتیومی از افزودنی سیلیکون – گرافین به‌منظور جلوگیری از خرابی آند در طول تخلیه و افزایش عمر استفاده‌شده‌است. یک اثر جانبی در هنگام تخلیه در ولتاژهای بالای ۴٫۲ ولت کاهش چرخه عمر به همراه افزایش مقاومت داخلی به‌شمار می‌رود. افزودنی‌های جدید سیلیکون-گرافین به جلوگیری از خرابی آند از فرسایش در طول استفاده کمک می‌کند و بنابراین آند می‌تواند در ولتاژهای بالایی مانند ۴٫۳۵ ولت یا بیشتر کار کند. دوچرخه برقی
باتری وظیفهٔ تأمین انرژی موتور را بر عهده دارد. در دوچرخه‌های برقی انواع باتری ها از جمله باتریهای لیتیومی، سرب-اسیدی خشک، نیکل-کادمیوم و … استفاده می‌شوند. دو نوع معمول باتریهای مورد استفاده شامل باتریهای لیتیومی و باتریهای سرب-اسید خشک هستند. باتری آلومینیومی-یونی
بر خلاف باتری‌های یون لیتیوم، جایی که یون متحرک Li است، آلومینیوم در اکثر الکترولیت‌ها با کلرید واکنش می‌دهد و یک حامل بار متحرک آنیونی، معمولاً AlCl یا AlCl تولید می‌کند. میزان انرژی یا توانی که باتری می‌تواند آزاد کند به عواملی از جمله ولتاژ، ظرفیت سلول و ترکیب شیمیایی سلول باتری بستگی دارد. یک باتری می‌تواند میزان انرژی خروجی را بوسیله موارد زیر به حداکثر برساند: باتری منیزیم
باتری‌های ثانویه منیزیم یک موضوع فعال تحقیقاتی هستند، بخصوص به عنوان جایگزین یا بهبود شیمیایی باتری لیتیوم یون - به عنوان یک سلول منیزیم جایگزینی Li-ion ممکن است با یک آند منیزیم جامد امکان‌پذیر است، اجازه می‌دهد که بالاتر چگالی انرژی از آن با لیتیوم، که نیاز به یک‌های intercalated آند لیتیوم. آندز نوع درج (یون منیزیم) نیز مورد تحقیق قرار گرفته‌است. باتری یون‌لیتیم
عموماً الکترولیت مخلوطی از ترکیبات آلی کربنی مثل اتیلن کربنات یا دی‌اتیل کربنات که شامل کمپلکس شیمیایی یون‌های لیتیم است، می‌باشد. این الکترولیت‌ها که معمولاً در آب حل نمی‌شوند و محلول آبی تشکیل نمی‌دهند عموماً از نمک‌های آنیون غیر هماهنگ مثل lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium hexafluoroarsenate monohydrate (LiAsF6), lithium perchlorate (LiClO4), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), and lithium triflate (LiCF3SO3) استفاده می‌کنند. اثر حافظه
البته اثر حافظه مربوط به باتری‌های لیتیم پلیمر و باتری‌های لیتیم یون نمی‌شود و می‌توان این باتری‌ها را قبل از اتمام شارژ، شارژ کرد یا قبل از شارژ کامل از شارژر جدا کرد. باتری آلومینیومی-یونی
باتری‌های مبتنی بر آلومینیوم قابل شارژ، علاوه بر قابلیت‌هایی همچون کم هزینه بودن و قابلیت اشتعال پایین، به علت وجود یون‌های دارای سه الکترون، ظرفیت بالایی نیز دارند. انتظار می‌رود بی اثر بودن آلومینیوم و سهولت کار با آن در یک محیط عادی، بهبود قابل توجهی در ایمنی برای این نوع باتری‌ها ایجاد کند. بعلاوه، آلومینیوم به دلیل چگالی بالای خود در مقایسه با لیتیم، پتاسیم، منیزیم، سدیم، کلسیم و روی از ظرفیت حجمی به نسبت بالاتری نیز برخوردار است. این به این معنی است که انرژی ذخیره شده در باتری‌های آلومینیوم به ازای واحد حجم، بیشتر از انرژی باتری‌های فلزی دیگر است بنابراین انتظار می‌رود که اندازه باتری‌های آلومینیوم کوچکتر باشد. همچنین باتری‌های آلومینیوم یونی تعداد سیکل‌های شارژ بیشتری دارند؛ بنابراین، باتری‌های آلومینیوم یونی توانایی جایگزینی باتری‌های لیتیوم یون را دارند. باتری سدیم-یون
باتری‌های سدیم-یون یا باتری‌های نمک سدیم گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن یون‌های سدیم عامل اصلی ایجاد جریان در مدار هستند. این باتری‌ها هنوز در حال گسترش و بهینه سازی هستند ولی توانایی‌هایی مشابه با باتری‌های لیتیم-یون داشته و می‌توانند در دمای اتاق (حدود ۲۵˚C) کار کنند. باتری لیتیم-گوگرد
باتری لیتیم-گوگرد یا لیتیم-سولفور گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن از آند لیتیمی و کاتد گوگرد برای ذخیره‌سازی الکتریسیته استفاده شده‌است. این نوع باتری‌ها به دلیل چگالی انرژی بالاتر (۵۰۰ W·h/kg) ، وزن کمتر و قیمت کمتر در مقایسه با باتری‌های لیتیم-یون، جایگزین مناسبی برای این نوع باتری‌ها هستند. اگر چه تاکنون به‌طور تجاری تولید و مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. باتری آلومینیومی-یونی
در سال ۲۰۱۷، جدیدترین نسخه شامل یک الکترولیت مبتنی بر اوره است و حدود ۱۰۰ برابر ارزان‌تر از مدل ۲۰۱۵ است، با بازده بالاتر و زمان شارژ ۴۵ دقیقه ای. باتری یون‌لیتیم
باتری‌های یون لیتیومی از سه بخش درست شده‌اند. الکترود مثبت و منفی و الکترولیت. معمولاً جنس الکترود منفی از کربن و جنس الکترود مثبت از اکسید فلزی است. الکترولیت نمک لیتیم در یک حلال ترکیب آلی است. مواد رو به پلاسما
لیتیوم (Li) یک فلز قلیایی با عدد اتمی کوچک است. لیتیوم دارای انرژی یونیزاسیون اول پایین حدود ۵٫۴ الکترون‌ولت است و از نظر شیمیایی فعال و با گونه‌های یونی موجود در پلاسمای هسته‌های راکتور همجوشی بسیار واکنش‌پذیر است. به طور خاص، لیتیوم به آسانی ترکیبات لیتیوم پایدار را با ایزوتوپ‌های هیدروژن، اکسیژن، کربن و سایر ناخالصی‌های موجود در پلاسمای DT تشکیل می‌دهد. منیزیم
در باتری منیریم- هوا، منیزیم به عنوان مادهٔ فعال در الکترود منفی قرار می‌گیرد وقتی که منیزیم در الکترود منفی با اکسیژن در الکترود مثبت واکنش می‌دهد فرایند اکسید شدن رخ می‌دهد و انرژی الکتریکی تولید می‌شود و چیزی که باقی ماند اکسید منیزیم خواهد بود. باتری فانوس
باتری فانوس گونه خاصی از باتری‌های قلیایی یا روی–کربن نوع اول است که برای استفاده در چراغ‌های قوه و لامپ‌های روشنایی قابل حمل طراحی شده است. این باتری‌ها به صورت مستطیل شکل بوده و نسبت به باتری‌های معمولی پیل خشک ظرفیت بالاتری دارند. این باتری‌ها در ولتاژهای اسمی ۴٫۵، ۶، ۷٫۵ و ۱۲ ولت تولید می‌شوند. باتری‌های ساختاری
برای تحقق کامپوزیتهای باتری ساختاری، الیاف کربن باید به‌طور همزمان دو عملکرد را انجام دهند: بارهای مکانیکی را حمل کنند و به عنوان یک الکترود فعال باتری عمل کنند. در مورد دوم، الیاف کربن باید بتوانند یونها را در نانو-ساختار الیاف خود ذخیره کنند. این زمانی است که یونها (در حالت مورد بررسی ما یونهای لیتیوم) در هنگام شارژ به الیاف وارد می‌شوند و هنگام تخلیه از آن خارج می‌شوند، در حالت مورد بررسی ما نیز به ترتیب لیتیاژ و دلیتیاژ را نشان می‌دهد. در یک سلول باتری کامل، یونهای لیتیوم در هنگام شارژ به الکترود منفی کربن وارد شده یا لیتیاژ می‌شوند و در هنگام تخلیه از آن خارج یا دلیتیاژ می‌شوند.