ما هي بطارية ليثيوم أيون (Li-ion)
ما هي بطارية ليثيوم أيون وكيف تعمل؟
بطارية ليثيوم أيون (Li-ion) هي تقنية بطارية متقدمة تستخدم أيونات الليثيوم كمكون رئيسي في الكيمياء الكهربية. أثناء دورة التفريغ ، تتأين ذرات الليثيوم في الأنود ويتم فصلها عن إلكتروناتها. تتحرك أيونات الليثيوم من القطب الموجب وتمر عبر الإلكتروليت حتى تصل إلى القطب السالب ، حيث تتحد مع إلكتروناتها وتعادلها كهربائيًا.
أيونات الليثيوم صغيرة بما يكفي لتكون قادرة على التحرك من خلال فاصل نفاذي دقيق بين الأنود والكاثود. جزئيًا بسبب صغر حجم الليثيوم (الثالث فقط للهيدروجين والهيليوم) ، فإن بطاريات Li-ion قادرة على الحصول على جهد عالي جدًا وتخزين الشحن لكل وحدة كتلة وحجم وحدة.
يمكن لبطاريات Li-ion استخدام عدد من المواد المختلفة كأقطاب كهربائية. التركيبة الأكثر شيوعًا هي تلك المكونة من أكسيد الكوبالت الليثيوم (الكاثود) والجرافيت (الأنود) ، وهي الأكثر شيوعًا في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. تشمل مواد الكاثود الأخرى أكسيد منجنيز الليثيوم (المستخدم في السيارات الكهربائية والكهربائية الهجينة) وفوسفات حديد الليثيوم. تستخدم بطاريات Li-ion عادةً الأثير (فئة من المركبات العضوية) كإلكتروليت.
ما هي بعض مزايا بطاريات ليثيوم أيون Li-ion؟
بالمقارنة مع تقنيات البطاريات الأخرى عالية الجودة القابلة لإعادة الشحن (النيكل والكادميوم أو النيكل والكادميوم وهيدريد النيكل) ، تتمتع بطاريات Li-ion بعدد من المزايا. لديهم واحدة من أعلى كثافة للطاقة مقارنة بأي تقنية بطاريات اليوم (100-265 واط / كجم أو 250-670 واط / لتر). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توفر خلايا بطارية Li-ion ما يصل إلى 3.6 فولت ، أي 3 مرات أعلى من التقنيات مثل Ni-Cd أو Ni-MH.
هذا يعني أنه يمكنهم توفير كميات كبيرة من التيار للتطبيقات عالية الطاقة ، والتي تحتوي على بطاريات Li-ion أيضًا منخفضة الصيانة نسبيًا ، ولا تتطلب دورة مجدولة للحفاظ على عمر البطارية.
نظرًا لهذه المزايا ، حلت بطاريات Li-ion محل بطاريات Ni-Cd لتصبح رائدة السوق في الأجهزة الإلكترونية المحمولة (مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة). تُستخدم بطاريات Li-ion أيضًا لتشغيل الأنظمة الكهربائية لبعض تطبيقات الفضاء ، وهي ملحوظة في طائرة Boeing 787 الجديدة والأكثر صداقة للبيئة ، حيث يمثل الوزن عامل تكلفة مهمًا. من منظور الطاقة النظيفة ، يأتي الكثير من وعود تقنية Li-ion من تطبيقاتها المحتملة في السيارات التي تعمل بالبطاريات. حاليًا ، تستخدم السيارات الكهربائية الأكثر مبيعًا ، نيسان ليف وتيسلا موديل S ، بطاريات Li-ion كمصدر أساسي للوقود.
ما هي بعض عيوب بطاريات ليثيوم أيون Li-ion؟
على الرغم من وعدها التكنولوجي ، لا تزال بطاريات Li-ion بها عدد من أوجه القصور ، لا سيما فيما يتعلق بالسلامة. تميل بطاريات Li-ion إلى السخونة الزائدة ، ويمكن أن تتلف عند الفولتية العالية. في بعض الحالات يمكن أن يؤدي هذا إلى الاحتراق. وقد تسبب هذا في مشاكل كبيرة ، لا سيما إيقاف تشغيل أسطول بوينج 787 بعد الإبلاغ عن حرائق بطاريات على متن الطائرة.
بسبب المخاطر المرتبطة بهذه البطاريات ، يرفض عدد من شركات الشحن إجراء شحنات كبيرة من البطاريات بالطائرة. تتطلب بطاريات Li-ion آليات أمان للحد من الجهد والضغط الداخلي ، مما قد يزيد الوزن ويحد من الأداء في بعض الحالات. تخضع بطاريات Li-ion أيضًا للشيخوخة ، مما يعني أنها يمكن أن تفقد قدرتها وتفشل كثيرًا بعد عدد من السنوات.
عامل آخر يحد من اعتمادها على نطاق واسع هو تكلفتها ، والتي تزيد بنسبة 40 ٪ تقريبًا عن Ni-Cd. تعتبر معالجة هذه القضايا مكونًا رئيسيًا للبحث الحالي في التكنولوجيا. أخيرًا ، على الرغم من كثافة الطاقة العالية لـ Li-ion مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى ، إلا أنها لا تزال أقل كثافة في الطاقة بحوالي مائة مرة من البنزين (الذي يحتوي على 12700 واط / كجم بالكتلة أو 8760 واط / لتر من حيث الحجم).
ما هو الفرق بين بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم الحديد lithium-ion and lithium iron ؟
معظم بطاريات الليثيوم أيون لها دورة حياة تتراوح بين 500 و 1000 ، وهو ما يتناقض بشكل صارخ مع 1000 – 10000 دورة من فوسفات الحديد الليثيوم. هذا يجعل بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أفضل بكثير للتطبيقات التي تحتاج إلى العمل لفترات طويلة دون تغيير.
بطاريات ليثيوم أيون بوليمر ، أو بإيجاز LiPos هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن باستخدام تقنية أيونات الليثيوم التي يمكن إعادة شحنها بشكل متكرر. يتكون من خلية كهروكيميائية واحدة إلى عدة خلايا كهروكيميائية. تهاجر أيونات الليثيوم أثناء التفريغ من القطب السالب عبر الإلكتروليت إلى القطب الموجب ، ثم تعود مرة أخرى أثناء الشحن. اليوم ، تُستخدم هذه التقنية القوية ، ولكن البسيطة في نفس الوقت ، في عدد من التطبيقات – بدأت منذ سنوات مع الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والانتقال الآن إلى التقنيات الجديدة القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية أو سماعات الرأس أو أجهزة تتبع اللياقة البدنية.
