بطارية ليثيوم أيون
محتوى
بطارية ليثيوم أيون أو بطارية ليثيوم أيون هي نوع من بطاريات الليثيوم
التقنيات الناشئة للتنقل الإلكتروني
الهواتف الذكية ، والكاميرات الموجودة على متن الطائرة ، والطائرات بدون طيار ، والأدوات الكهربائية ، والدراجات البخارية الكهربائية ، والدراجات البخارية ... بطاريات الليثيوم موجودة في كل مكان في حياتنا اليومية اليوم وقد أحدثت ثورة في العديد من الاستخدامات. ولكن ما الذي يجلبونه بالفعل وهل يمكنهم التطور؟
قصة
في السبعينيات من القرن الماضي ، تم تقديم بطارية الليثيوم أيون بواسطة ستانلي ويتينغهام. وسيواصل جون بي جودينو وأكيرو يوشينو عمل الأخير في عام 1970. لم تُطلق سوني حتى عام 1986 أول بطارية من نوعها في السوق وبدأت ثورة تكنولوجية. في عام 1991 ، حصل ثلاثة مخترعين مشاركين على جائزة نوبل في الكيمياء.
كيف يعمل؟
بطارية الليثيوم أيون هي في الواقع حزمة من عدة خلايا ليثيوم أيون تخزن الطاقة الكهربائية وتعيدها. تعتمد البطارية على ثلاثة مكونات رئيسية: قطب موجب ، يسمى الكاثود ، وقطب سالب يسمى الأنود ، والإلكتروليت ، محلول موصل.
عندما يتم تفريغ البطارية ، يُصدر الأنود إلكترونات عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب ، والذي يقوم بدوره بتبادل الأيونات الموجبة. تتغير الحركة أثناء الشحن.
لذلك ، يظل مبدأ التشغيل هو نفسه بالنسبة لبطارية "الرصاص" ، باستثناء أنه يتم هنا استبدال الرصاص وأكسيد الرصاص في الأقطاب الكهربائية بمهبط أكسيد الكوبالت ، والذي يتضمن القليل من الزنبق وأنود الجرافيت. وبالمثل ، فإن حمض الكبريتيك أو الحمام المائي يفسح المجال لإلكتروليت من أملاح الليثيوم.
يكون المنحل بالكهرباء المستخدم اليوم في صورة سائلة ، لكن البحث يتجه نحو إلكتروليت صلب وأكثر أمانًا واستمرارية.
المزايا
لماذا حلت بطارية الليثيوم أيون محل أي شخص آخر في العشرين عامًا الماضية؟
الجواب بسيط. توفر هذه البطارية كثافة طاقة ممتازة وبالتالي توفر نفس الأداء لتوفير الوزن مقارنة بالرصاص والنيكل ...
تتمتع هذه البطاريات أيضًا بتفريغ ذاتي منخفض نسبيًا (بحد أقصى 10٪ شهريًا) ولا تحتاج إلى صيانة وليس لها تأثير على الذاكرة.
أخيرًا ، إذا كانت أغلى من تقنيات البطاريات القديمة ، فهي أرخص من بوليمر الليثيوم (Li-Po) وتظل أكثر كفاءة من فوسفات الليثيوم (LiFePO4).
القيود
ومع ذلك ، فإن بطاريات الليثيوم أيون ليست مثالية ، وعلى وجه الخصوص ، يكون لها تلف أكبر في الخلايا إذا تم تفريغها بالكامل. لذلك ، حتى لا تفقد ممتلكاتها بسرعة كبيرة ، من الأفضل تحميلها دون انتظار أن تصبح مسطحة.
بادئ ذي بدء ، يمكن أن تشكل البطارية مخاطر جسيمة على السلامة. عندما تكون البطارية محملة بشكل زائد أو تنخفض إلى أقل من -5 درجة مئوية ، يتصلب الليثيوم من خلال التشعبات من كل قطب كهربائي. عندما يتم توصيل القطب الموجب والكاثود من خلال التشعبات ، يمكن أن تشتعل النيران في البطارية وتنفجر. تم الإبلاغ عن العديد من الحالات مع Nokia أو Fujitsu-Siemens أو Samsung ، كما حدثت انفجارات على الطائرات ، لذلك يُحظر اليوم حمل بطارية ليثيوم أيون في الانتظار ، وغالبًا ما يكون الصعود في المقصورة محدودًا من حيث القوة (ممنوع أعلاه 160 واط ويخضع لإذن من 100 إلى 160 واط ساعي).
وبالتالي ، لمكافحة هذه الظاهرة ، قام المصنعون بتطبيق أنظمة تحكم إلكترونية (BMS) قادرة على قياس درجة حرارة البطارية ، وتنظيم الجهد ، والعمل كقواطع دوائر في حالة حدوث خلل. يتم أيضًا استكشاف المناظير المنحل بالكهرباء الصلب أو هلام البوليمر للتحايل على المشكلة.
أيضًا ، لتجنب ارتفاع درجة الحرارة ، يتم إبطاء شحن البطارية خلال آخر 20 بالمائة ، لذلك غالبًا ما يتم الإعلان عن أوقات الشحن بنسبة 80٪ فقط ...
ومع ذلك ، فإن بطارية الليثيوم أيون العملية للغاية للاستخدام اليومي لها تأثير عميق على البيئة ، أولاً عن طريق استخراج الليثيوم ، الذي يتطلب كمية هائلة من المياه العذبة ، ثم إعادة تدويرها في نهاية عمرها الافتراضي. ومع ذلك ، فإن إعادة التدوير أو إعادة الاستخدام تتزايد عامًا بعد عام.
ما هو مستقبل أيون الليثيوم؟
مع تحرك البحث بشكل متزايد نحو تقنيات بديلة أقل تلويثًا ، وأكثر متانة ، وأرخص في التصنيع ، أو أكثر أمانًا ، هل وصلت بطارية الليثيوم أيون إلى إمكاناتها؟
بطارية الليثيوم أيون ، التي تعمل تجاريًا لمدة ثلاثة عقود ، لم يكن لها كلمتها الأخيرة ، وتستمر التطورات في تحسين كثافة الطاقة أو سرعة الشحن أو السلامة. لقد رأينا ذلك على مر السنين ، لا سيما في مجال المركبات ذات العجلتين الآلية ، حيث كان السكوتر موجودًا فقط منذ حوالي خمسين كيلومترًا قبل 5 سنوات ، وتتجاوز بعض الدراجات النارية الآن 200 محطة طرفية.
وعود الثورة هي أيضًا جحافل مثل قطب Nawa Carbon ، بطارية Jenax القابلة للطي ، درجة حرارة التشغيل 105 ° C في NGK ...
لسوء الحظ ، غالبًا ما يواجه البحث الواقع القاسي المتمثل في الربحية والضرورات الصناعية. أثناء انتظار تطوير التكنولوجيا البديلة ، وخاصة الليثيوم الهواء الذي يتوقعه الجميع ، لا يزال أمام الليثيوم أيون مستقبل مشرق ، خاصة في عالم المركبات الكهربائية ذات العجلتين ، حيث يعد تقليل الوزن وتقليل البصمة من المعايير المهمة.
