بطاريات ليثيوم أيون موجودة في كل مكان حولنا، وتحافظ على تشغيل أجهزتنا وسياراتنا. إنها مثل المحركات الصغيرة التي تغذي عالمنا. ولكن ما الذي بداخلهم ويجعلهم يعملون؟ دعونا نلقي نظرة.
ما هي بطارية ليثيوم أيون؟
تشبه بطاريات الليثيوم أيون مصانع الطاقة الصغيرة. يستخدمون أيونات الليثيوم لتوليد الكهرباء.
تخيل هذه الأيونات كرسائل تحمل الطاقة بين جزأين من البطارية. وفي الداخل، يضمن الفاصل إمكانية تحرك أيونات الليثيوم بين الجوانب أثناء حجب الإلكترونات.
عند الشحن، تنتقل الأيونات من الجانب الموجب إلى الجانب السلبي، لتخزين الطاقة. أثناء التفريغ، تعود الأيونات إلى الجانب الموجب، مما يوفر الطاقة. تولد حركة أيونات الليثيوم ذهابًا وإيابًا جهدًا كهربائيًا يدفع الإلكترونات عبر الجهاز المتصل ويزوده بالطاقة.
بطارية ليثيوم أيون مقابل. خلية ليثيوم أيون
دعونا نتحدث عن الفرق بين بطارية الليثيوم أيون وخلية الليثيوم أيون.
تشبه بطارية الليثيوم أيون فريقًا من العدائين، حيث تكون كل خلية ليثيوم أيون واحدة من هؤلاء العدائين. يحتاج الفريق إلى أن يعمل جميع المتسابقين معًا ليكونوا أقوياء.
كل من هذه الخلايا لها جهدها الخاص. على سبيل المثال، يتراوح جهد خلية فوسفات الحديد الليثيوم من 3.2 إلى 3.8 فولت. لتشغيل الأجهزة الأكبر حجمًا، يمكننا دمج خلايا متعددة لإنشاء بطارية ذات جهد أعلى، مثل 12 أو 24 أو 48 فولت. اصطفاف الخلايا في السلسلة يضيف الفولتية الخاصة بهم.
يمكن أيضًا توصيل الخلايا بالتوازي. وهذا يجمع بين قدرتها، بحيث تدوم الخليتين المتوازيتين ضعف مدة الخلية الواحدة.
ماذا يوجد داخل بطارية الليثيوم أيون؟
تحتوي بطارية الليثيوم على خلايا أيون الليثيوم متعددة موصلة على التوالي وعلى التوازي، بالإضافة إلى أسلاك توصيل و نظام إدارة البطارية (BMS).
يقوم نظام BMS بمراقبة صحة البطارية ودرجة حرارتها. كما يمكنه أيضًا موازنة الطاقة عبر جميع الخلايا أثناء كل عملية شحن كاملة لزيادة عمر البطارية وأدائها إلى أقصى حد.
ماذا يوجد داخل خلية الليثيوم أيون؟
الجزء الداخلي من خلية أيون الليثيوم المفردة بسيط للغاية. وهو يتألف من أربعة مكونات رئيسية: الأنود، والكاثود، والكهارل، والفاصل. تعمل هذه المكونات معًا بسلاسة لتخزين وإطلاق الطاقة حسب الحاجة.
الأنود والكاثود
يوجد في قلب خلية أيون الليثيوم قطبان كهربائيان – الأنود والكاثود. تلعب هذه دورًا حاسمًا في قدرات تخزين الطاقة وإطلاقها في البطارية.
عادة ما يتكون القطب السالب، المعروف باسم الأنود، من الجرافيت. أثناء عملية الشحن، تهاجر أيونات الليثيوم من الكاثود، عبر الفاصل، ويتم تخزينها في الأنود. عندما تكون البطارية قيد الاستخدام والتفريغ، تتدفق أيونات الليثيوم عائدة من القطب الموجب إلى القطب السالب.
على الجانب الآخر، غالبًا ما يتكون القطب الموجب، أو الكاثود، من أكاسيد فلزية أساسها الليثيوم. تشمل مواد الكاثود الشائعة أكسيد كوبالت الليثيوم (LCO)، وفوسفات حديد الليثيوم (LFP)، وأكسيد منغنيز الليثيوم (LMO). تقدم كل من هذه الكيمياء مزاياها الفريدة من حيث كثافة الطاقة والسلامة ودورة الحياة.
على سبيل المثال، تميل الخلايا المعتمدة على LCO إلى الحصول على كثافة طاقة أعلى، مما يجعلها خيارًا شائعًا للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. من ناحية أخرى، تُعرف خلايا LFP بسلامتها الفائقة ودورتها الطويلة في الحياة، مما يجعلها خيارًا مفضلاً للسيارات الكهربائية. تحقق خلايا الكائنات الحية المحورة توازنًا بين كثافة الطاقة وفعالية التكلفة.
المنحل بالكهرباء
يسهل المنحل بالكهرباء تدفق أيون الليثيوم بين الأنود والكاثود أثناء الشحن والتفريغ.
ال المنحل بالكهرباء الأكثر شيوعا يستخدم في خلية أيون الليثيوم ملح الليثيوم، عادة سداسي فلورو فوسفات الليثيوم (LiPF6)، المذاب في مذيب عضوي. يوفر ملح الليثيوم هذا الوسط اللازم لأيونات الليثيوم للتحرك بحرية بين القطبين.
أثناء الشحن، يتم استخراج أيونات الليثيوم من الكاثود وتهاجر عبر المنحل بالكهرباء ليتم تخزينها في الأنود. عندما تكون البطارية قيد الاستخدام والتفريغ، يتم عكس العملية، حيث تتدفق أيونات الليثيوم عائدة من القطب الموجب إلى الكاثود، مما يولد التيار الكهربائي اللازم.
فاصل
يقع الفاصل بين الأنود والكاثود. تسمح هذه المادة الرقيقة بمرور أيونات الليثيوم ولكنها توقف التوصيل الكهربائي، مما يجبر الإلكترونات على التدفق عبر الجهاز.
يلعب الفاصل أيضًا دورًا آمنًا – إذا ارتفعت درجة حرارته، تغلق مسامه، إيقاف نقل أيونات الليثيوم وإغلاق خلية البطارية لمنع الضرر أو الحريق.
خاتمة
تبدو بطارية الليثيوم أيون بسيطة من الخارج، ولكن مع التعمق أكثر، ستكتشف العديد من المكونات المختلفة.
مقالات ذات صلة:
