ما هي بطاريات ليثيوم ايون وأين يمكننا استخدامها

البطارية هي في الأساس تجربة كيميائية تحدث في علبة صغيرة، ثم بتوصيل طرفي البطارية بشيء مثل مصباح يدوي وتبدأ التفاعلات الكيميائية، ما هي بطاريات ليثيوم ايون؟

3 إجابات

تُستخدم بطاريات ليثيوم أيون في العديد من التطبيقات وخاصّة في صناعة الإلكترونيات، توفّر هذه البطاريات الكهرباء المحمولة، وتعمل على تشغيل الأدوات الإلكترونية مثل الهواتف النقالة، وأجهزة الكومبيوتر المحمولة، والأجهزة اللوحية، وأيضًا تستخدم لتوفير الطاقة للمعدات الكهربائية والأدوات الطبيّة.

يعد الليثيوم المصدر الأساسي الأكثر استقرارًا لبطاريات ليثيوم أيون، فهو أكثر أمانًا في صرف وتفريغ الطاقة مقارنةً بالمعادن الأخرى.

تتكون بطارية الليثيوم أيون من المكونات التالية:

  • القطب الموجب: مصدر أيونات الليثيوم التي تحدد سعة البطارية والجهد.
  • القطب السالب: القسم الذي يخزن ويطلق الأيونات من خلال وحدة خارجيّة.
  • الكهرليت: وهو عبارة عن وسط ينقل الأيونات بين القطب الموجب والقطب السالب.
  • الفاصل: حاجز يمنع اتصال قطبي البطارية السالب والموجب ببعضهما البعض.

إليك بعض التطبيقات والمجالات التي تتطلب استخدام بطارية ليثيوم أيون:

  • السيارات الكهربائية: تفرض صناعة هذه السيارات طلبًا على حزم البطاريات ليثيوم أيون لتوفير طاقة للسيارات الكهربائية الهجينة، وذلك لمقدرة بطاريات ليثيوم أيون على تخزين كمية كبيرة من الطاقة، بالإضافة إلى قدرتها على إعادة الشحن.
  • التنقل الشخصي: يتم استخدام بطاريات ليثيوم أيون في الدرّاجات، والكراسي المتنقلة، ومساعدات التنقل الأخرى لذوي الإعاقة؛ حيث لا تحتوي هذه البطاريات على أي مواد كيميائية ضارة بالصحّة.
  • كمصدر طاقة مستمر UPS: حيث تشكّل طاقة احتياطية طارئة في حال فقدان الطاقة عند استخدام بعض المعدات مثل الحواسب النقالة وغيرها.
  • المركبات البحريّة: تستعمل بطاريات الليثيوم أيون كبديل للبطاريات التي تعمل بالبنزين وحمض الرصاص في تشغيل الزوارق والقوارب الترفيهية.
  • تخزين الطاقة الشمسية: تُستخدم بطاريات ليثيوم أيون في تخزين الطاقة الشمسية في الألواح الشمسية، حيث تتميز بخفة وزنها وإمكانية شحنها بسرعة، وتحمّلها كميات أكبر من الطاقة مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضيّة.

أكمل القراءة

بطارية الليثيوم أيون (Li-ion)، هي نوعٌ مستحدثٌ من البطاريات الطويلة العمر، القابلة للشحن، يدخل عنصر الليثيوم كمكوّنٍ أساسيٍّ فيها، فتتكوّن بطارية أيون الليثيوم القابلة لإعادة الشحن من عدة خلايا، كلّ منها يتألف من:

  • كاثود (قطب موجب)، يتكون عادةً من أكسيد الليثيوم – الكوبالت (LiCoO2 )، أو في البطاريات الأحدث من فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4).
  • وأنود (قطب سالب)، يتكون من الكربون (الجرافيت).
  • ومادة كهربائية تدعى بالمحلول الكهربائي تتواجد بين القطبين، وتختلف من نوع بطارية إلى آخر.

تمرّ البطاريات بدورتي توصيلٍ (شحن) وتفريغ، خلال دورة الشحن، يتأيّن الليثيوم في الكاثود فيتخلّى عن بعض أيوناته لتنتقل عبر المحلول الكهربائي إلى القطب الجرافيتي السالب، خلال هذه العملية تخزن البطارية الطاقة حتى تمتلئ، وفي دورة التفريغ، تعود أيونات الليثيوم مرّة أخرى عبر المحلول الكهربائي إلى القطب الموجب، وتحرّر الطاقة التي تشغل البطارية.

بينما تتحرك أيونات الليثيوم بين القطبين، تنتقل الإلكترونات بشكلٍ معاكسٍ للأيونات حول الدارة الخارجية، وترتبط حركة الأيونات بالالكترونات، فإذا توقّفت الأيونات عن التحرّك عبر المحلول الكهربائي عند نفاذ شحن البطارية، أو عند إيقاف تشغيلها، تتوقف معها حركة الإلكترونات، ويتوقف التيار.

ومن أهمّ ما يميّز بطارية الليثيوم أيون عن البطاريات العادية، هو تزويدها بوحدات تنظيمّ إلكترونيةّ تمنع الشحن الزائد، وارتفاع حرارة البطارية.

نمى استخدام بطاريات أيون الليثيوم بشكلٍ ملحوظٍ في السنوات الأخيرة، لما توفّره من مزايا مقارنةٍ بالأنواع الأخرى، ومنها:

  • كثافة الطاقة العالية: فهي تمنح ميزة العمل لفترات طويلةٍ للمعدات الإلكترونية مثل الكمبيوترات المحمولة والهواتف المحمولة.
  • التفريغ الذاتي: تشترك جميع أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن بمشكلة التفريغ الذاتي، إلّا أنّ بطارية أيون الليثيوم تتميّز بانخفاض معدل التفريغ الذاتيّ مقارنةً بباقي الأنواع.
  • صيانة منخفضة: نادرًا ما تحتاج بطارية أيونات الليثيوم إلى صيانةٍ لضمان أدائها.
  • جهد الخلية: الجهد الكهربائيّ لخلايا أيون الليثيوم حوالي 3.6 فولت، وهو أعلى من تلك الموجودة في كادميوم النيكل القياسي ، وهيدريد معدن النيكل والخلايا القلوية القياسية، ممّا يتطلّب عدد خلايا أقل يبسّط إدارة الطاقة.

أكمل القراءة

بطاريات الليثيوم آيون هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن، تكون عادةً مصنوعة من خلية أو أكثر بغرض انتاج الطاقة، فكل خلية تحتوي على مكونات أساسية وهي :

  • الكترود موجب مكون من الكوبالت وأكسيد الليثيوم أو فوسفات حديد الليثيوم.
  • الكترود سالب من الكربون.
  • طبقة رقيقة جداً عازلة مصنوعة من البلاستيك تفصل بين الالكترود السالب والموجب، لكن تسمح للأيونات فقط بالمرور عبرها.

إن بطاريات الليثيوم آيون تمتاز بالعديد من الخصائص و الإيجابيات بالمقارنة مع البطاريات الأخرى مثل:

  • تمتاز بكثافة طاقة عالية بالمقارنة مع حجمها.
  • خفيفة الوزن.
  • لاتحتوي على الكادميوم فهي صديقة للبيئة.
  • تمتاز بالتفريغ الذاتي.
  • لاداعي لتفريغها بشكل دوري قبل إعادة شحنها.

لكن قد تواجه المستهلك بعض السلبيات مثل:

  • إنها معرضة للاشتعال أو الإنفجار إذا تم شحنها بشكل مفرط.
  • تحتاج دوائر حماية مدمجة تضمن وضعها في التشغيل الآمن.
  • من المحتمل أن يؤدي تفريغ البطارية للصفر إلى تدميرها وتلفها.
  • تنخفض سعة البطارية مع مرور الزمن.
  • تكلفتها مرتفعة بنسبة 24% عن خلايا الكادميوم والنيكل.
  • تخضع الكميات الكبيرة منها عند النقل لرقابة تنظيمية وقيود صارمة في النقل.
  • تحتاج هذه التقنية لتطوير دائم.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي بطاريات ليثيوم ايون وأين يمكننا استخدامها"؟