ما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

ما هي بطاريات الليثيوم أيون وما هي مصنوعة وما هي فوائدها مقارنة بتقنيات تخزين البطاريات الأخرى؟

تم اقتراح بطاريات الليثيوم لأول مرة في السبعينيات وتم إنتاجها تجاريًا بواسطة شركة سوني في عام 1991، وتُستخدم الآن في الهواتف المحمولة والطائرات والسيارات.على الرغم من المزايا العديدة التي قادتها إلى النجاح المتزايد في صناعة الطاقة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون لها بعض العيوب وهي موضوع يثير الكثير من النقاش.

ولكن ما هي بطاريات الليثيوم بالضبط وكيف تعمل؟

مما تتكون بطاريات الليثيوم؟

تتكون بطارية الليثيوم من أربعة مكونات رئيسية.يحتوي على الكاثود الذي يحدد سعة البطارية وجهدها وهو مصدر أيونات الليثيوم.يتيح الأنود للتيار الكهربائي التدفق عبر دائرة خارجية، وعندما يتم شحن البطارية، يتم تخزين أيونات الليثيوم في الأنود.

ويتكون الإلكتروليت من الأملاح والمذيبات والمواد المضافة، ويعمل كقناة لأيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود.وأخيرًا هناك الفاصل، وهو الحاجز المادي الذي يفصل بين الكاثود والأنود.

إيجابيات وسلبيات بطاريات الليثيوم

تتمتع بطاريات الليثيوم بكثافة طاقة أعلى بكثير من البطاريات الأخرى.يمكن أن تحصل على ما يصل إلى 150 واط ساعة من الطاقة لكل كيلوغرام (كجم)، مقارنة ببطاريات هيدريد معدن النيكل عند 60-70 واط ساعة/كجم وبطاريات حمض الرصاص عند 25 وات ساعة/كجم.

كما أنها تتمتع بمعدل تفريغ أقل من غيرها، حيث تفقد حوالي 5% من شحنتها في شهر واحد مقارنة ببطاريات النيكل والكادميوم (NiMH) التي تفقد 20% في شهر واحد.

ومع ذلك، تحتوي بطاريات الليثيوم أيضًا على إلكتروليت قابل للاشتعال يمكن أن يسبب حرائق صغيرة الحجم في البطارية.كان هذا هو السبب وراء احتراق الهاتف الذكي Samsung Note 7 سيئ السمعة، مما أجبر سامسونج على التوقف عن الإنتاج وخسارة 26 مليار دولار من قيمتها السوقيةوتجدر الإشارة إلى أن هذا لم يحدث لبطاريات الليثيوم واسعة النطاق.

كما أن إنتاج بطاريات الليثيوم أيون أكثر تكلفة، حيث يمكن أن تكلف ما يقرب من ذلك إنتاج أكثر بنسبة 40% من بطاريات النيكل والكادميوم.

المنافسين

يواجه ليثيوم أيون منافسة من عدد من تقنيات البطاريات البديلة، ومعظمها في مرحلة التطوير.أحد هذه البدائل هو البطاريات التي تعمل بالمياه المالحة.

قيد التطوير بواسطة Aquion Energy، يتم تشكيلها من المياه المالحة وأكسيد المنغنيز والقطن لإنشاء شيء يتم تصنيعه باستخدام "مواد وفيرة وغير سامة وتقنيات تصنيع حديثة منخفضة التكلفة".ولهذا السبب، فهي البطاريات الوحيدة في العالم الحاصلة على شهادة "من المهد إلى المهد".

على غرار تقنية Aquion، تستخدم "البطارية الزرقاء" من AquaBattery مزيجًا من الملح والمياه العذبة التي تتدفق عبر الأغشية لتخزين الطاقة.تشمل أنواع البطاريات المحتملة الأخرى البطاريات التي تعمل بالبول من مختبر بريستول للروبوتات وبطارية الليثيوم أيون التابعة لجامعة كاليفورنيا ريفرسايد والتي تستخدم الرمل بدلاً من الجرافيت في الأنود، مما يؤدي إلى بطارية أقوى بثلاث مرات من معايير الصناعة.