ما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

ما هي بطاريات الليثيوم أيون ، وما هي مكوناتها وما هي الفوائد مقارنة بتقنيات تخزين البطاريات الأخرى؟

تم اقتراح بطاريات الليثيوم لأول مرة في السبعينيات وتم إنتاجها تجاريًا من قبل شركة Sony في عام 1991 ، وتستخدم الآن بطاريات الليثيوم في الهواتف المحمولة والطائرات والسيارات.على الرغم من العديد من المزايا التي أدت بهم إلى زيادة النجاح في صناعة الطاقة ، فإن بطاريات الليثيوم أيون لها بعض العيوب وهي موضوع يثير الكثير من النقاش.

ولكن ما هي بالضبط بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

مم تصنع بطاريات الليثيوم؟

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

يتكون المنحل بالكهرباء من أملاح ومذيبات ومواد مضافة ، ويعمل كقناة لأيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود.أخيرًا هناك الفاصل ، الحاجز المادي الذي يبقي الكاثود والأنود منفصلين.

إيجابيات وسلبيات بطاريات الليثيوم

تتميز بطاريات الليثيوم بكثافة طاقة أعلى بكثير من البطاريات الأخرى.يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 150 واط / ساعة (WH) من الطاقة لكل كيلوغرام (kg) ، مقارنة ببطاريات هيدريد النيكل المعدنية عند 60-70WH / kg وبطاريات حمض الرصاص عند 25WH / kg.

لديهم أيضًا معدل تفريغ أقل من غيرهم ، حيث يفقدون حوالي 5 ٪ من شحنتهم في شهر واحد مقارنة ببطاريات النيكل والكادميوم (NiMH) التي تفقد 20 ٪ في الشهر.

ومع ذلك ، تحتوي بطاريات الليثيوم أيضًا على إلكتروليت قابل للاشتعال يمكن أن يتسبب في حرائق بطارية على نطاق صغير.كان هذا هو الذي تسبب في احتراق الهاتف الذكي الشهير Samsung Note 7 ، والذي أجبر شركة Samsung على ذلكإنتاج الخردةوتخسر ​​26 مليار دولار من القيمة السوقية.وتجدر الإشارة إلى أن هذا لم يحدث لبطاريات الليثيوم واسعة النطاق.

كما أن بطاريات الليثيوم أيون أكثر تكلفة في الإنتاج قدر الإمكانتكلف تقريبا40٪ أكثر للإنتاج من بطاريات النيكل والكادميوم.

المنافسين

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

قيد التطوير بواسطة Aquion Energy، تتكون من المياه المالحة وأكسيد المنغنيز والقطن لإنتاج شيء مصنوع باستخدام "مواد وفيرة وغير سامة وتقنيات تصنيع حديثة منخفضة التكلفة".ولهذا السبب ، فهي البطاريات الوحيدة في العالم المعتمدة من المهد إلى المهد.

على غرار تقنية Aquion ،تستخدم تقنية Blue Battery من AquaBattery مزيجًا من الملح والمياه العذبةتتدفق عبر الأغشية لتخزين الطاقة.تشمل أنواع البطاريات المحتملة الأخرى بطاريات مختبر Bristol Robotics التي تعمل بالبول وجامعة كاليفورنيا ريفرسايدبطارية ليثيوم أيون تستخدم الرمل بدلاً من الجرافيت للأنود ، مما يؤدي إلى بطارية أقوى بثلاث مرات من معيار الصناعة.