ما هي بطاريات الليثيوم أيون؟

بطاريات الليثيوم أيون. تناولنا في المقال السابق البطاريات الجلفانية، وعرفنا أن بطاريات الليثيوم أيون تُعتبر أحد أهم أنواعها. ومن هنا سنتناول بشكل منفصل بطاريات الليثيوم أيون لنتعرف على كل ما يخص هذه البطاريات التي أحدثت ثورة تقنية منذ اختراعها.

ما هي بطارية الليثيوم أيون؟

تُعتبر بطارية الليثيوم أيون نوع من أنواع البطاريات الجلفانية القابلة لإعادة الشحن، وتعتمد على تقنية الليثيوم أيون لتخزين الطاقة الكهربائية. ونستطيع القول بأن هذه البطاريات تُصنف بأنها أحدث تقنيات البطاريات القابلة للشحن وأكثرها شيوعاً، وأهم الشركات الرئيسية المصنعة لهذا النوع من البطاريات هي سامسونج؛ وباناسونيك؛ وسوني وغيرها.

آلية عمل بطارية الليثيوم أيون:

تعتمد آلية عمل بطارية الليثيوم أيون على تدفق الأيونات بين قطبي البطارية خلال عملية الشحن والتفريغ. وتحتوي بطارية الليثيوم أيون على مواد مختلفة في كل من القطب السالب والقطب الموجب، والتي تتفاعل بدورها مع أيونات الليثيوم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية والعكس صحيح عند التفريغ.
فمثلًا يحتوي القطب السالب في البطارية على مادة ألكوكسيد المعالجة بالجرافيت والتي تتفاعل مع أيونات الليثيوم عند شحن البطارية، حيث يتم إدخال الأيونات الليثيوم في ألكوكسيد وبهذا يتفاعل الكربون الموجود في الجرافيت المستخدم في معالجة الألكوكسيد مع الليثيوم. ومن جهة أخرى، يحتوي القطب الموجب على مادة أكسيد الكوبالت وأكسيد الليثيوم، حيث تتفاعل هذه المواد مع أيونات الليثيوم المتحررة من القطب السالب خلال عملية الشحن، وتتحرر هذه الأيونات عند التفريغ لتسريع تدفق التيار الكهربائي.

متى اُخترعت بطارية الليثيوم أيون؟

بدأت الأبحاث التي تستهدف تطوير بطارية الليثيوم أيون منذ سبعينيات القرن الماضي. إلا أن عملية التطوير العملي لها لأول مرة بدأ في عام 1980 من قبل باحثين في شركة ExxonMobil الأمريكية. ليتم تحسينها لاحقًا من قبل شركة Sony اليابانية في العام 1991، وإطلاقها تجارياً أيضًا في العام ذاته. ومنذ ذلك الحين، أصبحت بطارية الليثيوم أيون هي البطارية الرائدة في العالم.

مزايا بطاريات الليثيوم أيون:

تتميز بطارية الليثيوم أيون بمزايا جعلتها الأكثر كفاءة وانتشارًا في العالم، وذلك لأسباب عدة، منها:

كثافة عالية لطاقتها الثقالية:

تتميز بطارية الليثيوم أيون بكفاءة عالية في تخزين الطاقة، مما يسمح بتشغيل الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية لفترات أطول دون الحاجة إلى إعادة الشحن المتكرر.

انخفاض وزنها:

تتمتع بطارية الليثيوم أيون بوزن خفيف مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والحواسيب المحمولة.

طول عمرها الافتراضي:

تمتاز هذه البطاريات بعمر افتراضي أطول من البطاريات التقليدية، ويمكنها الاستمرار في العمل لسنوات عديدة دون الحاجة إلى استبدالها.

قابليتها لإعادة الشحن:

القدرة على إعادة الشحن مرارًا وتكرارًا، جعلت من اختراعها خطوة ثورية لتعمل على استبدال البطاريات التقليدية كونها أكثر اقتصادية.

أنواع بطاريات الليثيوم أيون:

تتنوع بطاريات الليثيوم أيون، وتختلف فيما بينها من حيث التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية والكهربائية. ومن بين هذه الأنواع:

بطاريات الليثيوم بوليمر 《Lithium Polymer batteries》:

وهي عبارة عن بطاريات تستخدم في العديد من التطبيقات الحديثة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة الإلكترونية الأخرى، وذلك بسبب أداءها العالي؛ وحجمها الصغير؛ ووزنها الخفيف. وتتميز هذه البطاريات بقدرتها على الاحتفاظ بالشحنة لفترة طويلة.

بطاريات الليثيوم فوسفات 《Lithium iron phosphate batteries》:

وتستخدم هذه البطاريات في السيارات الكهربائية؛ والمركبات الثقيلة؛ ونظم الطاقة الضخمة، وذلك بسبب قدراتها الكهربائية المتميزة؛ وتحملها لدرجات الحرارة العالية؛ وقابلية استخدامها تحت الجهود العالية.

بطاريات الليثيوم كوبالت 《Lithium Cobalt batteries》:

تدخل هذه البطاريات في العديد من الصناعات التي تتميز منتجاتها بالدقة، مثل: الأجهزة الإلكترونية الصغيرة؛ وأدوات القياس؛ والأدوات الطبية.

بطاريات الليثيوم تيتانات 《Lithium Titanate batteries》:

مثلها مثل بطاريات الليثيوم فوسفات، تدخل هذه البطاريات في صناعة السيارات الكهربائية؛ والمركبات الثقيلة؛ ونظم الطاقة الكبيرة؛ والطائرات دون طيار. وهذا بسبب قدرتها على الشحن السريع؛ والاحتفاظ بالشحنة لفترة أطول؛ ومقاومتها للجهود الحرارية الميكانيكية.

مستقبل بطاريات الليثيوم أيون:

تتوقع العديد من الدراسات والتقارير أن تتجه صناعة السيارات والطاقة النظيفة بشكل أساسي إلى استخدام بطاريات الليثيوم أيون في المستقبل. ومن المتوقع أن يتزايد الطلب على هذه البطاريات بشكل كبير خلال العقود القادمة، وذلك بسبب اعتماد المزيد من الصناعات على تقنيات الطاقة النظيفة، وتسارع عملية التحول من الوقود الأحفوري إلى توليد الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة ونظيفة.
وتعمل العديد من الشركات حاليًا على تطوير تقنيات جديدة لبطاريات الليثيوم أيون، ويتم التىكيز بشكل رئيسي على زيادة الكفاءة؛ وتقليل التكلفة؛ وتحسين الأمان؛ وزيادة قدرتها تحمل الجهود الحرارية. كما تعمل الشركات على تقليص فترة شحن البطارية لتواكب تطلعات الاقتصاد العالمي والثورة التكنولوجية التي نقبل عليها.

المصادر:

Lithium-ion
Lithium-ion Battery Basics
The Evolution of Lothium-ion Batteries
The different types of Lithium-ion batteries

Author: Dalia Almokadam

مهندسة ميكانيكية مهتمة بالعلوم الهندسية، والطبيعية، والطاقة المتجددة.