ما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

2019-08-01 11:16:26

ما هي بطاريات الليثيوم أيون ، وما هي مصنوعة من وما هي الفوائد مقارنة بتقنيات تخزين البطارية الأخرى؟

تم طرح بطاريات الليثيوم لأول مرة في السبعينيات وأنتجتها سوني تجاريًا في عام 1991 ، وهي تستخدم الآن في الهواتف المحمولة والطائرات والسيارات. على الرغم من المزايا العديدة التي أدت بهم إلى زيادة النجاح في صناعة الطاقة ، إلا أن بطاريات أيونات الليثيوم لها بعض العيوب وهي موضوع يثير الكثير من النقاش.

ولكن ما هي بالضبط بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

مما تتكون بطاريات الليثيوم؟

تتكون بطارية الليثيوم من أربعة مكونات رئيسية. يحتوي على الكاثود ، الذي يحدد سعة البطارية والجهد وهو مصدر 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 الأملاح والمذيبات والمواد المضافة ، ويعمل كقناة من أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود. وأخيرًا ، يوجد الفاصل ، الحاجز المادي الذي يبقي الكاثود والأنود بعيدًا.

إيجابيات وسلبيات بطاريات الليثيوم

تتميز بطاريات الليثيوم بكثافة طاقة أعلى بكثير من البطاريات الأخرى. يمكن أن يكون لها ما يصل إلى 150 واط / ساعة من الطاقة لكل كيلوغرام (كجم) ، مقارنة ببطاريات هيدريد النيكل والمعدن عند 60-70 وات / كجم وحمض الرصاص عند 25 وات / كجم.

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

ومع ذلك ، تحتوي بطاريات الليثيوم أيضًا على إلكتروليت قابل للاشتعال يمكن أن يسبب حرائق البطارية على نطاق صغير. كان هذا هو سبب احتراق الهاتف الذكي Samsung Note 7 سيئ السمعة ، مما أجبر Samsung على التخلص من الإنتاج وخسارة 26 مليار دولار في القيمة السوقية. وتجدر الإشارة إلى أن هذا لم يحدث لبطاريات الليثيوم واسعة النطاق.

كما أن إنتاج بطاريات الليثيوم أيون أكثر تكلفة ، حيث يمكن أن يكلف إنتاجه حوالي 40٪ أكثر من بطاريات النيكل والكادميوم.

المنافسين

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

تحت التطوير من قبل Aquion Energy ، تتكون من المياه المالحة وأكسيد المنغنيز والقطن لإنشاء شيء مصنوع باستخدام `` مواد وفيرة وغير سامة وتقنيات تصنيع منخفضة التكلفة حديثة ''. وبسبب هذا ، فهي البطاريات الوحيدة في العالم التي معتمدة 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 في مختبر Bristol Robotics وبطارية ليثيوم أيون من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد التي تستخدم الرمل بدلاً من الجرافيت في الأنود ، مما يؤدي إلى بطارية أقوى ثلاث مرات من معيار الصناعة.