بطاريات ليثيوم أيون

مبدأ تشغيل أي بطارية كهربائية هو تراكم الطاقة الكهربائية خلال تفاعل كيميائي يحدث عندما يتدفق التيار الكهربائي المشحون عبر البطارية ، وتوليد الطاقة الكهربائية عندما يتدفق تيار التفريغ خلال تفاعل كيميائي عكسي.

تتيح لك إمكانية عكس التفاعل الكيميائي في البطارية تفريغ وشحن البطارية بشكل متكرر. هذه هي ميزة البطاريات على مصادر التيار المتاح ، والبطاريات العادية ، التي لا يمكن فيها إلا تفريغ التيار.

نظرًا لأن وسيلة نقل الشحنة من قطب بطارية إلى آخر ، يتم استخدام المنحل بالكهرباء - وهو حل خاص ، بسبب التفاعل الكيميائي الذي يحدث مع المواد الموجودة على الأقطاب الكهربائية ، يمكن إجراء تفاعلات كيميائية مباشرة وعكسية في البطارية ، مما يجعل من الممكن شحن البطارية و رتبته.

اليوم ، واحدة من أنواع البطاريات الواعدة بطارية ليثيوم أيون. في هذه البطاريات ، يعمل الألومنيوم كقطب سالب (كاثود) ، والنحاس كقطب موجب (أنود). يمكن أن يكون للأقطاب الكهربائية شكل مختلف ، كقاعدة عامة ، إنها عبارة عن رقائق على شكل أسطوانة أو حزمة مستطيلة.

تنطبق على رقائق الألومنيوم مادة الكاثود، والتي يمكن أن تكون في الغالب واحدة من ثلاثة: ليثيوم الكوبالت LiCoO2 ، الليثيوم فيروفوسفات LiFePO4 ، أو الإسبنيل المنغنيز الليثيوم LiMn2O4 ، ويتم تطبيق الجرافيت على رقائق النحاس. الليثيوم ferrophosphate LiFePO4 هو مادة الكاثود الوحيدة الآمنة حاليًا من حيث خطر الانفجار والود البيئي بشكل عام.

تعمل الشوارد البوليمرية التي يمكنها دمج أملاح الليثيوم في تكوينها ، بسبب مرونة اللدائن ، على إنتاج بطاريات ليثيوم أيون ذات سطح داخلي كبير وأي شكل تقريبًا ، وهذا يزيد بشكل كبير من قابلية الإنتاج للإنتاج والأبعاد الكلية.

في عملية شحن مثل هذه البطارية ، تتحرك أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليت ، وهي مدمجة في الشبكة البلورية للغرافيت على الأنود ، وتشكل الليثيوم الجرافيت مجمع LiC6. أثناء التفريغ ، تحدث العملية العكسية - تنتقل أيونات الليثيوم إلى الكاثود (المؤكسد) من الأنود ، وتتحرك الإلكترونات في الدائرة الخارجية إلى الكاثود ، ونتيجة لذلك ، تكتسب العملية الحياد الكهربائي.

الجهد الاسمي لبطارية الليثيوم أيون هو 3.6 فولت ، ومع ذلك ، يمكن أن يصل الفرق المحتمل أثناء الشحن إلى 4.23 فولت. فيما يتعلق بهذه الحقيقة ، يتم إنتاج الشحنة بأقصى جهد مسموح به لا يتجاوز 4.2 فولت.

يمكن أن تشتعل بعض مركبات الليثيوم بسهولة إذا تم تجاوز الجهد ، وبالتالي ، يتم تقليدها في بطاريات ليثيوم أيون تحكم مستوى تهمةالتي لا تسمح بتجاوز الجهد الحرج. ميزة أخرى للسلامة هي صمام متكامل لتخفيف الضغط الزائد داخل الكيس.

اتخذت بطاريات الليثيوم أيون مكانها الصحيح في سوق الأجهزة المنزلية المحمولة. هذه بطاريات للهواتف المحمولة والكاميرات وكاميرات الفيديو والأجهزة اللوحية واللاعبين ، إلخ.

الليثيوم الفوسفات LiFePO4 تعتبر مادة الكاثود الأكثر وعدًا بسبب ملاءمتها للبيئة. Lithium cobaltate LiCoO2 ، بدوره ، يعد سامًا وضارًا بالبيئة ، وبالنسبة للبطاريات التي تعتمد عليه ، يمكن إزالة 50٪ فقط من الأيونات من بنية المركب ، لأنه إذا قمت بإزالة الليثيوم تمامًا منه ، ستصبح البنية غير مستقرة ، وستتحول الكوبالت إلى حالة الأكسدة + 4 و سوف تكون قادرة على أكسدة الأكسجين ، والأكسجين الذري صدر سوف أكسدة المنحل بالكهرباء ، وسوف يحدث انفجار.البطاريات ذات السعة المتزايدة (على أساس LiCoO2) شديدة الانفجار.

تم اقتراح مادة الليثيوم الفوسفاتية LiFePO4 باعتبارها مادة الكاثود للبطاريات للأجهزة الأكثر قوة في عام 1997 بواسطة John Goodenough.

يتواجد فوسفات الليثيوم في قشرة الأرض ، ولن يخلق أي مشاكل بيئية في المستقبل. لا يمكن إطلاق الأكسجين منه ، لأنه مرتبط بشدة بالفوسفور بتكوين أيون فوسفات مستقر. ومع ذلك ، لإمكانية استخدام هذه المواد ، كان لا بد من تجزئة إلى جزيئات صغيرة ، وإلا فإنه سيبقى عازل بسبب الموصلية المنخفضة للغاية. صُنعت الجسيمات بصفائح ذات أحجام صغيرة على طول اتجاه حركة أيونات الليثيوم ، ثم غُطِّيت بطبقة كربون سُمك نانومتر.

هذه الجسيمات النانوية LiFePO4 قادرة على الشحن خلال 10 دقائق ، وإذا كان الطلاء لا يزال معدلاً ، فسيتم تقليل وقت الشحن إلى 1-3 دقائق. في المستقبل ، ستكون هذه المواد قادرة على توفير الطاقة للسيارات الكهربائية لمدة 10 سنوات. دورة تفريغ شحن ممكنة فعليًا خلال 5-10 دقائق مع السلامة الكاملة.

من وجهة نظر العلم الحديث ، تطور وإطلاق حتى مدخرات النانو المحمولة لن يستغرق الانتظار وقتًا طويلاً ، والكلمة هي فقط للتطبيق التكنولوجي الواسع للتطورات. بالنسبة لآفاق السيارات الكهربائية ، يمكننا الآن أن نفترض بالفعل أنها ستصبح وسيلة النقل الرئيسية في مدن المستقبل القريب.

Comments

[#1 فاديم]

المستقبل القريب لدول ما بعد الاتحاد السوفيتي ، وهو مفهوم غامض للغاية. حتى الآن ، لا أحد يهتم بهذه التقنيات في صناعة السيارات.

الوصف ممتاز فقط لم تجد كيفية الحفاظ على البطارية بشكل صحيح. بعد البحث في المعلومات ، أشار إلى المشكلة الأكثر أهمية. هذا هو المسؤول في الوقت المناسب. اتضح أنه كلما ارتفعت نسبة التفريغ ، قل عدد دورات "التفريغ - الشحن". يوصى بتحصيل الرسوم على الإطلاق إذا تم تفريغها بنسبة لا تزيد عن 20٪.

ما رأيك في هذا؟