كيف تصنع بطاريات الليثيوم؟

لا شك بأن بطاريات الليثيوم التي يدخل في تركيبها عنصر الليثيوم تعتبر من البطاريات الجيدة والتي تعيش لوقت أطول من البطاريات العادية، فهل تعلم كيف يتم صناعة بطاريات الليثيوم؟

3 إجابات

تختلف بطاريات الليثيوم عن أنواع البطاريات الأخرى نظرًا لطاقتها العالية والتكلفة المنخفضة لكل دورة وهي تحظى بشعبية واسعة في هذه الفترة حيث أنها تستخدم في الهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية والحواسيب المحمولة وعدة أجهزة كهربائية أخرى. وهي قابلة لإعادة الشحن وتصنع من خلية واحدة لإنتاج الطاقة أو أكثر من خلية.

وقد اكتشفت كيميائيتها  عام 1912 وصنعت شركة سوني أول بطارية عام 1991 وثم بدأت الشركات الأخرى بصناعتها.

تحتوي خلايا إنتاج الطاقة الموجودة في بطارية الليثيوم على المكونات التالية:

  • الكترود موجب  (LiCoO2)، أو فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4).
  • الكترود سالب.
  • طبقة بلاستيكية عازلة رقيقة تقع بين الالكترود الموجب والالكترود السالب وهي تسمح للأيونات بالمرور من خلالها.

تتألف عملية صناعة بطاريات الليثيوم من عدة مراحل:

  1. تحضير الالكترود.
  2. تركيب الالكترود.
  3. التشكيل: يُغمر الالكترود السالب والموجب في منحل كهربائي (الكتروليت لامائي) يختلف نوعه باختلاف البطارية.
  4. تركيب وصناعة البطارية: يصنع في هذه المرحلة غلاف البطارية وواقي الأقطاب الداخلية ويتم إدخال الالكترود السالب والموجب داخلها.
  5. الشحن: بعد أن أصبحت البطارية قطعة واحدة يحين وقت أول دورة شحن لها.
  6. اختبار البطارية: عملية اختبار البطارية وكشف جودتها هي عملية أساسية لجميع بطاريات الليثيوم.

أكمل القراءة

لا يوجد تصميم موحد لبطاريات الليثيوم، من الممكن تصنيع بطاريات مختلفة تحقق فولطية، وضع شحن، عمر وعامل أمان مميزة بحسب المزدوجات الإلكتروكيمائية المتوفرة. باستخدام مكونات مختلفة يمكننا تصميم بطاريات ليثيوم أيون ذات معدلات طاقة واستطاعة مختلفة.

الإنتاج على مستوىً واسع يتطلب تطوير نظم تصنيع أقطاب متماثلة هندسياً واستخدام مواد فعالة محددة. الأقطاب يتم تغطيتها بطبقة رقيقة معدنية معقدة الصنع تتضمن مواد فعالة، لواصق وإضافات ناقلة. كمية الإضافات غير الفعالة وتلك التي تغلف الخلية تقلل من كثافة الطاقة التي تؤمنها البطارية، كما أن مستوى المسامية والانضغاط في القطب الواحد يؤثر على أداء البطارية. بالإضافة إلى كل هذا فإن كلفة التصنيع تعد حاجزاً أيضاً أمام تصنيع بطاريات أكثر فعالية. 

صناعة بطاريات الليثيوم أيون لم يكن متاحاً حتى اكتشاف أكسيد الليثيوم-كوبالت (LiCoO2) الذي يسمح باستخراج أيونات الليثيوم وتوليد عدد كبير من الفراغات ضمن الهيكلية (بدون شحنة كريستالية) تصل إلى حد نصف الأيونات المتوفرة. استخدام LiCoO2 مع الغرافين (العنصر الرئيسي للقطب السالب) يسمح بإدخال ذرات الليثيوم ضمن طبقات الغرافين الموجودة ضمن الفراغات بين البنى السداسية التي تتوضع وفقها ذرات الكربون.

أثناء الشحن تنتقل شوارد الليثيوم من القطب الموجب (الكاثود) إلى القطب السالب (الأنود) عبر إلكتروليت صلب أو سائل، وأثناء التفريغ في الاتجاه المعاكس. عند كل قطب الأيونات إما تحافظ على شحنتها وتدخل ضمن الفراغات ضمن البنى الكرستالية عند القطب السالب أو أنها تشغل مكاناً سانحاً في بنية القطب الموجب نشأ بنتيجة ترك أيون الليثيوم للبنية الكرستالية. عند انتقال الإيون فإن المصفوفة المضيفة أما ترجع أو تتأكسد مما يحرر أو يلتقط إلكتروناً.  

أكمل القراءة

بطارية الليثيوم هي من أنماط البطاريات القابلة لإعادة الشحن، تتكون من عدة خلايا مرتبطة ببعضها البعض، كل خلية مؤلفة من ثلاثة أجزاء رئيسية وهي القطب الموجب (كاثود)، والقطب السالب (أنود)، وكهرل سائل (الالكتروليت).

لا يُستخدم أيون عنصر الليثيوم في صناعة بطاريات الليثيوم نظرًا لأن الليثيوم شديد التفاعل في شكله الأولي، ولذلك يتم الاستعاضة عنه بأكاسيد الليثيوم (أكسيد الليثيوم الكوبالت – LiCoO2) في الكاثود، في حين تُستخدم مركبات الليثيوم كربون في الأنود، يتم استخدام مثل هذه المواد لأنها تسمح بالتخلل، أي أن الأقطاب الكهربائية قادرة على تحريك أيونات الليثيوم بسهولة داخل وخارج هياكلها.

عندما تكون البطارية قيد الاستخدام تتدفق أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود، وتتحرك الإلكترونات من الكاثود إلى الأنود، في حين تتدفّق أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود، وتتحرّك الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود عندما يتم شحن البطارية.

تمتاز بطارية الليثيوم بالعديد من المزايا فهي:

  • صديقة للبيئة تخلو من الكادميوم السام.
  • تتمتّع بعض أصنافها بالقدرة على توفير مستويات مرتفعة من الطاقة، مما يجعلها ملائمة للمركبات الكهربائية.
  • كثافة شحن مرتفعة.
  • خفة الوزن.

وبالمقابل فإن لها بعض العيوب ومنها:

  • قابليتها للاشتعال أو الانفجار في حال حدوث ماس كهربائي نتيجة عطل.
  • ارتفاع التكلفة مقارنة ببطاريات النيكل والكادميوم.
  • تراجع سعة البطارية بمرور الوقت حتى ولو لم يتم استخدامها وخاصة في الأجواء الحارة لذا من المفيد حفظها في أماكن باردة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف تصنع بطاريات الليثيوم؟"؟