لماذا يستخدم الليثيوم في صنع بطاريات الحاسوب

عند الحديث عن بطاريات الليثيوم يمكن القول إنها شكلت نواة تطورٍ هائلٍ في هذا المجالات المختلفة، فلماذا يستخدم الليثيوم في صنع بطاريات الحاسوب؟

3 إجابات

الليثيوم Li هو عنصر كيميائيّ يُصنّف كأوّل الفلزات القلويّة ويبلغ عدده الذريّ 3 أي يحتوي أيضًا على 3 إلكترونات فقط، ولذلك يُستخدم في صناعة بطاريات الليثيوم أيون Lithium-Ion، وهي أحد أنواع البطاريات القابلة لإعادة للشحن والتي تُستخدم على نطاقٍ واسع في تشغيل الأجهزة الإلكترونيّة المختلفة مثل أجهزة الحاسوب المحمولة والهواتف الذكيّة وحتى المركبات الكهربائيّة، بالإضافة إلى الاعتماد عليها في الكثير من التطبيقات الأخرى، ولجأ العلماء إلى عنصر الليثيوم على وجه الخصوص لأنّه يُمكن فهم الآليّة الذريّة لهذا العنصر بسهولة، والتي تقف وراء توليد القوّة الكهرومغناطيسيّة المسؤولة عن الحفاظ على انجذاب الإلكترونات السالبة إلى البروتونات الموجبة، كما أنّ سلوكه الفيزيائيّ والكيميائيّ يُمكن توقّعه ودارسته بسهولة، وبالتالي يمكن معرفة كيفيّة تفاعله واتحاده مع العناصر الأخرى لتوليد الطاقة الكهربائيّة.

كما أنّ الليثيوم يتمتّع بخواص مناسبة تجعل منه العنصر الرئيسيّ لصناعة البطاريات والتي تشمل:

  • عنصر نشط كيميائيًا: وذلك لوجود إلكترون حر واحد في طبقته السطحيّة، وبالتالي يستطيع التخلي عنه بسهولة، ممّا يسهّل من تدفق التيار الكهربائيّ ضمن البطاريّة.
  • الوزن الخفيف: يُعتبر الليثيوم أخف وزنًا من جميع المعادن الأخرى المستخدمة في صناعة البطاريات مثل الرصاص، ممّا يجعل منه عنصر مثالي لصناعة بطاريات الأجهزة المحمولة والهواتف الذكيّة.
  • إمكانيّة إعادة الشحن: البطاريات التي تستعمل الليثيوم هي من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وذلك يعود إلى الخواص الأيونيّة لليثيوم، لأنّ الإلكترونات الحرّة الناتجة عن تفاعل الليثيوم يمكن إعادة توجيهها بسهولة إلى القطب السالب.

 كما توفّر بطاريات الليثيوم أيون بعض المزايا مثل:

  • طاقة طويلة الأمد: يمكن القول بأنّ بطاريات الليثيوم أيون تُقدّم كثافة عالية للطاقة، بحيث تُمكّن المستخدم من تشغيل جهاز الكمبيوتر أو غيره لوقتٍ طويل بدون الحاجة إلى إعادة شحنها.
  • الجهد الكهربائيّ العالي: تنتج كل خليّة ليثيوم أيون مقدار 3.6 فولت، وهو رقمٌ جيّد ويتفوّق على جميع أنواع البطاريات المنافسة مثل بطاريات نيكل-كامديوم أو بطاريات نيكل-هيدريد فلز أو حتى من البطاريات القلويّة (التقليديّة).
  • الحمل الكهربائي الثابت: تُقدّم هذه البطارية طاقة ثابتة طوال فترة الاستعمال والذي يُقدّر بـ 3.6 فولت حتى عند انخفاض مستوى الشحن.

أكمل القراءة

لسنواتٍ عديدة، كانت بطاريات النيكل-كادميوم هي البطاريات المناسبة للأجهزة المحمولة والحواسيب المتنقّلة، إنما ظهور معدن النيكل هيدريد والليثيوم أيون؛ غطّى على السابقة، وحاربت بطاريات الليثيوم أيون لكسب رِضا العملاء، إذ أصبحت اليوم البطاريات الأسرع نموًا والأكثر وعودًا. بدأ استعمال بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن عام 1912، وإليك أهم أسباب اختيار الليثيوم في صنع البطاريات:

  1. يعتبر الليثيوم من أخف المعادن، ويمتلك إمكانيات كهروكيميائية كبيرة.

  2. يوفر أكبر كثافة طاقة في الوزن، حيث تكون عادةً كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون؛ ضعف الكثافة في النيكل-كادميوم، وهناك إمكانية لزيادتها دائمًا.

  3. خصائص الحمل جيدة، ويكون تفريغ بطاريات الليثيوم أيون مشابه لتفريغ النيكل كادميوم.

  4. يسمح الجهد العالي لخلية بطاريات الليثيوم أيون؛ والبالغ 3.6 فولت، بتصميم حزمة البطارية مع خلية واحدة فقط، بينما تتطلب حزمة بطاريات النيكل ثلاث خلايا 1.2 فولت موصولة على التسلسل.

  5. بطاريات ليثيوم أيون لا تحتاج إلى الصيانة المستمرة؛ إذ لا توجد ذاكرة ولا حاجة إلى دورات مجدولة لإطالة عمر البطارية.

  6. تفريغها الذاتي أقل من النصف مقارنةً ببطاريات النيكل-كادميوم، ما يجعلها مناسبة تمامًا لتطبيقات قياس كيميائية البطارية الحديثة (قياس أداء البطارية).

أكمل القراءة

سيطرت بطاريات الليثيوم أيون على سوق الأجهزة الكهربائية بشكلٍ عامٍّ، وأجهزة الكمبيوتر المحمول بشكلٍ خاصٍّ، لأنها بطارياتٌ قابلةٌ لإعادة الشحن، الليثيوم هو أخفّ المعادن، ولديه أكبر إمكانياتٍ كهروكيميائيةٍ، ويوفّر أكبر طاقةٍ محددةٍ لكل وزنٍ، حيث تشكل بطارية ليثيوم أيون على قطبها السالب ( الأنود) كثافةً عاليةً للطاقة، فهي تتألّف من عدّة خلايا، وكل منها مكون من ثلاثة أقسام رئيسية:

  1. القطب الموجب المكون من أكسيد الليثيوم والكوبالت LiCoO2، أو فوسفات حديد الليثيوم LiFePO4.
  2. القطب السالب ويتألف من الكربون.
  3. طبقةٌ بلاستيكيةٌ، تشكل حاجزًا يفصل بين القطبين الموجب والسالب، وتسمح بمرور أيونات الليثيوم.

عمومًا اُستخدمت بطاريات أيون الليثيوم لعدّة مزايا:

  • فهي أخفّ بكثيرٍ من انواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن، لأنها مصنوعةٌ من اقطاب الليثيوم والكربون خفيفة الوزن، كما أنّ الليثيوم عنصرٌ شديد التفاعل، يخزّن الكثير من الطاقة في روابطه الذرية، ممّا ينتج عنه كثافة طاقةٍ عاليةٍ جدًا لبطاريات ليثيوم أيون.
  • ليس لها تأثيرّ على الذاكرة، مما يعني أنّه لا يتوجّب عليك تفريغها بالكامل قبل إعادة الشحن، كما هو الحال مع بعض أنواع البطاريات الأخرى.
  • تقنية الكثافة العالية للطاقة: فأغلب المعدات الكهربائية كاللابتوب والهاتف المحمول، تحتاج للعمل لفتراتٍ أطول بين الشحنات، مع استمرار استهلاك المزيد من الطاقة.
  • انخفاض معدل التفريغ، مقارنةً بالخلايا الأخرى القابلة لإعادة الشحن، مثل أشكال Ni-Cad، و NiMH.
  • الصيانة المنخفضة: فمن النادر ما تحتاج إلى عمليات صيانةٍ لضمان أدائها.
  • جهد الخلية: الجهد الناتج عن كلّ خلية أيون الليثيوم حوالي 3.6 فولت، وهو أعلى من جهد خلية كادميوم النيكل القياسي، وهيدريد معدن النيكل وحتى الخلايا القلوية القياسية عند حوالي 1.5 فولت، وحمض الرصاص عند حوالي 2 فولت لكل خلية، وهذا يتطلب عددًا أقل من الخلايا.
  • توفّر أنواع بطاريات الليثيوم أيون كثافة تيارٍ عالية، وهذا ما يناسب الأجهزة المحمولة بالعموم.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "لماذا يستخدم الليثيوم في صنع بطاريات الحاسوب"؟