ما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

تعتبر بطاريات الليثيوم من البطاريات الحديثة والتي تعيش لعمر أطول مقارنة بتلك البطاريات العادية، ويتم استخدامها في العديد من الهواتف الذكية مثل هواتف آبل، فما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟

3 إجابات

كانت شركة سوني أولى الشركات التي استخدمت بطاريات الليثيوم في أجهزتها عام 1991، إلا أن اكتشاف هذا النوع من البطاريات يعود لسبعينيات القرن الماضي، لتزداد أهمية هذه البطاريات مع مضي الزمن، ولتصبح في وقتنا الراهن البطارية المعتمدة في الكثير من المنتجات التكنولوجية، كالهواتف المحمولة، والسيارات، والطائرات.

تتألف بطاريات الليثيوم من أربعة مكونات رئيسية هي:

  • المهبط (cathode): مصدر أيونات الليثيوم في البطارية، يتحدد عبره سعة البطارية وجهدها.
  • المصعد (Anode): وهو الجزء من البطارية الذي يسمح للتيار الكهربائي بالتدفق ضمن دارةٍ خارجيةٍ، وأثناء عملية شحن البطارية، كما يعتبر المصعد مركز التخزين الرئيسي لأيونات الليثيوم.
  • الكهرل (electrolyte): يتكون هذا الجزء من البطارية من الأملاح والمذيبات وبعض المواد المضافة، ويعمل كقنوات اتصال تمر عبرها أيونات الليثيوم أثناء انتقالها من المهبط للمصعد وبالعكس.
  • الحاجز الفاصل: مهمة الجزء الأخير من البطارية هي الفصل بين المصعد والمهبط.

تتميز بطاريات الليثيوم عن غيرها من البطارية بتقديم طاقة كهربائية ذات كثافة عالية قد تصل إلى 150 واط ساعي لكل كيلوغرام، بينما لا تتعدى كثافة الطاقة الكهربائية من الأنواع الأخرى من البطاريات كبطارية هيدريد النيكل والمعدن 60-70 واط على كيلوغرام، وبطارية حمض الرصاص عند 25 واط على كيلوغرام.

إلا أن استخدام بعض المواد القابلة للإشتعال في هذا النوع من البطاريات قد يعرض مستخدميها لخطر حدوث حريق صغير في حال حدوث أي مشاكل أو أخطاء ضمن البطارية.

أكمل القراءة

بطاريات الليثيوم هي من أحد أبرز أنواع البطاريات المُستخدمة في مجال حفظ الطاقة المنخفضة في الساعات والهواتف المحمولة وحتّى الكاميرات؛ ويُنسب اسمها إلى العُنصر الذي تُصنع منه هذه البطاريات وهو عنصر الليثيوم الذي يتميز بخفة وزنه وقلّة كثافته ممّا يُساعد في تخفيف وزن البطارية؛ وبذلك تُصبح سهلة الاستخدام في العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، وبالرغم من حجمها الصغير إلّا أنّها تتميز بعمرها الطويل وتكلفتها القليلة.

وتُقسم بطاريات الليثيوم إلى ثلاثة أصناف مختلفة ولكل صنف ميزاته الخاصة واستخداماته المُحددة؛ وهذه الأنواع هي:

  • بطاريات الليثيوم الغير قابلة للشحن: والتي تُسمّى بالبطاريات الأولية، وهي غير قابلة للشحن؛ تستخدم معدن الليثيوم كقطب موجب وتتألف من عدد من العناصر ذات الحساسية العالية والمذيبات ذات اللزوجة المنخفضة. تتميز بكمية الطاقة التي تُخزّن فيها وانخفاض وزنها وحجمها الصغير، كما أنّها تتحمل درجات الحرارة العالية، وهي تُستخدم في أجهزة ضبط نبض القلب، واقفال السيارات عن بعد، والكاميرات الآلات الحاسبة والساعات.
  • بطاريات الليثيوم أيون: وهو من أنواع البطاريات القابلة للشحن وتستخدم مركبات الليثيوم كقطب لها، وعلى خلاف النوع السابق فهي تتميز بتفريغها البطيء وسرعة شحنها كما أنّها تتميز بكثافة طاقية عالية، ومن أهم استخدامات هذا النوع هو في مجال الهواتف النقالة والحواسيب المحمولة. وتكمن أبرز مشكلاته هه النوع في تحملها المحدود للتيار الكهربائي كما أنّها ذات تكلفة أكبر من البطاريات المُصنّعة من النيكل أو الكاميدوم، ويتوقف عمرها بحسب عدد مرات شحنها وسرعة تفريغها والتي قدد تتجاوز وسطيًا ما بين 500 إلى 1000 مرة فقط.
  • بطاريات الليثيوم بوليمر: وهي نوعٌ من البطاريات التي تُستخدم في الأجهزة الإلكترونية التي تتطلب وقت طويل من العمل وطاقة عالية؛ وتتميز هذه البطاريات بقدراتٍ عالية ومعدلات تفريغٍ منخفضةٍ. إلّا أنّ أبرز مُشكلاتها هي عمرها القصير وهي خطيرة في بعض الأحيان كونها تُسبب انفجارات وحرائق عند ثقبها.

أكمل القراءة

بطاريات الليثيوم هي البطاريات التي تعتمد في تصنيعها على عنصر الليثيوم الكيميائي والذي يتميز بوزنه المنخفض وكثافته القليلة مما يساهم في خفض وزن البطارية، وسهولة استخدامها في الأجهزة الإلكترونية والكهربائية المختلفة، وانخفاض تكلفتها وعمرها الطويل. ولهذه البطاريات أنواع عديدة.

حيث يستخدم في تصنيع الحواسيب والهواتف النقالة أحد هذه الأنواع وهي بطاريات الليثيوم أيون، وهي بطاريات قابلة للشحن، و ذات تفريغ بطيء وشحن سريع، بالإضافة إلى تمتعها بكثافةٍ طاقيةٍ عاليةٍ، لكن بالمقابل فإن لها عدة عيوب، كمحدودية تحملها للتيار الكهربائي والجهد، وارتفاع تكلفتها، كما أنّ عمرها يتوقف على عدد مرات الشحن والتفريغ وسرعة التفريغ، حيث تتراوح عدد مرات التفريغ الوسطية التي تتحملها البطارية بين 500 إلى 1000 مرة فقط.

تتألف هذه البطاريات من عدة خلايا، بحيث تتألف كل خلية من:

  • قطب موجب مكون من أكسيد الليثيوم والكوبالت، أو فوسفات حديد الليثيوم.
  • قطب سالب مكون من الكربون.
  • طبقة عازلة رقيقة جدًا تفصل بين القطبين مصنوعة من البلاستيك، وتسمح من خلالها بمرور الأيونات فقط.
  • تُغمر هذه  المكونات الثلاثة في مادةٍ كيميائيةٍ تدعى المحلّ الكهربائي (إلكتروليت لامائي)، ويختلف هذا المحلّ من نوعٍ لآخر من البطاريات.

إذًا تعتمد بطاريات الليثيوم أيون على أيونات الليثيوم كمكونٍ رئيسيٍّ في التفاعل الكهروكيميائي، في دورة الشحن يقوم القطب الموجب بالتخلي عن بعض أيونات الليثيوم، والتي تنتقل عبر المحل الكهربائي إلى القطب السالب، ويتم من خلال هذه العملية تخزين الطاقة في البطارية. أما في دورة التفريغ فما يحدث هو أنّ أيونات الليثيوم تتجه عبر المحل الكهربائي بالاتجاه المعاكس من القطب السالب باتجاه القطب الموجب، فتمنح الطاقة التي تم تخزينها سابقًا في البطارية، وفي كلا العمليتين تسير الإلكترونات بعكس اتجاه الأيونات عبر الدارة الخارجية لتعطي التيار الكهربائي.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي بطاريات الليثيوم وكيف تعمل؟"؟