من هو مخترع بطاريات الليثيوم؟

ازداد استخدام بطاريات الليثيوم في العديد من الهواتف الذكية ولا سيما شركة آيفون، حيث أثبتت بطاريات الليثيوم قوتها ومكانتها المهمة في عالم البطاريات والهواتف، فهل تعلم من هو مخترع هذه البطاريات؟

4 إجابات

بدأت رحلة هذا النوع من البطاريات في عام 1976 عندما اخترع الكيميائي البريطاني الأمريكي ستانلي ويتنجهام (M. Stanley Whittingham)  أول بطارية ليثيوم في العالم، وكانت هذه البطارية ذات وزن منخفض وسعة جهد كبيرة كما كانت مُصمّمة للعمل في درجة حرارة الغرفة، تلك الميّزات جميعها كانت عظيمة ويُشهَد لها كخطوة أولى في اكتشاف بطاريات الليثيوم إلا أنّها واجهت مُشكلة كبيرة تحديدًا في الشحن والتفريغ.

مما جعل جميع أبحاث التطوير تتجّه في هذا المجال، فبدأ الفيزيائي الأمريكي جون جوديناف (John B. Goodenough) مع زملائه في مختبر الكيمياء في جامعة أكسفورد بالعمل على تحسين المواد التي توفّر كثافة عالية من الطاقة المختزنة، فأجرى في عام 1979 دراسة تتضمن إضافة أوكسيد كوبالت الليثيوم (LiCoO ₂) ككاثود أو مهبط –القطب الموجب- لبطارية الليثيوم لتحقيق شرط الكثافة المُتّفق عليه سابقًا، وفي الوقت ذاته كان العلماء في كل من اليابان وسويسرا يعملون على تطوير الأنود أو المصعد –القطب السالب- من بطارية الليثيوم، فأدّى اجتماع هذين الاكتشافين من قبل جوديناف وعلماء اليابان وسويسرا إلى اكتشاف بطارية الليثيوم الأيونية في عام 1980.

فأنتجت خلية هذه البطارية المُكتشفة 4 فولت بينما بطارية الليثيوم السابقة كانت بـ 2.4 فولت كما صُنّعت هذه البطارية وفق معايير تضمن حد أعلى من السلامة مقابل حد أدنى من المخاطر الفيزيائية والبشرية، وقد شكّلت هذه البطارية ثورة الكترونية تجارية من خلال الاعتماد عليها بشكل كبير في تكنولوجيا الهواتف المحمولة والأدوات الكهربائية والأجهزة اللوحية.

لم يكتفِ سعي جوديناف البالغ من العمر 97 عامًا إلى هذا الحد، بل هو يعمل إلى يومنا هذا مع طلاب الدراسات العُليا في جامعة تكساس على إنتاج بطارية جديدة تُساعد على تقليل استخدام الوقود الأحفوري وغازات الاحتباس الحراري وذلك لتوفير طريقة فعّالة لتخزين ونقل طاقة الرياح والطاقة الشمسية بشكل آمن.

أكمل القراءة

ثلاثة رجال صنعوا بطاريات ليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019. أحد العلماء هو جون جودنو البالغ من العمر 97 عام، جودنوف أستاذ بجامعة تكساس في أوستن، ويتشارك الجائزة مع ستانلي ويتنجهام أستاذ في جامعة ولاية نيويورك في بينغهامتون، وأكيرا يوشينو من اليابان وهو أستاذ بجامعة فيجو وزميل في مؤسسة أساهي كاسي.

قام هؤلاء الثلاثة بتطوير بطاريات خفيفة الوزن ومفيدة في الكثير من الاستخدامات في الإلكترونيات المحمولة كالهواتف الناقلة، وأجهزة تنظيم ضربات القلب، و أيضاً السيارات الكهربائية المستخدمة للمسافات الطويلة. لقد كان لاختراع بطارية ليثيوم أيون تأثيرًا عميقًا على الحياة الحديثة، جعلت الاستماع إلى الموسيقى ومشاهدة التلفزيون والتواصل على أجهزة كهربائية شيء يمكن القيام به في أي مكان.

بدأ ويتنجهام بحثه في بطاريات الليثيوم في السبعينات في وقت كانت فيه أسعار النفط العالمية مرتفعة وكان توفر الطاقة مصدر قلق كبير، فطور بطارية تجمع بين ثاني أكسيد الليثيوم وتيتانيوم، ويمكن أن ينتج فولتين من الطاقة لكنه كان متفحراً جداً وغير مفيد، لكن الباحث البريطاني الأمريكي أثبت أن أيونات الليثي م يمكن أن تحتفظ بها مادة خاصة لإنشاء بطارية خفيفة الوزن.

أثبت تصميم Goodenough أن الجمع بين الليثي م وأكسيد الكوبالت، يمكن أن ينتج بطارية أكثر قوة، واحدة تنتج أربعة فولت، كان بحثه خطوة مهمة في تطوير بطاريات أكثر قوة وأمان. وعبر استخدام تصميم Goodenough كنقطة إنطلاق، طور يوشينو أول بطارية ليثيوم أيون متاحة تجارياً، في عام ١٩٨٥ م استخدم تصميم الليثيوم مماجعل البطارية خفيفة الوزن وقابلة لإعادة الشحن أكثر من مرة.

تم تصنيف العمل بأنه أحد التقنيات التمكينية الرئيسية في القرن الحادي والعشرين. وسيشارك العلماء الثلاثة في الجائزة بقيمة 918 ألف دولار كما سيتم تقليدهم ميداليات ذهبية، وتم تكريمهم في حفل نوبل في 10 ديسمبر.

أكمل القراءة

ذاع صيت بطاريات الليثيوم في السنين الأخيرة بعد أن أصبحت تستخدم في جميع الأجهزة الإلكترونية والحواسيب والهواتف المحمولة، بسبب حجمها الصغير وقدرتها على إعادة الشحن ملايين المرات، فهي إحدى أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن والمصنوعة من خلية واحدة أو أكثر، بحيث تكون كل خلية من تلك الخلايا مكونة من ثلاث مكونات هي المصعد المكون من الكربون، والمهبط المكون من أوكسيد الليثيوم والكوبالت أو فوسفات حديد الليثيوم، وتفصل بينهما طبقة عازلة رقيقة تسمح بمرور الأيونات فقط.

تمت أول عملية استخراج طاقة من حزمة الليثيوم أيون في سبعينيات القرن الماضي من قبل العالم الكيميائي جون جوديناف في جامعة أوكسفورد الأمريكية، بمساعدة زملائه فيل وايزمان وكويتشي ميزوشيما وفيل جونز، الذين نشرت أبحاثهم في عام 1980 لتعتمدها فيما بعد شركة سوني وتحولها إلى تكنولوجيا تجارية، وتطلق أول بطارية ليثيوم أيون في مطلع التسعينيات، ولتبدأ بعدها باقي الشركات اعتماد نفس البطارية في أجهزتها، تنتج في يومنا هذا ما يزيد عن خمس مليارات بطارية ليثيوم سنويًا معظمها يتم تصنيعها في الصين.

منحت فيما بعد الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الكيمياء للعام 2019، للعالم الكيميائي الأمريكي جون غوديناف والبريطاني ستانلي ويتينغهام والياباني أكيرا يوشينو تقديرًا لجهدم وعملهم في تطوير بطاريات الليثيوم أيون.

أكمل القراءة

بطاريات الليثيوم

تعد بطاريات الليثيوم في الوقت الحالي أكثر أنواع البطاريات استخدامًا في المجال التقني، حيث تستخدم في الأجهزة ذات الحجم القليل وخاصة الهواتف المحمولة والساعات و الكاميرات.

إن عنصر الليثيوم هو المكون الأساسي في تركيبها، الذي يتميز بخفة وزنه، وقلة كثافته، وهذا ما يتيح تصغير البطارية، وشغلها لحيز أقل. وتتصف هذه البطاريات بتكلفة منخفضة وعمر طويل، مما جعلها تكتسح عالم البطاريات.

بدأت صناعة بطارية الليثيوم في سبعينيات القرن الماضي على يد العالم ستانلي ويتنغهام، حيث اكتشف مادة ثاني كبريتيات التيتانوم، ووظفها كطرف موجب، وصنع الطرف السالب من الليثيوم المعدني الذي يتميز بإطلاقه الإلكترونات، وكانت ذات قدرة طاقية منخفصة حيث تقدر بـ 2 فولت فقط، لكنها كانت ذات قابلية انفجار شديدة، مما جعلها مستحيلة الاستخدام في الوقت ذلك.
بعد ذلك في عام 1980 قام البروفيسور الأمريكي في جامعة تكساس جون غود إناف بتغيير مادة الكبريتيد إلى أكسيد الكوبالت لتحسين أدائها وارتفعت قدرتها الطاقية حتى 4 فولت، حتى جاء العالم الياباني أكيرا يوشينو واخترع أول بطارية ليثيوم دخلت السوق التجاري عام 1991، عن طريق شركة سوني للهواتف المحمولة.

وقد حصل الثلاثة على جائزة نوبل في الكيمياء في عام 2019، وذلك لما قدموا من إنجاز يفيد البشرية جمعاء ويخفف من التلوث البيئي للحصول على الطاقة.

وحاليًا يوجد ثلاثة أنواع من بطاريات الليثيوم حسب قابليتها للشحن:

  • بطاريات الليثيوم غير قابلة للشحن: الصفة المميزة لها قدرتها على تحمل درجات عالية من الحرارة، وتصنع من مذيبات منخفضة اللزوجة ومواد ذات حساسية مرتفعة.
  • بطاريات الليثيوم أيون: تتميز بشحنها السريع، وتمتلك كثافة مرتفعة للطاقة، مما يجعلها الخيار الأول، وتتحمل حوالي ألف مرة شحن وتفريغ.
  • بطاريات الليثيوم بوليمير: تتميز بتفريغها البطيء، وقصر عمرها مقارنة بالأنواع الأخرى، ومن الممكن أن تتسبب في انفجارات.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "من هو مخترع بطاريات الليثيوم؟"؟