ما هي بطاريات ليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أيون هي نوع شائع من كيمياء البطارية. ميزة كبيرة تقدمها هذه البطاريات هي أنها قابلة للشحن. بسبب هذه الميزة ، تم العثور عليها في معظم أجهزة المستهلك اليوم والتي تستخدم بطارية. يمكن العثور عليها في الهواتف والسيارات الكهربائية وعربات الجولف التي تعمل بالبطاريات.

كيف تعمل بطاريات الليثيوم أيون؟

تتكون بطاريات الليثيوم أيون من خلايا ليثيوم أيون. كما أنها تحتوي على لوحة دوائر واقية لمنع الشحن الزائد. تسمى الخلايا البطاريات بمجرد تثبيتها في غلاف مع لوحة دوائر واقية.

هل بطاريات الليثيوم أيون هي نفس بطاريات الليثيوم؟

لا. بطارية الليثيوم وبطارية الليثيوم أيون مختلفة اختلافًا كبيرًا. الفرق الرئيسي هو أن الأخير قابل لإعادة الشحن. الفرق الرئيسي الآخر هو حياة الصلاحية. يمكن أن تستمر بطارية الليثيوم لمدة تصل إلى 12 عامًا ، في حين أن بطاريات الليثيوم أيون تصل إلى 3 سنوات.

ما هي المكونات الرئيسية لبطاريات ليثيوم أيون

خلايا الليثيوم أيون لها أربعة مكونات رئيسية. هذه هي:

الأنود

يسمح الأنود بالكهرباء بالانتقال من البطارية إلى دائرة خارجية. كما أنه يخزن أيونات الليثيوم عند شحن البطارية.

الكاثود

الكاثود هو ما يحدد سعة الخلية والجهد. ينتج أيونات الليثيوم عند تفريغ البطارية.

المنحل بالكهرباء

المنحل بالكهرباء عبارة عن مادة ، تعمل كقناة لأيونات الليثيوم للتحرك بين الكاثود والأنود. وهي تتألف من الأملاح ، والإضافات ، والمذيبات المختلفة.

الفاصل

القطعة الأخيرة في خلية ليثيوم أيون هي الفاصل. إنه بمثابة حاجز مادي للحفاظ على الكاثود وأنود منفصلة.

تعمل بطاريات الليثيوم أيون عن طريق نقل أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود والعكس بالعكس عبر المنحل بالكهرباء. مع انتقال الأيونات ، تقوم بتنشيط الإلكترونات الحرة في الأنود ، مما يخلق رسومًا في جامع التيار الموجب. تتدفق هذه الإلكترونات عبر الجهاز أو الهاتف أو عربة الجولف ، إلى جامع سلبي والعودة إلى الكاثود. يتم منع التدفق الحر للإلكترونات داخل البطارية بواسطة الفاصل ، مما يجبرهم على الاتصال.

عند شحن بطارية ليثيوم أيون ، سيصدر الكاثود أيونات الليثيوم ، وتتحرك نحو الأنود. عند التفريغ ، تنتقل أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود ، مما يولد تدفق التيار.

متى تم اختراع بطاريات الليثيوم أيون؟

تم تصور بطاريات الليثيوم أيون لأول مرة في السبعينيات من قبل الكيميائي الإنجليزي ستانلي ويتنغهام. خلال تجاربه ، قام العلماء بالتحقيق في العديد من المواد الكيميائية لبطارية يمكن أن تعيد شحن نفسها. تضمنت محاكمته الأولى ثاني كبريتيد التيتانيوم والليثيوم كأقطاب أقطاب. ومع ذلك ، فإن البطاريات سوف دائرة قصيرة وتنفجر.

في الثمانينيات من القرن الماضي ، واجه عالم آخر ، جون ب. جودنو ، التحدي. بعد فترة وجيزة ، بدأت أكيرا يوشينو ، الكيميائي الياباني ، البحث في التكنولوجيا. أثبت يوشينو وجودينو أن المعدن الليثيوم كان السبب الرئيسي للانفجارات.

في التسعينيات ، بدأت تكنولوجيا الليثيوم أيون في اكتساب الجر ، وسرعان ما أصبحت مصدر طاقة شهير بحلول نهاية العقد. كان هذا هو المرة الأولى التي يتم فيها تسويق التكنولوجيا من قبل Sony. دفع هذا السجل السيئ لبطاريات الليثيوم إلى تطوير بطاريات ليثيوم أيون.

في حين أن بطاريات الليثيوم يمكن أن تحمل كثافة طاقة أعلى ، إلا أنها غير آمنة أثناء الشحن والتفريغ. من ناحية أخرى ، فإن بطاريات الليثيوم أيون آمنة تمامًا لشحن وتفريغ عندما يلتزم المستخدمون بإرشادات السلامة الأساسية.

ما هي أفضل كيمياء ليثيوم أيون؟

هناك العديد من أنواع كيمياء بطارية الليثيوم أيون. تلك المتاحة تجاريا هي:

تيتانيوم الليثيوم
ليثيوم نيكل أكسيد الألمنيوم
ليثيوم نيكل المنغنيز أكسيد الكوبالت
أكسيد المنغنيز الليثيوم (LMO)
أكسيد الكوبالت الليثيوم
فوسفات الحديد الليثيوم (LifePo4)

هناك العديد من أنواع الكيمياء لبطاريات الليثيوم أيون. كل واحد له جوانب وسلبية. ومع ذلك ، بعضها مناسبة فقط لحالات الاستخدام المحددة. على هذا النحو ، يعتمد النوع الذي تختاره على احتياجات الطاقة الخاصة بك ، والميزانية ، وتحمل السلامة ، وحالة الاستخدام المحددة.

ومع ذلك ، فإن بطاريات LIFEPO4 هي الخيار الأكثر توفر تجاريًا. تحتوي هذه البطاريات على قطب الكربون الجرافيت ، والذي يعمل بمثابة الأنود ، والفوسفات ككاثود. لديهم حياة طويلة تصل إلى 10000 دورة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإنها توفر ثباتًا حراريًا كبيرًا ويمكنهم التعامل بأمان في الطلب القصيرة. يتم تصنيف بطاريات LIFEPO4 للحصول على عتبة هاربة حرارية تصل إلى 510 درجة فهرنهايت ، وهي أعلى أي نوع من بطارية ليثيوم أيون متوفرة تجارياً.

مزايا بطاريات LIFEPO4

بالمقارنة مع حمض الرصاص والبطاريات الأخرى القائمة على الليثيوم ، فإن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لها ميزة كبيرة. إنهم يتقاضون ويفرون بكفاءة ، ويستمرون لفترة أطول ، ويمكنهم عمق CYكليدون فقدان القدرة. هذه المزايا تعني أن البطاريات توفر وفورات كبيرة في التكاليف على مدى حياتها مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. فيما يلي نظرة على المزايا المحددة لهذه البطاريات في سيارات الطاقة منخفضة السرعة والمعدات الصناعية.

بطارية LifePo4 في المركبات منخفضة السرعة

السيارات الكهربائية منخفضة السرعة (LEVS) هي مركبات ذات عجلات رباعية تزن أقل من 3000 رطل. يتم تشغيلها بالبطاريات الكهربائية ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لعربات الجولف وغيرها من الاستخدامات الترفيهية.

عند اختيار خيار البطارية لـ LEV ، فإن أحد أهم الاعتبارات هو طول العمر. على سبيل المثال ، يجب أن يكون لدى عربات الجولف التي تعمل بالبطاريات طاقة كافية للقيادة حول ملعب للجولف من 18 حفرة دون الحاجة إلى إعادة الشحن.

اعتبار مهم آخر هو جدول الصيانة. يجب ألا تتطلب البطارية الجيدة أي صيانة لضمان أقصى قدر من التمتع بنشاطك على مهل.

يجب أن تكون البطارية قادرة أيضًا على العمل في ظروف الطقس المتنوعة. على سبيل المثال ، يجب أن يسمح لك بالعبور في حرارة الصيف وفي الخريف عندما تنخفض درجات الحرارة.

يجب أن تأتي البطارية الجيدة أيضًا مع نظام تحكم يضمن عدم ارتفاع درجة حرارة أو البرد كثيرًا ، مما يؤدي إلى تحطيم قدرته.

واحدة من أفضل العلامات التجارية التي تلبي كل هذه الظروف الأساسية ولكن المهمة هي Roypow. يتم تصنيف خط بطاريات LIFEPO4 الليثيوم لدرجات حرارة 4 درجات فهرنهايت إلى 131 درجة فهرنهايت. تأتي البطاريات مع نظام إدارة البطارية في وضعه ويسهل تثبيته للغاية.

التطبيقات الصناعية لبطاريات ليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أيون هي خيار شائع في التطبيقات الصناعية. الكيمياء الأكثر شيوعا المستخدمة هي بطاريات LIFEPO4. بعض المعدات الأكثر شيوعًا لاستخدام هذه البطاريات هي:

شوكية ممر ضيقة
شوكية موازنة
3 عجلات شوكية
مكدس walkie
راكبي النهاية والمركز

هناك العديد من الأسباب التي تجعل بطاريات ليثيوم أيون تزداد شعبية في البيئات الصناعية. الرئيسية هي:

السعة العالية وطول العمر

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بكثافة طاقة أكبر وطول عمرها مقارنةً ببطاريات حمض الرصاص. يمكن أن تزن ثلث الوزن وتقديم نفس الإخراج.

دورة حياتهم هي ميزة رئيسية أخرى. بالنسبة للعملية الصناعية ، فإن الهدف هو الحفاظ على التكاليف المتكررة على المدى القصير إلى الحد الأدنى. مع بطاريات الليثيوم أيون ، يمكن أن تستمر بطاريات الرافعة الشوكية ثلاث مرات ، مما يؤدي إلى وفورات كبيرة في التكاليف على المدى الطويل.

يمكنهم أيضًا العمل على عمق أكبر من التصريف يصل إلى 80 ٪ دون أي تأثير على قدرتهم. هذا له ميزة أخرى في التوفير الزمني. لا تحتاج العمليات إلى التوقف في منتصف الطريق لمبادلة البطاريات ، مما قد يؤدي إلى توفير آلاف ساعات العمل على مدى فترة كبيرة بما يكفي.

شحن عالية السرعة

مع بطاريات الحموضة الصناعية ، فإن وقت الشحن العادي حوالي ثماني ساعات. هذا يعادل نوبة عمل كاملة لمدة 8 ساعات حيث تكون البطارية غير متوفرة للاستخدام. وبالتالي ، يجب على المدير حساب هذا التوقف وشراء بطاريات إضافية.

مع بطاريات LIFEPO4 ، هذا ليس تحديا. مثال جيد هوبطاريات ليثيوم صناعية لايفو 4والتي تشحن أربع مرات أسرع من بطاريات حمض الرصاص. فائدة أخرى هي القدرة على البقاء فعالة أثناء التفريغ. غالبًا ما تعاني بطاريات حمض الرصاص من تأخر في الأداء أثناء تفريغها.

لا يحتوي خط Roypow للبطاريات الصناعية أيضًا على مشكلات في الذاكرة ، وذلك بفضل نظام إدارة البطاريات الفعال. غالبًا ما تعاني بطاريات حمض الرصاص من هذه القضية ، مما قد يؤدي إلى فشل في الوصول إلى القدرة الكاملة.

مع مرور الوقت ، فإنه يسبب الكبريت ، والذي يمكن أن يقطع عمره القصير بالفعل إلى النصف. غالبًا ما تحدث المشكلة عند تخزين بطاريات حمض الرصاص دون شحنة كاملة. يمكن شحن بطاريات الليثيوم على فترات قصيرة وتخزينها بأي سعة أعلى من الصفر دون أي مشاكل.

السلامة والتعامل

بطاريات LIFEPO4 لها ميزة كبيرة في البيئات الصناعية. أولاً ، لديهم استقرار حراري كبير. يمكن أن تعمل هذه البطاريات في درجات حرارة تصل إلى 131 درجة فهرنهايت دون تعاني من أي ضرر. سوف تفقد بطاريات الحمض الرصاص ما يصل إلى 80 ٪ من دورة حياتها في درجة حرارة مماثلة.

قضية أخرى هي وزن البطاريات. للحصول على سعة بطارية مماثلة ، تزن بطاريات حمض الرصاص بشكل كبير. على هذا النحو ، غالبًا ما يحتاجون إلى معدات محددة ووقت تثبيت أطول ، مما قد يؤدي إلى عدد أقل من ساعات الإنسان التي تقضيها في الوظيفة.

قضية أخرى هي سلامة العمال. بشكل عام ، تعتبر بطاريات LIFEPO4 أكثر أمانًا من بطاريات حمض الرصاص. وفقًا لإرشادات OSHA ، يجب تخزين بطاريات حمض الرصاص في غرفة خاصة مع معدات مصممة للتخلص من الأبخرة الخطرة. الذي يقدم تكلفة إضافية وتعقيد في عملية صناعية.

خاتمة

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بميزة واضحة في البيئات الصناعية والسيارات الكهربائية منخفضة السرعة. إنها تدوم لفترة أطول ، وبالتالي توفير أموال المستخدمين. هذه البطاريات هي أيضًا صيانة صفرية ، وهو أمر مهم بشكل خاص في بيئة صناعية حيث يكون توفير التكاليف أمرًا بالغ الأهمية.