بطاريات الليثيوم هي نوع من البطاريات التي تستخدم معدن الليثيوم أو سبيكة الليثيوم كمادة القطب السالب ومحلول إلكتروليت غير مائي. ظهرت أولى بطاريات الليثيوم من المخترع العظيم إديسون.
نظرًا للخصائص الكيميائية عالية التفاعل لمعدن الليثيوم ، فإن معالجة معدن الليثيوم وحفظه واستخدامه له متطلبات بيئية عالية. لذلك ، لم يتم تطبيق بطاريات الليثيوم لفترة طويلة.
مع تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة في القرن العشرين ، يتزايد عدد الأجهزة المصغرة ، ويتم وضع متطلبات عالية على إمدادات الطاقة. دخلت بطاريات الليثيوم فيما بعد مرحلة عملية واسعة النطاق.
تم تطبيقه لأول مرة في أجهزة تنظيم ضربات القلب. نظرًا لأن معدل التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم منخفض للغاية ، فإن جهد التفريغ يكون لطيفًا. جعل من الممكن زرع أجهزة تنظيم ضربات القلب في جسم الإنسان لاستخدامها على المدى الطويل.
تحتوي بطاريات الليثيوم عمومًا على جهد اسمي أعلى من 3. 0 فولت ، مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام كمصادر طاقة دائرة متكاملة. تستخدم بطاريات ثاني أكسيد المنغنيز على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة والكاميرات والساعات.
من أجل تطوير أصناف ذات أداء أفضل ، أجرى الناس أبحاثًا على مواد مختلفة. وبالتالي خلق منتجات غير مسبوقة. على سبيل المثال ، تتميز بطاريات ثاني أكسيد الكبريت الليثيوم وبطاريات كلوريد كبريتات الليثيوم بخصائص فريدة جدًا. المادة الفعالة للإلكترود الموجب هي أيضًا مذيب للكهارل. يظهر هذا الهيكل فقط في الأنظمة الكهروكيميائية غير المائية. لذلك ، عزز البحث حول بطاريات الليثيوم أيضًا تطوير النظرية الكهروكيميائية في الأنظمة غير المائية. بالإضافة إلى استخدام العديد من المذيبات غير المائية ، تم إجراء بحث أيضًا على بطاريات البوليمر ذات الأغشية الرقيقة.
1. بطاريات الليثيوم أيون
تنقسم بطاريات الليثيوم أيون حاليًا إلى فئتين: بطاريات الليثيوم أيون السائلة (LIB) وبطاريات البوليمر الليثيوم أيون (PLB). من بينها ، تشير بطاريات الليثيوم أيون السائلة إلى البطاريات الثانوية التي تحتوي على مركبات Li plus على أنها أقطاب موجبة وسالبة. يستخدم القطب الموجب مركبات الليثيوم LiCoO2 أو LiMn2O4 ، ويستخدم القطب السالب مركبات الليثيوم الكربونية البينية. تعد بطارية أيون الليثيوم مصدرًا مثاليًا للطاقة للتطوير في القرن الحادي والعشرين نظرًا لجهد العمل العالي ، وصغر الحجم ، والوزن الخفيف ، والطاقة العالية ، وعدم وجود تأثير للذاكرة ، وعدم التلوث ، والتفريغ الذاتي الصغير ، ودورة الحياة الطويلة.
2. تاريخ موجز لتطوير بطاريات ليثيوم أيون
بطاريات الليثيوم وبطاريات الليثيوم أيون هي أنواع جديدة من البطاريات عالية الطاقة تم تطويرها بنجاح في القرن العشرين. القطب السالب لهذا النوع من البطاريات هو معدن الليثيوم ، بينما القطب الموجب مصنوع من MnO2 ، SOCL2 ، (CFx) n. في السبعينيات ، دخلت التطبيق العملي. نظرًا لمزاياها مثل الطاقة العالية والجهد العالي للبطارية ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع وعمر التخزين الطويل ، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الكهربائية الصغيرة العسكرية والمدنية ، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات والكاميرات وما إلى ذلك ، لتحل جزئيًا محل البطاريات التقليدية.
3. آفاق تطوير بطاريات الليثيوم أيون
تم استخدام بطاريات ليثيوم أيون على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات والاتصالات المحمولة نظرًا لمزايا أدائها الفريدة. بدأت بطاريات الليثيوم أيون عالية السعة المطورة حاليًا الاستخدام التجريبي في السيارات الكهربائية ومن المتوقع أن تصبح أحد مصادر الطاقة الرئيسية للسيارات الكهربائية في القرن الحادي والعشرين ، وسيتم تطبيقها في الأقمار الصناعية والفضاء وتخزين الطاقة.
4. الأداء الأساسي للبطاريات
(1) جهد الدائرة المفتوحة للبطارية
(2) المقاومة الداخلية للبطارية
(3) جهد العمل للبطارية
(4) شحن الجهد
يشير جهد الشحن إلى الجهد المطبق بواسطة مصدر طاقة خارجي على طرفي البطارية الثانوية أثناء الشحن. تشمل الطرق الأساسية للشحن الشحن الحالي المستمر وشحن الجهد المستمر. بشكل عام ، يتم استخدام الشحن الحالي المستمر ، والذي يتميز بتيار شحن مستمر أثناء عملية الشحن. مع تقدم الشحن ، يتم استعادة المادة الفعالة ، وتستمر منطقة تفاعل القطب الكهربائي في الانكماش ، ويزداد استقطاب المحرك تدريجيًا.
(5) سعة البطارية
تشير سعة البطارية إلى كمية الكهرباء التي يتم الحصول عليها من البطارية ، والتي يتم تمثيلها عادةً بواسطة C ويتم التعبير عنها بوحدات Ah أو mAh. السعة هي مؤشر مهم للأداء الكهربائي للبطارية. عادة ما يتم تقسيم سعة البطارية إلى سعة نظرية وسعة فعلية وسعة مقننة.
يتم تحديد سعة البطارية من خلال سعة الأقطاب الكهربائية. إذا كانت سعة الأقطاب الكهربائية غير متساوية ، فإن سعة البطارية تعتمد على القطب ذي السعة الأصغر ، ولكنها ليست مجموع سعات القطب الموجب والسالب.
(6) أداء التخزين وعمر البطاريات
تتمثل إحدى الخصائص الرئيسية لمصادر الطاقة الكيميائية في القدرة على إطلاق الطاقة الكهربائية أثناء الاستخدام وتخزين الطاقة الكهربائية عند عدم استخدامها. يشير ما يسمى بأداء التخزين إلى سعة الشحن والاحتفاظ بالبطاريات الثانوية.
بالنسبة للبطاريات الثانوية ، يعد عمر الخدمة معلمة مهمة لقياس أداء البطارية. تسمى البطارية الثانوية دورة بعد الشحن والتفريغ مرة واحدة. في ظل نظام شحن وتفريغ معين ، فإن عدد المرات التي يمكن أن تتحمل فيها البطارية الشحن والتفريغ قبل الوصول إلى قيمة محددة يسمى دورة خدمة البطارية الثانوية. تتميز بطاريات الليثيوم أيون بأداء تخزين ممتاز وعمر دورة طويل.