ليثيوم أيون هي بطارية منخفضة الصيانة، وهي ميزة لا تستطيع معظم الصناعات الكيميائية الأخرى المطالبة بها. البطارية لا تحتوي على ذاكرة ولا تحتاج إلى تمرين (تفريغ كامل متعمد) للحفاظ عليها في حالة جيدة. التفريغ الذاتي أقل من نصف الأنظمة المعتمدة على النيكل، وهذا يساعد في تطبيقات قياس الوقود. يمكن لجهد الخلية الاسمي البالغ 3.60 فولت تشغيل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والكاميرات الرقمية مباشرة، مما يوفر تبسيطًا وخفضًا في التكلفة مقارنة بالتصميمات متعددة الخلايا. وتتمثل عيوبه في الحاجة إلى دوائر حماية لمنع إساءة الاستخدام، فضلاً عن ارتفاع سعره.
أنواع بطاريات الليثيوم أيون
ويوضح الشكل 1 العملية.
ليثيوم أيون هي بطارية منخفضة الصيانة، وهي ميزة لا تستطيع معظم الصناعات الكيميائية الأخرى المطالبة بها. البطارية لا تحتوي على ذاكرة ولا تحتاج إلى تمرين (تفريغ كامل متعمد) للحفاظ عليها في حالة جيدة. التفريغ الذاتي أقل من نصف الأنظمة المعتمدة على النيكل، وهذا يساعد في تطبيقات قياس الوقود. يمكن لجهد الخلية الاسمي البالغ 3.60 فولت تشغيل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والكاميرات الرقمية مباشرة، مما يوفر تبسيطًا وخفضًا في التكلفة مقارنة بالتصميمات متعددة الخلايا. وتتمثل عيوبه في الحاجة إلى دوائر حماية لمنع إساءة الاستخدام، فضلاً عن ارتفاع سعره.
تستخدم بطارية الليثيوم أيون الأصلية من سوني فحم الكوك باعتباره الأنود (منتج الفحم). منذ عام 1997، تحولت معظم الشركات المصنعة لأيون الليثيوم، بما في ذلك شركة سوني، إلى استخدام الجرافيت لتحقيق منحنى تفريغ مسطح. الجرافيت هو أحد أشكال الكربون الذي يتمتع بثبات دورة طويلة الأمد ويستخدم في أقلام الرصاص. وهي مادة الكربون الأكثر شيوعًا، تليها الكربونات الصلبة والناعمة. لم تجد كربونات الأنابيب النانوية استخدامًا تجاريًا بعد في Li-ion لأنها تميل إلى التشابك والتأثير على الأداء. المادة المستقبلية التي تعد بتحسين أداء Li-ion هي الجرافين.
يوضح الشكل 2 منحنى تفريغ الجهد لأيون الليثيوم الحديث مع أنود الجرافيت والإصدار المبكر لفحم الكوك.
تمت تجربة العديد من الإضافات، بما في ذلك السبائك القائمة على السيليكون، لتحسين أداء أنود الجرافيت. يستغرق الأمر ست ذرات كربون (جرافيت) للارتباط بأيون ليثيوم واحد؛ يمكن لذرة سيليكون واحدة أن ترتبط بأربعة أيونات ليثيوم. وهذا يعني أن أنود السيليكون يمكنه نظريًا تخزين أكثر من 10 أضعاف طاقة الجرافيت، لكن تمدد الأنود أثناء الشحن يمثل مشكلة. وبالتالي فإن أنودات السيليكون النقي ليست عملية ويتم عادةً إضافة 3-5 بالمائة فقط من السيليكون إلى أنود السيليكون لتحقيق دورة حياة جيدة.
إن استخدام تيتانات الليثيوم ذات البنية النانوية كمادة مضافة للأنود يُظهر دورة حياة واعدة وقدرات تحميل جيدة وأداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة وسلامة فائقة، ولكن الطاقة المحددة منخفضة والتكلفة مرتفعة.
إن تجربة مادة الكاثود والأنود تسمح للمصنعين بتعزيز الصفات الجوهرية، ولكن أحد التحسينات قد يؤدي إلى الإضرار بآخر. تعمل ما يسمى "خلية الطاقة" على تحسين الطاقة (السعة) المحددة لتحقيق أوقات تشغيل طويلة ولكن بقدرة محددة أقل؛ توفر "خلية الطاقة" طاقة محددة استثنائية ولكن بسعة أقل. تعد "الخلية الهجينة" بمثابة حل وسط وتقدم القليل من الاثنين معًا.
يمكن للمصنعين الحصول على طاقة نوعية عالية وتكلفة منخفضة بسهولة نسبية عن طريق إضافة النيكل بدلا من الكوبالت الأكثر تكلفة، ولكن هذا يجعل الخلية أقل استقرارا. في حين أن الشركة الناشئة قد تركز على الطاقة المحددة العالية والسعر المنخفض للحصول على قبول سريع في السوق، إلا أنه لا يمكن المساس بالسلامة والمتانة. تضع الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة نزاهة عالية على السلامة وطول العمر.
تشترك معظم بطاريات Li-ion في تصميم مماثل يتكون من قطب كهربائي موجب من أكسيد المعدن (كاثود) مطلي على مجمع تيار من الألومنيوم، وقطب كهربائي سلبي (أنود) مصنوع من الكربون/الجرافيت مطلي على مجمع تيار نحاسي، وفاصل وإلكتروليت. مصنوعة من ملح الليثيوم في مذيب عضوي. مزيد من المعلومات، الرجاء الذهاب مع teda Battery.com.
يلخص الجدول 3 مزايا وقيود Li-ion.
وقت النشر: 26 يونيو 2022