بطاريات ليثيوم أيون موجودة في كل مكان تقريبًا. يتم استخدامها في التطبيقات من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى السيارات الهجينة والكهربائية. تحظى بطاريات الليثيوم أيون أيضًا بشعبية متزايدة في التطبيقات واسعة النطاق مثل مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPSs) وأنظمة تخزين طاقة البطارية الثابتة (BESSs).
البطارية عبارة عن جهاز يتكون من خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر مع وصلات خارجية لتشغيل الأجهزة الكهربائية. عندما تقوم البطارية بتزويد الطاقة الكهربائية، فإن طرفها الموجب هو الكاثود، وطرفها السالب هو الأنود. الطرف السالب هو مصدر الإلكترونات التي ستتدفق عبر دائرة كهربائية خارجية إلى الطرف الموجب.
عندما يتم توصيل البطارية بحمل كهربائي خارجي، فإن تفاعل الأكسدة والاختزال (الاختزال والأكسدة) يحول المواد المتفاعلة عالية الطاقة إلى منتجات منخفضة الطاقة، ويتم تسليم فرق الطاقة الحرة إلى الدائرة الخارجية كطاقة كهربائية. تاريخيًا، يشير مصطلح "البطارية" على وجه التحديد إلى جهاز يتكون من خلايا متعددة؛ ومع ذلك، فقد تطور الاستخدام ليشمل الأجهزة المكونة من خلية واحدة.
كيف تعمل بطارية الليثيوم أيون؟
تشترك معظم بطاريات Li-ion في تصميم مماثل يتكون من قطب كهربائي موجب من أكسيد المعدن (كاثود) مطلي على مجمع تيار من الألومنيوم، وقطب سلبي (أنود) مصنوع من الكربون/الجرافيت مطلي على مجمع تيار نحاسي، وفاصل وإلكتروليت مصنوع من ملح الليثيوم في مذيب عضوي.
أثناء تفريغ البطارية وتوفير تيار كهربائي، يحمل الإلكتروليت أيونات الليثيوم الموجبة الشحنة من القطب الموجب إلى القطب السالب والعكس عبر الفاصل. تخلق حركة أيونات الليثيوم إلكترونات حرة في الأنود مما يخلق شحنة عند مجمع التيار الموجب. ثم يتدفق التيار الكهربائي من المجمع الحالي عبر جهاز يتم تشغيله (الهاتف الخلوي، الكمبيوتر، إلخ) إلى مجمع التيار السالب. يمنع الفاصل تدفق الإلكترونات داخل البطارية.
أثناء الشحن، يطبق مصدر طاقة كهربية خارجي (دائرة الشحن) جهدًا زائدًا (جهدًا أعلى مما تنتجه البطارية، وبنفس القطبية)، مما يجبر تيار الشحن على التدفق داخل البطارية من القطب الموجب إلى القطب السالب، أي في الاتجاه المعاكس لتيار التفريغ في الظروف العادية. تهاجر أيونات الليثيوم بعد ذلك من القطب الموجب إلى القطب السالب، حيث تصبح مدمجة في مادة القطب المسامي في عملية تعرف باسم الكالون الداخلي.
وقت النشر: 26 يونيو 2022