الآن بعد أن استحوذت السيارات الكهربائية على طرقنا ، أصبح المزيد والمزيد من الناس مهتمين بالتكنولوجيا وراء هذه المركبات. تتميز المركبات الكهربائية بالعديد من التقنيات المثيرة. في السيارات الكهربائية اليوم ، يمكنك أن تجد كل شيء من المكابح المتجددة إلى الشحن السريع المتقدم.
ولكن بصرف النظر عن المحركات الكهربائية ، فإن أهم عنصر في المركبة الكهربائية هو بطاريتها. تعد بطارية الليثيوم في معظم السيارات الكهربائية أيضًا واحدة من أكثر الأجزاء إثارة للجدل في السيارة الكهربائية. تابع القراءة لاكتشاف كيف تساعد بطاريات الليثيوم أيون في السيارات الكهربائية في دفع هذه الآلات المتقدمة إلى الأمام.
لماذا تعتبر بطاريات الليثيوم أيون مهمة؟
تعد بطاريات الليثيوم أيون جوهر ثورة السيارة الكهربائية. توفر هذه البطاريات كثافة طاقة كبيرة ، خاصة بالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية، والتي تكون أثقل بكثير إذا كنت ترغب في الحصول على سعة مماثلة. تعتبر بطاريات الليثيوم أيون أيضًا مثالية للاستخدام في المركبات الكهربائية لأنه يمكن إعادة شحنها عدة مرات ، وهو كذلك ضروري للاستخدام في السيارات الكهربائية التي تتطلب دورات شحن / إعادة شحن مكثفة على مدار عمرها الإنتاجي. سبب آخر لبطاريات الليثيوم أيون في جميع الأخبار هو التأثير البيئي الذي يسببه تعدين هذه البطاريات.
على مدار عمر السيارة الكهربائية ، نظرًا لانبعاثاتها الصفرية من أنبوب العادم ، فإن المركبات الكهربائية نظيفة جدًا. لكن التأثير الأولي لتعدين المواد التي تدخل في بطارية ليثيوم أيون في السيارة الكهربائية مكلف على البيئة. ليس هذا فقط ، ولكن الكثير من الناس قلقون بشأن الظروف التي يواجهها العديد من العمال في هذه المناجم يوميًا. لهذا السبب ، تعد إعادة تدوير هذه المواد أولوية كبيرة للعديد من شركات السيارات المشاركة بنشاط في تصنيع المركبات الكهربائية.
ما هي بطارية ليثيوم أيون؟
تحتوي بطارية الليثيوم أيون على خلايا تحتوي على كاثود موجب وأنود سالب. يوجد أيضًا إلكتروليت يفصل بين هاتين الطبقتين ، ومن خلال التفاعلات الكيميائية التي تحرر الإلكترونات ، يمكن للبطارية توفير الطاقة الكهربائية لأي شيء متصل به. تحدد كمية الخلايا سعة البطارية ، وتقاس بالكيلو وات في الساعة. في حالة بطارية الليثيوم أيون ، يكون الليثيوم أحد أهم المكونات الموجودة في البطارية ، وذلك لأن الليثيوم مستعد جدًا للتخلي عن إلكترون.
من خلال التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الأنود والكاثود ، يمكن شحن بطارية الليثيوم أيون وتفريغها عدة مرات. هذا يرجع إلى حقيقة أن هذه التفاعلات الكيميائية يمكن عكسها عدة مرات. تأتي بطاريات الليثيوم أيون في العديد من الأشكال والأحجام وتستخدم في تطبيقات متنوعة مثل الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات الكهربائية. من الواضح أن بطاريات الليثيوم أيون في EV أكبر بكثير من تلك التي قد تجدها في هاتفك الذكي ، لكنها لا تزال تعمل وفقًا لنفس المبادئ.
واحدة من أعظم مزايا بطاريات الليثيوم أيون هي كثافة طاقتها الكبيرة ، مما يجعلها خفيفة الوزن نسبيًا مقارنة بتقنيات البطاريات الأخرى. يجب على المصنّعين توخي الحذر عند تصميم بطاريات أيونات الليثيوم وتنفيذها في أجهزتهم لأنه إذا كان الأنود و عند تعريض الكاثود لبعضها البعض ، يمكن لهذه البطاريات أن تخضع لتفاعلات كيميائية قد تسبب حرائق أو حتى حرائق صغيرة انفجارات.
على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون تقوم بعمل مذهل في تشغيل المركبات الكهربائية ، إلا أنها تواجه تحديًا في المستقبل بطارية صلبة. يبقى أن نرى ما إذا كان يمكن تحسين بطاريات الحالة الصلبة بما يكفي لرؤية الاستخدام السائد في تشكيلة EV الخاصة بصانع السيارات الكبرى.
كيف تعمل بطارية ليثيوم أيون؟
تستفيد بطارية الليثيوم أيون الأساسية من كيمياء موادها. تتميز هذه البطاريات بالليثيوم ، وهو معدن حريص على فقد إلكترون ، مكونًا أيونات الليثيوم ، حيث تحصل البطارية على اسمها. تتكون هذه البطاريات من قطب موجب يسمى الكاثود ، والذي يتميز بأكسيد معدني (الكوبالت خيار شائع). تتميز هذه البطاريات أيضًا بقطب كهربائي سالب يسمى الأنود ، والذي يتكون عادة من الجرافيت ، ويسمح الجرافيت لليثيوم بالتبادل بينه.
بين القطب السالب والأنود ، يسهل المنحل بالكهرباء السائل حركة أيون الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب. تحتوي البطارية أيضًا على فاصل مسامي ، وهو أمر حيوي في الحفاظ على سلامة البطارية ، حيث يحافظ على اتصال القطب الموجب والكاثود ببعضهما البعض بشكل مباشر. إذا حدث اتصال مباشر بين قطبي البطارية ، فستكون النتيجة كارثية. عندما تقوم بطارية ليثيوم أيون بتشغيل جهاز ، يفقد الليثيوم المقحم في الأنود المحتوي على الجرافيت إلكترونًا.
هذه العملية تخلق أيونات الليثيوم ، وكذلك الإلكترون الحر. تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود عبر المنحل بالكهرباء والفاصل المسامي. أثناء تحرك أيونات الليثيوم عبر الفاصل ، تتخذ الإلكترونات مسارًا مختلفًا يقودها عبر الجهاز الإلكتروني الذي يحتاج إلى الطاقة. بمجرد عبورهم للجهاز ، تنتهي الإلكترونات عند الكاثود. عندما تحتاج البطارية إلى إعادة الشحن ، تبدأ العملية بشكل أساسي من جديد ، ولكن في الاتجاه المعاكس.
هذا هو السبب في أن بطاريات الليثيوم أيون رائعة جدًا للاستخدام في المركبات الكهربائية ، حيث يمكن تكرار العملية عدة مرات. عندما تقوم بشحن بطارية الليثيوم أيون ، يقوم الشاحن بإخراج الإلكترونات من الكاثود ، مما يوفر تدفقًا للإلكترونات إلى القطب الموجب. يؤدي هذا إلى عكس العملية الكيميائية بأكملها التي حدثت أثناء تفريغ البطارية ، مع مغادرة أيونات الليثيوم الكاثود والعودة إلى القطب الموجب. بعد اكتمال عملية الشحن ، تصبح البطارية جاهزة للعمل مرة أخرى.
ستستمر تقنية بطارية EV في التحسن
توفر بطاريات EV بالفعل للسيارات الكهربائية نطاقًا مذهلاً ، ويمكن استخدامها عدة مرات. ولكن ، لا يزال هناك العديد من الأشياء التي يجب تحسينها فيما يتعلق بهذه التكنولوجيا ، لا سيما كيفية إعادة تدوير بطاريات المركبات الكهربائية بمجرد وصولها إلى نهاية عمرها الافتراضي. يبقى أن نرى ما إذا كانت تقنية الليثيوم أيون تبقى لفترة طويلة بما يكفي لرؤية تحسينات هائلة أو استبدالها تمامًا بتكنولوجيا واعدة مثل بطاريات الحالة الصلبة.