حجر الزاوية في الطاقة الجديدة: اقرأ تطور ومبدأ بطاريات الليثيوم

بطاريات الليثيوم هي نوع شائع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن والتي يعتمد تفاعلها الكهروكيميائي على هجرة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. تتميز بطاريات الليثيوم بمزايا كثافة الطاقة العالية والعمر الطويل وانخفاض معدل التفريغ الذاتي، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية.

يعتمد مبدأ عمل بطاريات الليثيوم على هجرة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. أثناء عملية الشحن، يتم إطلاق أيونات الليثيوم من المادة الموجبة (عادةً أكسيد مثل كوبالت الليثيوم)، وتمر عبر المنحل بالكهرباء، ثم يتم إدخالها في المادة السالبة (عادةً مادة كربونية). أثناء عملية التفريغ، يتم فصل أيونات الليثيوم من المادة السالبة وتنتقل عبر الإلكتروليت إلى المادة الموجبة، مما يولد تيارًا وطاقة كهربائية، مما يدفع المعدات الخارجية إلى العمل.

يمكن تبسيط مبدأ عمل بطاريات الليثيوم في الخطوات التالية:

1. أثناء عملية الشحن، سوف يمتص القطب السالب لبطارية الليثيوم الإلكترونات الخارجية. لكي يظل القطب الموجب محايدًا كهربائيًا، سيضطر إلى إطلاق الإلكترونات إلى الخارج، وسوف تنجذب أيونات الليثيوم التي فقدت إلكترونات إلى القطب السالب وتنتقل عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب. بهذه الطريقة، يقوم القطب السالب بتزويد الإلكترونات وتخزين أيونات الليثيوم.

2. عند التفريغ، تعود الإلكترونات إلى القطب الموجب من خلال الدائرة الخارجية، ويتم أيضًا إزالة أيونات الليثيوم من مادة القطب السالب، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة الكهربائية المخزنة في العملية، والعودة إلى القطب الموجب من خلال المنحل بالكهرباء، ويتم دمج الإلكترونات للمشاركة في تفاعل الاختزال لاستعادة بنية مركب الليثيوم.

3. في الواقع، عملية الشحن والتفريغ هي عملية مطاردة أيونات الليثيوم للإلكترونات، ويتم خلالها تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية.

لقد مر تطوير بطاريات الليثيوم بمراحل متعددة. في أوائل السبعينيات، تم طرح بطاريات معدن الليثيوم لأول مرة، ولكن بسبب النشاط العالي وقضايا السلامة الخاصة بمعدن الليثيوم، كان نطاق تطبيقها محدودًا. وفي وقت لاحق، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون هي التكنولوجيا السائدة، والتي تستخدم مركبات الليثيوم غير المعدنية كمواد إلكترودات موجبة لحل مشكلة سلامة بطاريات الليثيوم المعدنية. في التسعينيات، ظهرت بطاريات الليثيوم بوليمر، باستخدام المواد الهلامية البوليمرية كإلكتروليتات، مما أدى إلى تحسين سلامة البطاريات وكثافة الطاقة فيها. في السنوات الأخيرة، تم أيضًا تطوير تقنيات بطاريات الليثيوم الجديدة مثل بطاريات الليثيوم والكبريت وبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة.

في الوقت الحاضر، لا تزال بطاريات الليثيوم أيون هي تكنولوجيا البطاريات الأكثر استخدامًا والأكثر نضجًا. تتميز بكثافة طاقة عالية ودورة حياة طويلة ومعدل تفريغ ذاتي منخفض، وتستخدم على نطاق واسع في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية وغيرها من المجالات. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر أيضًا على نطاق واسع في مجالات مثل الأجهزة الرقيقة والخفيفة وسماعات الرأس اللاسلكية، نظرًا لكثافة الطاقة العالية وخصائص التصميم الرقيقة.

حققت الصين تقدما ملحوظا في مجال بطاريات الليثيوم. تعد الصين واحدة من أكبر منتجي ومستهلكي بطاريات الليثيوم في العالم. اكتملت سلسلة صناعة بطاريات الليثيوم في الصين، بدءًا من شراء المواد الخام وحتى تصنيع البطاريات، ولها نطاق معين وقوة تقنية. حققت شركات بطاريات الليثيوم الصينية تقدمًا مهمًا في البحث والتطوير التكنولوجي والقدرة الإنتاجية والحصة السوقية. بالإضافة إلى ذلك، قدمت الحكومة الصينية أيضًا سلسلة من سياسات الدعم لتشجيع تطوير وابتكار صناعة بطاريات الليثيوم. أصبحت بطاريات الليثيوم حلاً رئيسياً للطاقة في مجالات مثل الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية.