المكونات الأربعة لبطارية ليثيوم أيون
تتدافع العديد من الأجهزة المنزلية العملاقة حاليًا لتحرير المكانس الكهربائية اللاسلكية ذات العصا.
كثير من الناس يعشقون هذا الجهاز لأنه خفيف بما يكفي حتى للأطفال الصغار لاستخدامه بينما لا يزال يتمتع بقوة شفط ممتازة.
جعلت بطاريات Li-ion من الممكن إنشاء مكانس لاسلكية ، في جزء كبير منه.
تعد كثافة الطاقة العالية مع كونها بطاريات ليثيوم أيون خفيفة أكثر كفاءة ولديها قدرة أعلى من البطاريات التقليدية.
تُستخدم كثيرًا في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك الأدوات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة والأجهزة الصغيرة ومعدات تكنولوجيا المعلومات.
وكذلك السيارات الكهربائية.
اليوم ، دعونا نفحص بطاريات Li-ion من أعلى إلى أسفل.
تتكون بطارية الكاثود والأنود والإلكتروليت وبطارية ليثيوم أيون من أربعة مكونات.
فاصل
الكاثود والأنود والإلكتروليت والفاصل هي المكونات الأربعة الأساسية لبطارية ليثيوم أيون.
تحتاج بطارية Li-ion إلى كل مكون لأنه لا يمكن تشغيله في حالة غياب أحدهم.
يؤثر "الكاثود" في بطارية Li-ion على قدرتها وجهدها.
يخضع الليثيوم الموجود في بطارية ليثيوم أيون لعمليات كيميائية لإنتاج الطاقة.
لهذا السبب ، يتم إدخال الليثيوم بشكل طبيعي في البطارية ، وتُعرف المنطقة التي يوجد بها الليثيوم باسم "الكاثود".
يستخدم أكسيد الليثيوم للكاثودات لأن الليثيوم في شكله الأولي ، والذي يتكون من الليثيوم والأكسجين ، غير مستقر.
يشير مصطلح "المادة الفعالة" إلى مادة مثل أكسيد الليثيوم تمنع تفاعل القطب الكهربائي للبطارية الحقيقية.
بمعنى آخر ، يعمل أكسيد الليثيوم كمكون نشط في كاثود بطارية ليثيوم أيون.
يمكن رؤية رقائق الألومنيوم الرقيقة المستخدمة لدعم الإطار المطلي بالكاثود إذا نظرت عن كثب إلى الكاثود.
باستخدام خليط من مادة فعالة ومضافات موصلة ورابط.
توجد أيونات الليثيوم في المادة الفعالة ، ويتم إضافة مادة موصلة لتحسين التوصيل ؛
بالإضافة إلى ذلك ، تعمل المادة اللاصقة كمادة لاصقة للمساعدة في الالتصاق المناسب للمادة المضافة الموصلة والمادة الفعالة إلى ركيزة الألومنيوم.
تتأثر خصائص البطارية بشكل كبير بالكاثود.
لأن نوع المادة النشطة للكاثود يؤثر على جهد البطارية وقدرتها.
تزداد السعة مع كمية الليثيوم الموجودة ، ويزداد الجهد مع مقدار فرق الجهد بين الكاثود والأنود.
اعتمادًا على النوع ، يكون الفرق المحتمل بين الأنودات والكاثودات طفيفًا عادةً بالنسبة للأنودات ومهم إلى حد ما بالنسبة للكاثودات.
نتيجة لذلك ، يعد الكاثود أمرًا بالغ الأهمية في تحديد جهد البطارية.
"الأنود" ينقل الإلكترونات عبر السلك.
ركيزة الأنود مغطاة بمواد نشطة ، تمامًا مثل الكاثود.
تتمثل وظيفة المادة الفعالة للأنود في السماح للتيار الكهربائي بالمرور عبر الدائرة الخارجية.
يمكن امتصاص أو إطلاق أيونات الليثيوم المنبعثة من الكاثود بشكل عكسي أثناء القيام بذلك.
يتم الاحتفاظ بأيونات الليثيوم في القطب الموجب ، وليس الكاثود ، عند شحن البطارية.
عندما يتم توصيل الكاثود والأنود الآن بسلك موصل (في حالة تفريغ) ،
يسمح المنحل بالكهرباء بشكل طبيعي لأيونات الليثيوم بالعودة إلى الكاثود ،
وتتدفق الإلكترونات المنفصلة عن أيونات الليثيوم (هـ-) أسفل السلك أثناء إنتاج الطاقة.
استخدام الجرافيت ذو الهيكل الثابت للأنودات وطلاء المادة الفعالة على ركيزة الأنود
مادة رابطة ومادة مضافة.
الخصائص المثالية للجرافيت ، وهي الاستقرار الهيكلي والتفاعل الكهروكيميائي المنخفض ،
يُعتقد أن المادة مناسبة للاستخدام كأنود نظرًا لقدرتها على تحمل التكاليف وقدرتها على تخزين كميات كبيرة من أيونات الليثيوم.
"المنحل بالكهرباء" يسمح فقط بحركة الأيونات.
قيل أن أيونات الليثيوم تتدفق عبر الإلكتروليت أثناء مناقشة الكاثود والأنود.
والسلك مملوء بالإلكترونات.
هذا ضروري للسماح للبطارية باستهلاك الطاقة.
لن نتمكن من استخدام الكهرباء وستكون سلامتنا في خطر إذا مرت الأيونات عبر الإلكتروليت.
العنصر الذي يؤدي هذه الوظيفة الحاسمة هو المنحل بالكهرباء.
إنه بمثابة القناة التي تسمح فقط لأيونات الليثيوم بالانتقال ذهابًا وإيابًا بين الكاثود والأنود.
تُستخدم المواد عالية التوصيل الأيونية بشكل أساسي في المنحل بالكهرباء بحيث يمكن لأيونات الليثيوم أن تنتقل ذهابًا وإيابًا بسهولة.
توجد أملاح ومذيبات وإضافات في المنحل بالكهرباء.
تتدفق أيونات الليثيوم عبر الأملاح التي تذوب في سوائل عضوية تسمى المذيبات.
ولأهداف معينة ، يتم إدخال المواد المضافة بكميات محدودة.
هذه الطريقة في صنع الإلكتروليت تمنع الإلكترونات من المرور وتسمح فقط للأيونات بالتدفق إلى الأقطاب الكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك ، يؤثر نوع المنحل بالكهرباء على سرعة هجرة أيونات الليثيوم.
لذلك ، يمكن استخدام الإلكتروليتات التي تلتزم بالمتطلبات الصارمة فقط.
"الفاصل" ، القسم غير المنفذ الذي يفصل الكاثود والأنود
يحدد المنحل بالكهرباء والفاصل سلامة البطارية ، بينما يحدد الكاثود والأنود الأداء الأساسي للبطارية.
يعمل الفاصل على إبقاء الكاثود والأنود منفصلين عن طريق العمل كحاجز مادي.
إنه يسمح فقط للأيونات بالمرور عبر الفتحة الداخلية الصغيرة أثناء إعاقة المرور المباشر للإلكترونات.
وبالتالي يجب أن تفي بجميع المتطلبات الفيزيائية والكهروكيميائية.
تتوفر اليوم فواصل الراتنجات الاصطناعية ، مثل البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) ، تجارياً.
لقد درسنا العوامل الرئيسية الأربعة التي تؤثر على مدى جودة عمل بطاريات Li-ion حتى الآن.
حاليًا ، تعمل Samsung SDI على تكثيف البحث والتطوير لمواد جديدة لتحسين أداء البطارية.
بينما تواصل بثبات جهودها لتعزيز وظائف المواد الحالية والتقنيات الرئيسية.
من خلال تطوير بطاريات Li-ion عالية السعة وعالية الكفاءة ،
تريد Samsung SDI أن تقود الطريق في تطوير البطاريات التي من شأنها تحسين نوعية الحياة للناس في جميع أنحاء العالم.
