حجر الزاوية للطاقة الجديدة: اقرأ عن تطور ومبدأ عمل بطاريات الليثيوم

تُعدّ بطاريات الليثيوم نوعًا شائعًا من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ويعتمد تفاعلها الكهروكيميائي على انتقال أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب. تتميز بطاريات الليثيوم بكثافة طاقة عالية، وعمر طويل، ومعدل تفريغ ذاتي منخفض، مما يجعلها شائعة الاستخدام في مختلف الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية.

يعتمد مبدأ عمل بطاريات الليثيوم على انتقال أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب. أثناء عملية الشحن، تنطلق أيونات الليثيوم من المادة الموجبة (عادةً ما تكون أكسيدًا مثل كوبالتات الليثيوم)، وتمر عبر الإلكتروليت، ثم تُنقل إلى المادة السالبة (عادةً ما تكون مادة كربونية). أثناء عملية التفريغ، تنفصل أيونات الليثيوم عن المادة السالبة وتنتقل عبر الإلكتروليت إلى المادة الموجبة، مولدةً تيارًا كهربائيًا وطاقة كهربائية، مما يُشغل الأجهزة الخارجية.

يمكن تبسيط مبدأ عمل بطاريات الليثيوم إلى الخطوات التالية:

١. أثناء عملية الشحن، يمتص القطب السالب لبطارية الليثيوم إلكترونات خارجية. وللحفاظ على التعادل الكهربائي، يُجبر القطب الموجب على إطلاق إلكترونات إلى الخارج، فتنجذب أيونات الليثيوم التي فقدت إلكترونات إلى القطب السالب وتنتقل عبر الإلكتروليت إليه. وبهذه الطريقة، يُعيد القطب السالب شحن الإلكترونات ويخزن أيونات الليثيوم.

2. عند التفريغ، تعود الإلكترونات إلى القطب الموجب من خلال الدائرة الخارجية، كما تتم إزالة أيونات الليثيوم من مادة القطب السالب، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة الكهربائية المخزنة في هذه العملية، والعودة إلى القطب الموجب من خلال الإلكتروليت، وتتحد الإلكترونات للمشاركة في تفاعل الاختزال لاستعادة بنية مركب الليثيوم.

3. في عملية الشحن والتفريغ، في الواقع، هي عملية مطاردة أيونات الليثيوم للإلكترونات، والتي يتم خلالها تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها.

مرّ تطوير بطاريات الليثيوم بمراحل متعددة. ففي أوائل سبعينيات القرن الماضي، طُرحت بطاريات الليثيوم المعدني لأول مرة، ولكن نظرًا لنشاطها العالي ومخاوف السلامة المتعلقة بالليثيوم المعدني، كان نطاق استخدامها محدودًا. لاحقًا، أصبحت بطاريات أيونات الليثيوم هي التقنية السائدة، والتي تستخدم مركبات الليثيوم غير المعدنية كمواد للقطب الموجب لحل مشكلة السلامة في بطاريات الليثيوم المعدني. وفي تسعينيات القرن الماضي، ظهرت بطاريات بوليمر الليثيوم، التي تستخدم هلامات البوليمر كإلكتروليتات، مما حسّن من سلامة البطاريات وكثافة طاقتها. وفي السنوات الأخيرة، يجري تطوير تقنيات جديدة لبطاريات الليثيوم، مثل بطاريات الليثيوم والكبريت وبطاريات الليثيوم الصلبة.

لا تزال بطاريات الليثيوم أيون حاليًا أكثر تقنيات البطاريات شيوعًا ونضجًا. فهي تتميز بكثافة طاقة عالية، وعمر تشغيلي طويل، ومعدل تفريغ ذاتي منخفض، وتُستخدم على نطاق واسع في الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والمركبات الكهربائية، وغيرها من المجالات. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر على نطاق واسع في مجالات مثل الأجهزة الرقيقة والخفيفة وسماعات الرأس اللاسلكية، نظرًا لكثافة طاقتها العالية وتصميمها النحيف.

حققت الصين تقدماً ملحوظاً في مجال بطاريات الليثيوم، إذ تُعدّ من أكبر منتجي ومستهلكي هذه البطاريات في العالم. تتميز سلسلة صناعة بطاريات الليثيوم في الصين بتكاملها، بدءاً من توريد المواد الخام وصولاً إلى تصنيع البطاريات، ما يمنحها حجماً كبيراً وقوة تقنية عالية. وقد أحرزت شركات بطاريات الليثيوم الصينية تقدماً كبيراً في البحث والتطوير التكنولوجي، وزيادة الطاقة الإنتاجية، وتوسيع حصتها السوقية. إضافةً إلى ذلك، تبنّت الحكومة الصينية سلسلة من سياسات الدعم لتشجيع تطوير وابتكار صناعة بطاريات الليثيوم. وقد أصبحت بطاريات الليثيوم حلاً رئيسياً للطاقة في مجالات مثل الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية.