شرح الأنواع الثمانية لبطاريات الليثيوم – ما هو المناسب لك؟

مقدمة

أصبحت بطاريات الليثيوم منتشرة في كل مكان في المجتمع الحديث، حيث تعمل على تشغيل كل شيء بدءًا من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وحتى السيارات الكهربائية. تم تسويق بطارية الليثيوم لأول مرة بواسطة شركة سوني في عام 1991، مما يوفر بطارية خفيفة الوزن قابلة لإعادة الشحن بديلة للتقنيات السابقة مثل النيكل والكادميوم. وفي العقود الثلاثة التي تلت ذلك، أدت الأبحاث المستمرة إلى تحسينات كبيرة في كثافة الطاقة والسلامة والعمر ومعدلات الشحن.

تعتمد بطاريات الليثيوم على تدفق أيونات الليثيوم بين القطب الموجب (الكاثود) والقطب السالب (الأنود). أثناء التفريغ، تتدفق أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود من خلال محلول إلكتروليت. يؤدي ذلك إلى توليد تيار كهربائي يعمل على تشغيل الجهاز. عند الشحن، يتم تطبيق جهد خارجي لعكس تدفق أيونات الليثيوم إلى القطب الموجب.

ظهرت كيمياء مختلفة لبطاريات الليثيوم على مر السنين، ولكل منها مزاياها ومقايضاتها الخاصة. استخدمت بطاريات الليثيوم أيون المبكرة كاثودات أكسيد الكوبالت الليثيوم، بينما تستخدم الإصدارات الحديثة كاثودات النيكل والمنجنيز والألومنيوم. تعمل الكيمياء الجديدة مثل فوسفات الحديد الليثيوم على تعزيز الاستقرار والسلامة. تعد بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة التي تحتوي على إلكتروليتات صلبة بدلاً من السائل أيضًا مجالًا للبحث النشط.

إن كثافة الطاقة العالية وطبيعة بطاريات الليثيوم خفيفة الوزن جعلتها مثالية لتشغيل الأجهزة الاستهلاكية والمركبات. ستلعب التحسينات المستمرة في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم دورًا رئيسيًا في تمكين كهربة وسائل النقل على نطاق أوسع واعتماد الطاقة المتجددة في السنوات المقبلة.

BSLBATT محترف الشركة المصنعة لبطارية الليثيوم أيون ، بما في ذلك خدمة البحث والتطوير وتصنيع المعدات الأصلية لأكثر من 20 عامًا، منتجاتنا مؤهلة وفقًا لمعايير ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. تقوم الشركة بمهمة تطوير وإنتاج السلسلة المتقدمة "BSLBATT" (أفضل حل لبطاريات الليثيوم). منتجات الليثيوم BSLBATT تشغيل مجموعة من التطبيقات بما في ذلك، حلول تعمل بالطاقة الشمسية , microgrid، تخزين الطاقة المنزلية , عربة الجولف , البحرية , عربة سكن متنقلة , البطارية الصناعية وأكثر من ذلك. تقدم الشركة مجموعة كاملة من الخدمات والمنتجات عالية الجودة التي تستمر في تمهيد الطريق للأمام نحو مستقبل أكثر اخضرارًا وأكثر كفاءة لتخزين الطاقة. أنواع مختلفة من بطارية lifepo4 لاختيارك!

بطاريات الليثيوم الأولية – أنواع بطاريات الليثيوم

بطاريات الليثيوم الأولية هي بطاريات غير قابلة لإعادة الشحن، تستخدم لمرة واحدة وتحتوي على الليثيوم المعدني. تتميز بكثافة طاقة أعلى من معظم أنواع البطاريات الأساسية الأخرى، مما يوفر تخزينًا أكبر للطاقة لكل وزن.

بعض الخصائص الرئيسية لبطاريات الليثيوم الأولية:

• استخدم معدن الليثيوم النقي كمادة الأنود. وهذا يوفر كثافة طاقة عالية جدًا، ولكنه قد يؤدي أيضًا إلى مشكلات تتعلق بالسلامة إذا لم يتم احتواؤه بشكل صحيح.

• غير قابلة للشحن. تم تصميم بطاريات الليثيوم الأساسية لتطبيقات الاستخدام الفردي. قد تؤدي محاولة إعادة شحنها إلى ارتفاع درجة الحرارة وخطر الانفجار المحتمل.      

• التفريغ الذاتي بسرعة أكبر من أنواع البطاريات الأساسية الأخرى. سوف تفقد قوتها تدريجيًا حتى في حالة عدم استخدامها. العمر المفيد عادة هو 5-10 سنوات.      

• أكثر تكلفة من البطاريات القلوية وبطاريات الكربون والزنك التي تستخدم لمرة واحدة. كثافة الطاقة العالية تجعلها مناسبة بشكل أفضل للأجهزة ذات متطلبات عمر البطارية الطويل.

• تتطلب دوائر واقية لمنع التشغيل خارج نطاقات الجهد ودرجة الحرارة الآمنة. يمكن أن تكون بطاريات الليثيوم غير المحمية غير آمنة.

• يشيع استخدامها في الساعات والآلات الحاسبة وأقفال السيارات عن بعد وغيرها من الأجهزة التي تتطلب بطاريات مدمجة وطويلة العمر. تستخدم أيضًا في الأجهزة المتخصصة عالية الطاقة.

توفر بطاريات الليثيوم الأساسية مزايا أداء مقارنة بالبطاريات التقليدية التي تستخدم لمرة واحدة، ولكنها تتطلب اعتبارات أمان إضافية. إنها الأفضل للأجهزة منخفضة الاستهلاك ذات متطلبات العمر الطويل، حيث تبرر فوائد الوزن الخفيف وكثافة الطاقة العالية التكلفة الأعلى.

بطاريات الليثيوم أيون الثانوية – أنواع بطاريات الليثيوم

بطاريات ليثيوم أيون الثانوية قابلة لإعادة الشحن وهي النوع الأكثر شيوعًا من بطاريات الليثيوم المستخدمة اليوم. تتميز بكثافة طاقة عالية، وليس لها أي تأثير على الذاكرة، وتفقد فقط 5% من شحنها شهريًا عند عدم استخدامها. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للإلكترونيات الاستهلاكية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف والأجهزة اللوحية التي تتطلب إعادة الشحن بشكل متكرر.

يتكون الكاثود من أكسيد معدن الليثيوم مثل أكسيد كوبالت الليثيوم، ويتكون الأنود من الجرافيت أو أكسيد التيتانيوم. أثناء التفريغ، تتدفق أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود من خلال المنحل بالكهرباء والفاصل. عند الشحن، تتدفق الأيونات مرة أخرى لتعيد إدخال نفسها في القطب الموجب.

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بكثافة طاقة عالية ولكنها يمكن أن تتحلل بمرور الوقت مع ارتفاع درجة الحرارة أو الشحن الزائد. لديهم أيضًا مخاوف تتعلق بالسلامة في حالة تلفها أو عيبها. ومع ذلك، عند استخدامها بشكل صحيح، فإنها توفر مصدرًا فعالاً للطاقة القابلة لإعادة الشحن للإلكترونيات المحمولة. ويهدف البحث المستمر إلى زيادة كثافة الطاقة بشكل أكبر وتحسين السلامة وطول العمر.

بطاريات الليثيوم بوليمر – أنواع بطاريات الليثيوم

بطاريات ليثيوم بوليمر ، يُختصر أحيانًا LiPo، يستخدم تصميمًا مرنًا للحقيبة يسمح بتعليق المنحل بالكهرباء في مركب بوليمر صلب. وهذا يمنح بطاريات الليثيوم بوليمر شكلاً أخف وأرق وأكثر مرونة مقارنةً بالخلايا الأسطوانية أو المنشورية الصلبة.

يجعل إلكتروليت البوليمر البطاريات أكثر أمانًا عن طريق تقليل فرصة تسرب الإلكتروليت. كما يسمح أيضًا للمصنعين بتشكيل الخلايا في مجموعة متنوعة من الأحجام لتناسب حاوية الجهاز بشكل أفضل. يمكن جعل خلايا بوليمر الليثيوم رقيقة جدًا، حيث يبلغ سمكها بضعة ملليمترات فقط. هذا الحجم الصغير يجعلها مناسبة تمامًا للإلكترونيات الاستهلاكية الصغيرة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.

توفر العبوات المرنة والكهارل بعض المقاومة الإضافية للصدمات والاهتزازات مقارنة بالخلايا الصلبة. ومع ذلك، فإن مادة البوليمر لا تزال عرضة للثقوب. ويجب الحرص على عدم إتلاف خلايا بوليمر الليثيوم لتجنب حدوث دوائر قصيرة داخلية.

تتمتع بطاريات الليثيوم بوليمر عمومًا بمقاومة داخلية أقل من بطاريات الليثيوم أيون المكافئة. وينتج عن ذلك أداء تفريغ أفضل وقدرة على توفير نبضات تيار عالية. تتمتع الكيمياء أيضًا بمنحنى تفريغ أكثر انبساطًا من أيونات الليثيوم، مما يحافظ على متوسط ​​جهد أعلى لمزيد من سعتها.

بشكل عام، يوفر تصميم الحقيبة لبطاريات الليثيوم بوليمر مزايا من حيث الوزن والحجم ومرونة الشكل مقارنة بعوامل شكل البطارية التقليدية. وهذا يجعلها خيارًا شائعًا للأجهزة الاستهلاكية المحمولة والطائرات بدون طيار والنماذج التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو والتطبيقات الأخرى التي تتطلب بطاريات صغيرة وخفيفة الوزن.

بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد أنواع بطاريات الليثيوم LiFePo4

منتجات الليثيوم BSLBATT تشغيل مجموعة من التطبيقات بما في ذلك، حلول تعمل بالطاقة الشمسية , microgrid، تخزين الطاقة المنزلية , عربة الجولف , البحرية , عربة سكن متنقلة , البطارية الصناعية .

فوسفات الحديد الليثيوم تستخدم بطاريات (LiFePO4) كاثودًا مصنوعًا من مادة فوسفات حديد الليثيوم. وهذا يوفر كيمياء أكثر أمانًا واستقرارًا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الأخرى.

الميزة الرئيسية لبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد هي دورة حياتها الطويلة. إنهم قادرون على تحمل مئات إلى آلاف دورات الشحن/التفريغ. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب دورة حياة عالية مثل تخزين الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية.

BSLBATT's LFP تم تطوير البطارية بشكل مستقل من خلال نظام إدارة البطارية BMS، والذي يمكن أن يزيد من عمر دورة طاقة البطارية 4000 + مرات وبطارية تخزين الطاقة 6,000-10,000 + مرات.

تتمتع بطاريات LiFePO4 بكثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون الأخرى، لكن كيميائيتها المستقرة توفر أمانًا جيدًا للغاية. وهي بطبيعتها غير قابلة للاحتراق في حالة تلفها أو شحنها بشكل زائد. لا يوجد خطر الهروب الحراري.

بشكل عام، توفر بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد توازنًا رائعًا بين الأمان وعمر الدورة الطويل والأداء الجيد. إن كيميائيتها الآمنة والمستقرة نسبيًا تجعلها خيارًا شائعًا للعديد من التطبيقات على الرغم من كثافة الطاقة المنخفضة قليلاً مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الأخرى. تعد قدرة دورة الحياة الطويلة ذات أهمية خاصة لاستخدامات مثل السيارات الكهربائية.

بطاريات الليثيوم تيتانات – أنواع بطاريات الليثيوم

بطاريات تيتانات الليثيوم تمثل تقدمًا على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. يستخدمون تيتانات الليثيوم بدلاً من الجرافيت على الأنود. وهذا يمنح بطاريات تيتانات الليثيوم بعض المزايا الرئيسية:

شحن سريع - تتيح تيتانات الليثيوم أوقات شحن أسرع بكثير مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون القياسية. يمكن لبعض بطاريات تيتانات الليثيوم أن تشحن بسعة تزيد عن 80% خلال 10 دقائق. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب إعادة شحن سريعة مثل السيارات الكهربائية.

عمر طويل - أنود تيتانات الليثيوم مستقر للغاية. وهذا يسمح للبطاريات بالتعامل مع آلاف دورات الشحن/التفريغ. يمكن لبطاريات تيتانات الليثيوم أن تدوم بشكل عام أكثر من 10 مرات أكثر من بطاريات الليثيوم أيون القياسية قبل أن تحتاج إلى الاستبدال. تتميز بعض الإصدارات بعمر افتراضي يصل إلى 20 عامًا أو أكثر.

أمان   - بطاريات تيتانات الليثيوم أقل عرضة لمشاكل الانفلات الحراري وتتمتع بثبات أكبر. وهذا يمنحهم ميزة في تطبيقات السلامة المهمة مثل الأجهزة الطبية.

أداء درجات الحرارة المنخفضة - تتيح مادة الأنود قدرات تفريغ فائقة في درجات الحرارة الباردة. يمكن لبطاريات تيتانات الليثيوم أن تعمل بكفاءة حتى عند -30 درجة مئوية.

إن التكلفة العالية لبطاريات تيتانات الليثيوم قد حدت من اعتمادها حتى الآن. ومع ذلك، مع زيادة الإنتاج، من المتوقع أن تصبح التكاليف أكثر تنافسية مع أيونات الليثيوم القياسية. إن عمرها الافتراضي وقدراتها الاستثنائية على ركوب الدراجات تجعل بطاريات تيتانات الليثيوم مثالية للأدوار التي تتطلب طاقة موثوقة وطويلة الأمد.

بطاريات الليثيوم الكبريت – أنواع بطاريات الليثيوم

بطاريات ليثيوم الكبريت هي كيمياء بطارية جديدة ومثيرة توفر كثافة طاقة أعلى بكثير مقارنة ببطاريات أيونات الليثيوم. تستخدم هذه البطاريات الكبريت كمادة كاثود، والتي يمكنها نظريًا تخزين طاقة أكبر بخمسة أضعاف من حيث الوزن مقارنة بكاثودات أكسيد كوبالت الليثيوم التقليدية المستخدمة في بطاريات أيونات الليثيوم.

بعض المزايا الرئيسية لبطاريات الليثيوم الكبريت:

• كثافة طاقة نظرية عالية للغاية تبلغ حوالي 500 واط ساعة/كجم أو 2800 واط ساعة/لتر. وهذا أعلى بمقدار 2-5 مرات من بطاريات الليثيوم أيون.

• استخدام الكبريت كمادة الكاثود متوفر بكثرة وأرخص بكثير من الكوبالت أو النيكل المستخدم في بطاريات أيونات الليثيوم. وهذا يمكن أن يقلل التكاليف بشكل كبير.

• كاثودات الكبريت خفيفة الوزن مقارنة بكاثودات أكسيد المعدن.

• لا يوجد خطر الهروب الحراري مثل بطاريات الليثيوم أيون.

• مواد صديقة للبيئة.

ومع ذلك، لا تزال بطاريات الليثيوم الكبريتية تواجه بعض التحديات التقنية قبل تسويقها على نطاق واسع:      

• دورة حياة قصيرة بسبب فقدان مادة الكبريت النشطة خلال الدورات. البحث مستمر في المواد المضافة والطلاءات لمعالجة هذه المشكلة.

• كفاءة كولومبية منخفضة. تؤدي آليات التفاعل المعقدة إلى فقدان الكبريت النشط.

• تمدد حجم الكبريت بنسبة تصل إلى 80% أثناء التفريغ مما يؤدي إلى التحلل الميكانيكي للكاثود. تساعد البنية النانوية للكبريت على معالجة هذه المشكلة.

• ضعف التوصيل الكهربائي للكبريت الذي يتطلب إضافات موصلة.

• يتفاعل أنود معدن الليثيوم مع متعدد الكبريتيدات المذابة مما يؤدي إلى تلاشي سريع للقدرة. ويجري تطوير الطلاءات الواقية على معدن الليثيوم.

إذا أمكن التغلب على هذه التحديات، يمكن أن توفر بطاريات الليثيوم الكبريت تكنولوجيا بطاريات آمنة وعالية الكثافة للطاقة ومنخفضة التكلفة لتطبيقات مثل السيارات الكهربائية وتخزين الشبكة. لكنها لا تزال كيمياء بطاريات واعدة تتطلب المزيد من البحث والتطوير.

بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة – أنواع بطاريات الليثيوم

استخدام بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة إلكتروليت صلب بدلاً من إلكتروليت سائل أو بوليمر. وهذا يجعلها أكثر أمانًا من بطاريات الإلكتروليت السائل نظرًا لعدم وجود خطر تسرب الإلكتروليت أو اشتعال النار.

يتيح المنحل بالكهرباء الصلب أيضًا كثافة طاقة أعلى مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون المنحل بالكهرباء السائلة. يشغل الإلكتروليت الصلب مساحة أقل في البطارية، مما يتيح مساحة أكبر لمواد الأنود والكاثود. أظهرت بعض بطاريات الحالة الصلبة النموذجية كثافة طاقة تزيد عن 500 واط ساعة/لتر مقارنة بحوالي 250-300 واط ساعة/لتر لأيون الليثيوم التقليدي.

يتمتع المنحل بالكهرباء الصلب أيضًا بقدر أكبر من الاستقرار الحراري والكيميائي. يمكنه تحمل درجات الحرارة المرتفعة دون أن يتحلل مقارنة بالإلكتروليتات السائلة. يساعد هذا على تحسين سلامة البطارية ويمكن أن يسمح بمعدلات شحن أسرع في المستقبل.

تتمثل التحديات الرئيسية التي تواجه بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة في تطوير إلكتروليتات ذات موصلية عالية بما فيه الكفاية لأيون الليثيوم وضمان اتصال جيد بين مواد الإلكتروليت الصلبة والإلكترود. لكن العديد من الشركات والمجموعات البحثية تعمل بنشاط على تسويق بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، نظرًا لأن مزاياها في مجال السلامة وكثافة الطاقة تجعلها واعدة جدًا للسيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية وغيرها من التطبيقات.

بطاريات الليثيوم الهوائية – أنواع بطاريات الليثيوم

تمثل بطاريات الليثيوم الهوائية تقنية بطاريات مستقبلية مثيرة تعد بكثافة طاقة عالية للغاية، حتى أنها تتجاوز البنزين. يستخدمون معدن الليثيوم كالأنود والأكسجين من الهواء كالكاثود.

عند التفريغ، يتخلى معدن الليثيوم عن إلكترونات تتحد مع أيونات الليثيوم والأكسجين لتكوين بيروكسيد الليثيوم. يطلق هذا التفاعل الكيميائي الطاقة لتشغيل البطارية. أثناء الشحن، يتم عكس العملية - يتحلل بيروكسيد الليثيوم ليطلق الأكسجين، وتعود الإلكترونات إلى أنود معدن الليثيوم، وتعود أيونات الليثيوم إلى المنحل بالكهرباء.

الميزة الرئيسية لبطاريات الليثيوم الهوائية هي كثافة الطاقة النظرية التي تبلغ حوالي 12 كيلو واط ساعة / كجم، وهي أعلى بعشر مرات من بطاريات أيونات الليثيوم. يتم تمكين كثافة الطاقة الهائلة هذه باستخدام الأكسجين من الهواء المحيط بدلاً من تخزين مادة الكاثود الثقيلة.

ومع ذلك، لا تزال بطاريات الليثيوم الهوائية تواجه تحديات تقنية كبيرة. أنود معدن الليثيوم غير مستقر وعرضة لتكوين التشعبات أثناء الشحن. يمكن أن تسد منتجات التفاعل المسام الموجودة في كاثود الهواء، مما يقلل من الأداء. هناك أيضًا مشكلات تتعلق بالكفاءة وعمر الدورة والسلامة التي يجب معالجتها قبل أن تصبح بطاريات الليثيوم الهوائية قابلة للتطبيق تجاريًا. ولكن إذا أمكن التغلب على هذه التحديات، فقد توفر بطاريات الليثيوم الهوائية تقدمًا ثوريًا في مجال تخزين الطاقة. إن كثافة الطاقة العالية بشكل استثنائي تجعلها فرصة مثيرة للسيارات الكهربائية طويلة المدى وغيرها من التطبيقات التي تتطلب أعلى طاقة ممكنة في أصغر مجموعة.

خاتمة

أحدثت بطاريات الليثيوم ثورة في الإلكترونيات المحمولة والمركبات الكهربائية من خلال توفير كثافة طاقة عالية في حزمة خفيفة الوزن. ومع استمرار البحث والتطوير، من المرجح أن تستمر بطاريات الليثيوم في التحسن من حيث السعة وسرعات الشحن والسلامة والتكلفة.

توفر بطاريات الليثيوم الأساسية، رغم أنها غير قابلة لإعادة الشحن، عمرًا افتراضيًا طويلًا وإخراج طاقة عاليًا للأجهزة ذات الاستخدام الواحد. تهيمن بطاريات الليثيوم أيون الثانوية القابلة لإعادة الشحن حاليًا على سوق الإلكترونيات الاستهلاكية وتنتقل إلى تطبيقات أكبر مثل المركبات الكهربائية. توفر المتغيرات مثل بوليمر الليثيوم وفوسفات حديد الليثيوم مزايا في المرونة والسلامة.

تهدف كيمياء البطاريات الناشئة مثل كبريت الليثيوم وهواء الليثيوم إلى زيادة كثافة الطاقة بشكل كبير مقارنةً بأيون الليثيوم. يمكن لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة أن توفر طاقة وأمانًا أعلى عن طريق استبدال الإلكتروليتات السائلة بمكونات صلبة.

بشكل عام، تطورت تكنولوجيا بطاريات الليثيوم بسرعة في العقود القليلة الماضية وستظل مجالًا نشطًا للغاية للابتكار. يمكننا أن نتوقع أن نرى بطاريات الليثيوم تعمل على تشغيل المزيد والمزيد من جوانب مجتمعنا التكنولوجي الحديث، مع التحسن المطرد في المجالات الحيوية مثل التكلفة والسلامة والاستدامة البيئية. المستقبل مشرق لهذه البطاريات متعددة الاستخدامات عالية الأداء.

إذا كان لديك أي أسئلة حول هذا الموضوع، فلا تتردد في ذلك اتصل بنا .