حقائق مثيرة للاهتمام حول بطاريات الليثيوم. إذا كنت مهندساً أو تعمل في مجال المشتريات، فأنت على مقربة من بطاريات الليثيوم. فهي تزود رافعاتك الشوكية بالطاقة، وتدعم مراكز البيانات الخاصة بك، وهي نظام ESS التجاري التي تقوم بتقييمها. أنت تعرف المواصفات-الجهد والأمبير-ساعة, دورة الحياة. لا تخبرك أوراق المواصفات بالأشياء المهمة.
الابتعاد عن البيانات هو المكان الذي توجد فيه الرؤى الحقيقية. بعض الحقائق التي تحتاج إلى معرفتها عن الكيمياء التي تدير العالم الحديث.
بطارية كامادا باور 12 فولت 100 أمبير/ساعة لايف بو 4
بطارية كامادا باور وول المنزلية بقدرة 10 كيلو وات في الساعة
بطارية عربة غولف كامادا باور 48 فولت 100 أمبير ليثيوم
تاريخ بطاريات الليثيوم: ثورة حديثة
يشعرون بأنهم قدامى. لكنها ليست كذلك. الليثيوم أيون تقنية جديدة. تم إجراء العلوم الأساسية في السبعينيات على يد م. ستانلي ويتينجهام. وجاءت الاختراقات الحاسمة في وقت لاحق على يد جون جودينو وأكيرا يوشينو - وهو العمل الذي حصلوا عليه على جائزة نوبل لعام 2019.
لكن بطارية سوني التجارية لعام 1991 هي التي أشعلت النار حقاً. كانت قفزة التكنولوجيا من مفهوم مختبري إلى بنية تحتية عالمية سريعة بشكل صادم.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم
المبدأ بسيط. تتحرك الأيونات بين قطبين - أنود سالب وكاثود موجب. يقوم الشحن بتعبئة الأيونات في القطب الموجب. والتفريغ يرسلها مرة أخرى. هذه الحركة الأيونية في الداخل تجبر الإلكترونات على التحرك إلى الخارج. وهذا هو التيار الذي تستخدمه.
لماذا الليثيوم؟ لأمرين. إنه المعدن الأخف وزناً. ولديه أعلى قدرة كهروكيميائية. يمنحك هذا المزيج شيئًا واحدًا: لا مثيل له كثافة الطاقة. قوة أكبر ووزن أقل. تقنية حمض الرصاص القديمة لا يمكنها حتى الاقتراب من ذلك. تحدد مادة الكاثود شخصية البطارية. اخترت LFP (فوسفات الحديد الليثيوم) من أجل المعدات الصناعية لأنك تحتاجها لتكون آمنة وتدوم طويلاً وقاسية.
حقائق مدهشة عن بطاريات الليثيوم
- لا يموتون على الرف. إحدى السمات الرئيسية لليثيوم أيون هي معدل التفريغ الذاتي الذي يقترب من الصفر. ربما 1-21 تيرابايت 3 تيرابايت في الشهر. قارن ذلك بتقنية NiCd القديمة، التي يمكن أن تفقد أكثر من 201 تيرابايت 3 تيرابايت. وهذا هو السبب في أن الأداة التي خزنتها لشهور لا تزال تعمل.
- يعني "الليثيوم" الكثير من الأشياء المختلفة. البطارية في هاتفك؟ من المحتمل أن تكون بطارية ليثيوم أيون بوليمر (LiPo) رقيقة ومرنة. سيارة كهربائية؟ ربما باستخدام النيكل والمنغنيز والكوبالت المنغنيز (NMC) لتحقيق أقصى مدى. لكن بطارية رافعة شوكيةعالية الأداء عربة الغولفأو عربة سكن متنقلة بنك الطاقة - سيكون LFP (فوسفات الحديد الليثيوم). وفي هذه التطبيقات، فإن المتانة والسلامة والتكلفة طويلة الأجل هي ما يهم في هذه التطبيقات.
عمر بطارية الليثيوم ودورة حياتها
لكن عمرها الافتراضي محدود. عمر البطارية دورة الحياة-عدد دورات الشحن/التفريغ التي يمكن أن تتحملها قبل أن تنخفض سعتها-يعتمد كلياً على كيمياءها:
- فوسفات الحديد الليثيوم (LFP): 4,000 - أكثر من 8,000 دورة. الفائز الواضح بالنسبة للأجهزة الصناعية وحالات الاستخدام الكثيف مثل المقطورات المتنقلة والطاقة الشمسية خارج الشبكة.
- NMC (النيكل والمنغنيز والكوبالت): 1,000 - 3,000 دورة. المفاضلة المناسبة للعديد من السيارات الكهربائية.
- LCO (أكسيد الكوبالت الليثيوم): 500 - 1000 دورة. جيدة بما يكفي للأدوات الاستهلاكية التي لن تكون موجودة بعد 3 سنوات على أي حال.
وبياناتنا الميدانية واضحة في شيء واحد: الحرارة هي القاتل #1 لهذه البطاريات. فدرجات الحرارة العالية تدمر السعة بشكل دائم. لا مجال للعودة إلى الوراء.
حقائق السلامة التي يجب أن تعرفها
لقد رأيت العناوين الرئيسية للحرائق. إليك الحقيقة: بطارية الليثيوم المصممة بشكل صحيح آمنة بشكل لا يصدق. فهي تحتوي على طبقات من الحماية. وضع الفشل الذي يدعو للقلق هو الهروب الحراري. تفاعل متسلسل. ترتفع درجة حرارة إحدى الخلايا وتطبخ الخلية التي تليها، والتي تطبخ الخلية التي تليها.
نظام إدارة البطارية - نظام إدارة البطارية - هو ما يوقف ذلك. إنه كمبيوتر مخصص، يراقب جهد كل خلية ودرجة حرارتها وتيارها. إذا اكتشف خطأ، فإنه يقطع الطاقة. على الفور. إنه جهاز السلامة الأكثر أهمية في أي حزمة بطارية صوديوم-أيون أو نظام ليثيوم.
الحقائق البيئية وإعادة التدوير
إن تأثير التعدين مشكلة حقيقية. تتمثل إجابة الصناعة في الاستثمار الضخم في إعادة التدوير. ويمكن للطرق الجديدة للتعدين المائي أن تستعيد أكثر من 951 تيرابايت 3 تيرابايت من المعادن الثمينة - الليثيوم والكوبالت والنيكل.
إنه تحسن كبير. هذه هي بداية "الاقتصاد الدائري" الحقيقي حيث تكون بطاريات السيارات الكهربائية القديمة مجرد مادة خام لبطاريات جديدة.
تطبيقات مذهلة لم تكن تعرفها
تتجاوز هذه التقنية حدود هاتفك.
- استكشاف الفضاء: تعمل مركبات ناسا المتجولة على المريخ ومحطة الفضاء الدولية على حزم أيونات الليثيوم المعدلة بشكل كبير. وعليها أن تتحمل الفراغ وتقلبات درجات الحرارة القاسية.
- التطبيقات البحرية: في الماء، الفشل ليس خياراً متاحاً. تُستخدم في كل شيء بدءاً من طاقة الغواصات الصامتة إلى الطاقة الاحتياطية البحرية على متن السفن التجارية.
- الأجهزة الطبية: أجهزة تنظيم ضربات القلب. أجهزة إزالة الرجفان. تستخدم هذه الأجهزة بطاريات ليثيوم خاصة غير قابلة لإعادة الشحن مصممة لتكون مثالية لمدة عشر سنوات أو أكثر.
- الطاقة الشخصية والتنقل: تقنية LFP القوية نفسها من أرضية المصنع موجودة الآن في معداتنا الشخصية. عالية الجودة عربات الغولف. حديث المقطورات تشغيل كل شيء خارج الشبكة. لا يوجد مولد.
التوافه الممتعة والأقل شهرة
- عبارة "ليثيوم أيون" مضللة بعض الشيء. فلا يوجد ليثيوم معدني في معظم الخلايا. فهو موجود فقط في صورة أيونات.
- تحتوي البطارية في سيارة تسلا موديل S واحدة على ما يعادل الليثيوم في 10,000 جهاز iPhone تقريباً.
نصائح لتحقيق أقصى استفادة ممكنة من بطارية الليثيوم الخاصة بك
- توقف عن تشغيله إلى الصفر. فهو يضغط على الكيمياء. الدورات الجزئية أفضل.
- قم بتخزينه نصف ممتلئ. بالنسبة للتخزين طويل الأمد، فإن الشحنة 40-70% هي الهدف. وليس 100%.
- حافظ على هدوئك. السيارة الساخنة هي أسرع طريقة لتلف البطارية. أشعة الشمس المباشرة سيئة بنفس القدر.
الخاتمة
إذن ما هي الخلاصة؟ بطارية الليثيوم ليست مجرد رقم جزء. إنها قطعة من الكيمياء المعقدة. إن معرفة كيفية عملها - وكيف تفشل - يؤدي إلى اتخاذ قرارات أفضل. مشتريات أفضل، وعمليات أفضل. احترم الكيمياء، وسيعمل الأصل بشكل أفضل.
هل أنت مستعد لاستكشاف كيف يمكن أن يؤدي اختيار كيمياء بطارية الليثيوم المناسبة إلى تحسين عملياتك؟ اتصل بنا للحصول على حل بطارية مخصص للبطارية.
الأسئلة الشائعة
كم من الوقت يمكن أن تدوم بطاريات الليثيوم؟
فكر بالدورات وليس بالسنوات. الكيمياء هي ما يهم. صناعي بطارية LFP ستعطيك أكثر من 4,000 دورة، أي تدوم لأكثر من 10 سنوات بسهولة. قد لا تدوم البطارية في هاتف رخيص الثمن سوى 500 دورة.
هل يمكنني زيادة شحن بطارية الليثيوم؟
لا. لن يسمح نظام إدارة البطارية (BMS) الفعال بحدوث ذلك. والغرض منه بالكامل هو منع حدوث ذلك. نظام إدارة البطارية ليس اختيارياً.
هل جميع بطاريات الليثيوم آمنة؟
من شركة مصنعة حسنة السمعة؟ ومستخدمة ضمن المواصفات؟ نعم، إنها آمنة جداً. يعود الأمان إلى جودة الخلية ونظام إدارة المباني. وتعود الأعطال إلى أمرين: البطاريات الرخيصة وغير المنظمة أو إساءة الاستخدام البدني.
ماذا لو كنتُ بحاجة إلى بطارية لمستودع بارد جداً في الشتاء؟
هذه مشكلة هندسية كلاسيكية. لا يعمل أيون الليثيوم القياسي بشكل جيد في البرد. لديك مساران لـ الأداء في درجات الحرارة القصوى. المسار الأول: بطارية LFP مزودة بسخانات مدمجة. المسار الثاني: النظر في تقنيات جديدة مثل بطاريات أيونات الصوديوم. فهي تتعامل مع البرد بشكل أفضل بكثير من الناحية الجوهرية.