بطاريات الليثيوم أو مصادر الطاقة طويلة الأمد

تُعدّ مصادر طاقة الليثيوم ضرورية للعديد من الأجهزة الإلكترونية. ستتناول هذه المقالة بطاريات الليثيوم أيون الشائعة الاستخدام.

مكونات بطارية الليثيوم

تعمل بطارية الليثيوم من خلال تفاعل أكسدة غير قابل للانعكاس. يُستخدم الليثيوم المعدني كقطب موجب (أنود)، بينما يُمكن استخدام أكسيد المنغنيز أو ثاني كبريتيد الحديد أو أكسيد النحاس كقطب سالب (كاثود). تشمل الأكاسيد السائلة أكسيد الكبريت وكلوريد الثيونيل. أما الليثيوم النشط، الذي يُزيل الإلكترونات بكفاءة، فهو العامل المؤكسد المستخدم.

أنواع بطاريات الليثيوم

أحد معايير تصنيف أجهزة التخزين هو نوع المادة الفعالة الرئيسية:

• بطاريات أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA)
• بطاريات الليثيوم والمنغنيز
• بطاريات الليثيوم والكوبالت.
• بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم
• مصادر تيتانات الليثيوم
• بطاريات الليثيوم بوليمر
• بطارية كلوريد الليثيوم ثيونيل

يُعد جهد التشغيل أحد المؤشرات المهمة عند اختيار البطارية.

دعونا نلقي نظرة على عدد قليل منها فقط.

تُستخدم بطاريات الليثيوم 3 فولت فقط في الأجهزة المصممة خصيصًا؛ ولا يمكن استخدامها في أجهزة التحكم عن بعد أو الساعات المنزلية العادية.

يمكن استخدام بطارية الليثيوم 6 فولت في أجهزة تزويد الطاقة غير المنقطعة، وسيارات الألعاب التي تعمل بالبطاريات، والعديد من التطبيقات الأخرى.

تُستخدم بطارية الليثيوم ذات جهد 12 فولت بالإضافة إلى عملية التركيب في يو بي إسفي الأدوات المستقلة، مثل مفك البراغي.

وضع العلامات

ما هي العلامات التي يجب أن تحملها بطاريات الليثيوم أيون؟ وفقًا لمتطلبات اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، يجب وضع العلامات التالية على غلاف البطارية:

1. سعة بطارية الليثيوم
2. أحجام بطاريات الليثيوم
3. مُجَمَّع
4. فصل
5. الجهد االكهربى

تُرمز بطاريات الليثيوم بالحرفين "CR". ويشير الرقم التالي إلى حجم البطارية. يوضح الجدول أدناه معايرتها.

اسم	وضع العلامات	الجهد، فولت
كبير مستدير، D	20	1.5
صغير مستدير، ج	14	1.5
إصبع، AA	6	1.5
إصبع صغير، AAA	03	1.5
«تاج», RR3	22/6	9.0

أجهزة تخزين الطاقة القابلة للشحن

يتساءل الكثيرون عما إذا كان من الممكن إعادة شحن بطاريات الليثيوم أيون. من الواضح أن البطاريات المصممة خصيصاً، والمعروفة بالبطاريات القابلة لإعادة الشحن، هي فقط التي يمكن إعادة شحنها.

أنواع مصادر البطاريات الشائعة وأي البطاريات أفضل؟

تشمل أنواع البطاريات بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) وبطاريات الليثيوم بوليمر (Li-polymer). سيساعدك جدول مقارنة خصائص بطاريات الليثيوم على تحليلها بمزيد من التفصيل.

صفات	بطاريات الليثيوم أيون	بطاريات الليثيوم بوليمر
ميزات التصميم	تعتمد الإنتاجية على موضع العناصر داخل الكتلة	يُستبعد وجود الإلكتروليت السائل.
أحجام بطاريات الليثيوم	مجموعة صغيرة من الخيارات	خيارات واسعة بغض النظر عن تنسيق الخلية
كثافة الطاقة	عالي	عدد عمليات إعادة الشحن منخفض
وزن	أعلى قليلاً	قصير
سعة	ليس كبيرًا	ضعف الكمية بنفس الحجم
العمر الافتراضي	لا توجد انحرافات كبيرة	لا توجد انحرافات كبيرة
وقت الشحن	على المدى الطويل	أقل بشكل ملحوظ
يرتدي	أعلى نسبياً	أقل
السلامة (خطر الحريق)	منخفض (خطر الانفجار)	أعلاه (مزود بحماية مدمجة)
سعر	أقل	أعلى

اليوم، يجري تطوير خلايا الليثيوم المعدنية الجديدة (لي-ميتال) ذات مستوى أمان أعلى وعمر خدمة أطول على قدم وساق.

تُعد بطاريات الليثيوم المعدنية واعدة للغاية لاستبدال مصادر الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر.

ميزات شحن بطارية الليثيوم بوليمر

للحفاظ على سعة كاملة لمصدر الطاقة باستمرار، من الضروري شحنه وفقًا للجدول الزمني، أي بعد تفريغه بعد 500 ساعة من تشغيل المعدات.

تُعد بطارية البوليمر حساسة للتلف الميكانيكي، وانخفاض درجة حرارة الجسم، بالإضافة إلى تقلبات الجهد الكهربائي والأحمال الزائدة، لذلك يجب توصيلها فقط بمصدر طاقة مستقر.

كيفية استعادة بطارية الليثيوم أيون

عمر بطارية الليثيوم طويل جدًا، لكنها تفقد سعتها الأصلية عاجلاً أم آجلاً. سعةولهذا السبب يشعر الكثير من الناس بالقلق بشأن استعادة البطارية.

دعونا نلقي نظرة على طريقتين لاستعادة محرك الأقراص.

تبدو الطريقة الأولى مشكوكاً فيها، لكنها الأبسط، ووفقاً للخبراء، غالباً ما تنجح. ستحتاج إلى:

1. ضع مصدر الطاقة في المجمد لمدة 30-40 دقيقة
2. بعد إزالته، قم بشحنه فوراً لبضع دقائق.
3. ثم اتركه حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة
4. وبعد ذلك فقط استمر في الشحن.

يتوقف المتحكم بشكل متكرر عن منع تشغيل العنصر.

يُنصح بتجربة الطريقة الثانية إذا لم تُجدِ إجراءات الشحن والتجميد القياسية نفعاً. تتضمن هذه الطريقة فصل اللوحة الواقية باتباع الخطوات التالية:

1. استخدم جهاز اختبار لقياس جهد البطارية (إذا كانت القراءة صفرًا، يمكنك المتابعة).
2. افصل لوحة الحماية بعناية
3. أعد قياس الجهد (يجب أن يرتفع إلى حد أقصى قدره 2.5 فولت)
4. قم بتوصيله بشاحن (ذي تيار قابل للتعديل) واضبط التيار على 100 مللي أمبير والجهد على 4.2 فولت لمدة 10-15 دقيقة
5. احرص على مراقبة الجهد الكهربائي (يجب ألا يتجاوز 3.2 فولت). إذا ارتفعت درجة حرارة عنصر الشحن، توقف عن الشحن فورًا.
6. بعد الوصول إلى قيم التيار والجهد المطلوبة، أعد اللوحة إلى مكانها الأصلي واشحنها في الوضع العادي.

كم من الوقت يستغرق شحن بطاريات الليثيوم؟

تُستخدم الشواحن المزودة بمؤشرات مستوى الشحن على نطاق واسع هذه الأيام، ولكن إذا لم يكن لديك واحد، فيمكنك حساب الوقت المطلوب باستخدام الصيغة التالية:

T (الزمن) = 1.4*Y(mAh)/X (mA)، حيث 1.4 هو معامل انتقال الحرارة.

كيفية فحص مصدر الطاقة؟

أسهل وأسرع طريقة للتحقق من شحن مصدر الطاقة هي باستخدام جهاز قياس متعدد.

هناك طريقتان للتحقق:

1. اختبار بدون حمل. تشير القراءات التي تبلغ 1.35 فولت أو أعلى إلى أن العنصر يعمل بكامل طاقته.
2. يُتيح اختبار الحمل رفضًا أكثر دقة لمحركات الجهد المنخفض. ويتطلب ذلك إجراء القياس أثناء تشغيل البطارية.

كيفية استبدال البطارية؟

يُعدّ استبدال البطاريات القابلة للاستخدام لمرة واحدة الضعيفة عبئًا ماليًا كبيرًا. لذلك، يفكر الكثيرون في شراء بطاريات قابلة لإعادة الشحن. ولا شك أن بطاريات الليثيوم هي الأنسب لهذا الغرض.

تُعدّ عمليات البحث على محركات البحث على الإنترنت شائعةً بشكل خاص لتحويل طرازات المفكات القديمة إلى بطاريات الليثيوم. وللقيام بذلك، ما عليك سوى العثور على الطرازات المناسبة. مفك البراغينظائر الليثيوم من نفس الحجم والجهد.

كم يبلغ سعر بطارية الليثيوم؟

تُعدّ بطاريات الليثيوم القرصية من أرخص أنواع البطاريات. وتُعرف أيضاً باسم بطاريات الليثيوم المعدنية، وتُستخدم لتشغيل الساعات والموازين والمعالجات وغيرها من الأجهزة منخفضة الاستهلاك للطاقة. تبدأ أسعار هذه البطاريات من 10 روبلات، ولا يحدّها سوى رغبة المصنّعين والموزّعين.

يصعب تحديد الحد الأقصى نظراً للتنوع الكبير. ومع ذلك، من الواضح أنه كما هو الحال مع جميع الابتكارات التكنولوجية، فإن التكاليف آخذة في الانخفاض نتيجة لزيادة كفاءة الإنتاج وتزايد عدد المصنّعين.

إنتاج البطاريات

تُستخدم بطاريات الليثيوم عالية السعة في إنتاج السيارات الكهربائية. ونظرًا لتزايد شعبية هذه السيارات، يُتوقع افتتاح العديد من المصانع المتخصصة في إنتاج هذه البطاريات. ووفقًا لعدد من الشركات الاستشارية، سيبدأ تشغيل حوالي 26 مصنعًا كبيرًا من هذا النوع قريبًا. بعض هذه المصانع يعمل بالفعل، بينما من المخطط افتتاح البقية بحلول عام 2021.

معلومات إضافية حول بطاريات الليثيوم

تُعدّ هذه البطاريات الأكثر كفاءةً وقدرةً على تحمّل الأحمال الثقيلة. ويُشير المستخدمون إلى عددٍ من المزايا، منها: زيادة سعة الطاقة، وثبات الجهد، والسعة العالية. وكغيرها من البطاريات، تتكوّن بطاريات الليثيوم من قطب موجب (أنود)، وقطب سالب (كاثود)، وفاصل، وغشاء. ويعمل العنصران الأخيران كعازل كهربائي. ويستخدم هذا المصدر للطاقة مادة تشريب خاصة للغشاء.

يتمثل الفرق الرئيسي بين بطاريات الليثيوم أيون والبطاريات القلوية في عمرها التشغيلي الطويل. ويتحقق ذلك بفضل تقنية خاصة تلغي اعتماد بطاريات الليثيوم أيون على تيار الحمل، إذ لا تعتمد البطاريات القلوية على هذا التيار. ولذلك، يمكن تخزينها لمدة تصل إلى 12 عامًا. وعلى الرغم من تعقيد عملية التصنيع، فقد تمكن المصنعون من إنتاج أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم. وتتحمل هذه البطاريات بسهولة تقلبات درجات الحرارة، ويمكنها العمل لفترات طويلة تحت أحمال مستمرة.

إلكتروليت يستخدم في بطاريات الليثيوم

1. كلوريد الثيونيل.
2. ثاني أكسيد المنغنيز؛
3. مركبات البولي فلوروكربون؛
4. ثاني أكسيد الكبريت؛
5. اليود؛
6. أكسيد النحاس؛
7. ثاني كبريتيد الحديد؛

الجهد الاسمي لهذه البطارية هو 3.7 فولت. ينتج الليثيوم خلايا خفيفة الوزن ورقيقة للغاية. وهو في الأساس معدن لين وقابل للطرق.

بدأ تصنيع مصادر الطاقة هذه في أوائل سبعينيات القرن الماضي. لم تكن التجارب الأولية على هذه البطاريات ناجحة، وكثيراً ما انتهت بانفجارات. مع ذلك، تم التغلب على جميع العيوب بعد فترة. على الرغم من ذلك، يجب استخدام بطاريات الليثيوم وفقًا لتعليمات التشغيل.

لإنتاج مصدر طاقة آمن من الليثيوم، كان من الضروري دمجه مع إلكتروليتات عضوية صلبة. وكانت النتيجة خلية بطارية أكثر قوة وصغرًا. ويمكن لبطاريتين من الليثيوم بقوة 3 فولت أن تحلا محل بطاريات قلوية بقوة 4-5 فولت بسهولة.

حماية

لضمان التشغيل المستقر والموثوق لبطاريات الليثيوم، تم دمج دائرة حماية خاصة في تصميمها. وهذه الدائرة تحمي من:

1. تدفئة قوية.
2. إعادة شحن.
3. دوائر قصر.
4. تفريغ زائد.

يتم لحامها بالأطراف. تحتوي على وحدة تحكم مدمجة تراقب شحن البطارية. إذا تجاوزت شحنة البطارية 4.25 فولت، فسيتم فصلها عن الشاحن.

كيفية شحن بطاريات الليثيوم؟

باختصار، لا يمكن إعادة شحن البطاريات، خاصةً إذا كانت تحمل علامة "لا تعيد الشحن". إذا كانت خليتك بطارية قابلة لإعادة الشحن، فإن إعادة الشحن تتبع هذا النمط.

تتم عملية الشحن على مرحلتين.

1. تيار مستمر بمعاملات تتراوح بين 0.2 و0.5 درجة مئوية. يشير الحرف "C" إلى السعة. ولأن البطارية مزودة بلوحة حماية داخلية، يجب ألا يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة 7 فولت. عندما يرتفع مستوى الجهد إلى 4.2 فولت، فهذا يعني أن البطارية مشحونة بنسبة 80%.
2. تتم عملية الشحن بجهد ثابت. يجب أن ينخفض ​​مستوى التيار تدريجيًا. ينبغي أن يحافظ الشاحن على جهد يتراوح بين 4.1 و4.2 فولت. كما ينظم التيار، الذي يتناقص تدريجيًا. عندما ينخفض ​​إلى 0.05-0.01 درجة مئوية، تكتمل عملية الشحن. عند هذه المرحلة، تُشحن البطارية بالكامل إلى 100%.

يُنصح باستخدام شاحن ذي تصنيفات جهد كهربائي مناسبة.

لا تتحمل بطاريات الليثيوم الشحن الزائد بشكل جيد، لذلك يجب فصلها في الوقت المناسب.

أين تُستخدم بطاريات الليثيوم؟

تتنوع استخدامات مصادر الطاقة هذه. فعلى سبيل المثال، يمكن تركيبها في ساعات المنبه، وأجهزة التحكم عن بعد، والموازين الإلكترونية. لكنها مفيدة بشكل خاص في الأجهزة ذات الاستهلاك العالي للطاقة، مثل الكاميرات، وأجهزة الفلاش، والألعاب، والمعدات الطبية، والمعدات العسكرية، وأجهزة الكمبيوتر.

مزايا وعيوب بطاريات الليثيوم

تتمثل ميزتها الرئيسية في قدرتها على توفير سعة كبيرة في حجم صغير.

قائمة المزايا

1. سهل الصيانة.
2. يتم ضمان استقرار المعايير باستخدام بيانات تيار التفريغ المختلفة.
3. مقاوم لتغيرات درجة الحرارة بسبب نقص الماء.
4. جهد ثابت.
5. خفيف الوزن.
6. سعة طاقة عالية وكثافة طاقة عالية.
7. لا تعتمد السعة على تيار الحمل، مما يجعلها مناسبة للأجهزة عالية الطاقة.
8. مدة صلاحية طويلة.

العيب الرئيسي لهذا النوع من أجهزة تخزين الطاقة هو تكلفته. ومع ذلك، لن يحتاج إلى استبدال لفترة طويلة.

أنواع وأحجام بطاريات الليثيوم

تتوفر الخيارات التالية للبيع:

• فرنسا
• Li-FeS2.
• CR

تختلف هذه الأشكال عن بعضها البعض، ويمكن أن تكون أسطوانية أو مربعة أو قرصية الشكل.

تصنيف الولايات المتحدة الأمريكية

• FR6 (AA).CR. خلايا أقراص مسطحة.
• FR03 (AAA).
• بطارية CR-V9 (ليثيوم PP3). بطارية 9 فولت تاج.
• CR2 و CR123. مصنوعة على شكل براميل مستديرة.

يمكن العثور على بعض المعايير على جسم الجهاز. على سبيل المثال، قد تشمل هذه المعايير الجهد الكهربائي، والسعة، والفئة، وسنة الصنع.

الفرق بين بطاريات الليثيوم وبطاريات المحلول الملحي والبطاريات القلوية

• تدوم البطاريات القلوية من 3 إلى 5 سنوات. وهي من بين الأنواع الثلاثة، الأقوى والأكثر كفاءة. تُعرف أيضاً بالبطاريات القلوية. وقد أثبتت جدارتها في أجهزة التحكم عن بُعد، والألعاب، والمصابيح اليدوية، وأجهزة الراديو، وغيرها من الأجهزة منخفضة الطاقة.
• تدوم بطاريات الليثيوم لفترة أطول من بطاريات المحلول الملحي والبطاريات القلوية. وهي مثالية لمعدات التصوير والأجهزة الطبية.
• تُعدّ البطاريات الملحية الأرخص ثمناً، ولكنها الأضعف أداءً أيضاً. ويمكن تخزينها لمدة ثلاث سنوات تقريباً. وهي مثالية لأجهزة التحكم عن بُعد، والمصابيح اليدوية، والألعاب، والآلات الحاسبة، والمؤقتات، والموازين.

بشكل أساسي، تختلف البطاريات المذكورة أعلاه عن بعضها البعض من حيث العمر الافتراضي والسعة.

قواعد السلامة

• لا تقم بلحام السلك بالموصلات.
• يتم نقل بطاريات الليثيوم في حاوية/علبة خاصة.
• لا داعي لوضعه في الشمس.
• لا تضع البطارية في جيب يحتوي على أشياء معدنية.

جهاز بطارية الليثيوم

يوجد خياران للتصميم:

1. حلزوني.
2. بكرة.

تتميز الخلايا الحلزونية بمساحة سطح كبيرة من الليثيوم. توفر هذه الخلايا تيارًا يصل إلى 4 أمبير مع التيار النبضي، وما بين 0.1 و1.8 أمبير مع التيار المستمر. تفقد هذه البطاريات 10% من سعتها الأصلية سنويًا. تتوفر في المتاجر أنواع أخرى من البطاريات، مثل البطاريات المنشورية أو الزرية أو ما شابهها.

الشركات المصنعة الرئيسية:

1. فارتا،
2. ميناموتو،
3. تيكسيل
4. روبيتون،
5. SAFT,
6. حواء،

يمكن أن تدوم مصادر الطاقة ذات الملف حتى 20 عامًا وتستخدم في الأجهزة التي لا يزيد سحب التيار فيها عن 150 مللي أمبير.