10 أنواع من بطاريات الليثيوم للسيارات ومزاياها

أحدثت بطاريات الليثيوم ثورة في صناعة السيارات من خلال توفير مصدر طاقة قابل التطبيق للسيارات الكهربائية والهجينة. مع كثافة طاقة أعلى وعمر أطول وأوقات شحن أسرع. في هذه المقالة ، سوف نستكشف الفوائد والتحديات والتطورات ومستقبل بطاريات الليثيوم للسيارات. سنقوم أيضا بفحص مخاوف السلامة وعمليات التصنيع وإعادة التدوير ، ومقارنة بطاريات الليثيوم بأنواع أخرى من البطاريات شائعة الاستخدام في السيارات.

ماهية بطاريات الليثيوم

بطاريات الليثيوم هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن تستخدم أيونات الليثيوم لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية. يتم استخدامها أيضا بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وأدوات الطاقة نظرًا لكثافة الطاقة العالية وعمرها الطويل.

ما معنى أيونات الليثيوم؟

هي جزيئات صغيرة موجبة الشحنة تُستخدم في بطاريات الليثيوم أيون، وهو معدن خفيف وعالي التفاعل، تتكون ايونات ليثيوم عادة في مادة سائلة أو شبيهة بالهلام تسمى الإلكتروليت، وهو مكون مهم لبطارية ليثيوم أيون ، حيث يلعب دورا مهما في الأداء العام للبطارية وسلامتها. يساعد على تنظيم تدفق الأيونات بين الأقطاب الكهربائية ، مما يمنع البطارية من السخونة الزائدة أو قصر الدائرة.

أنواع بطاريات الليثيوم للسيارات

تأتي بطاريات الليثيوم المستخدمة في السيارات بأنواع مختلفة، كل نوع من البطاريات له خصائصه الفريدة ومميزاته ، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات مختلفة في السيارات الكهربائية. ومنها:

• بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4)
  هي نوع من بطاريات الليثيوم أيون التي تستَخدم عادة في السيارات الكهربائية (Electric cars) بسَبب كثافتها العالية للطاقة وعمرها الأطول. عادة ما يكون جهد خلية (LiFePO4) المفردة حوالي 3.2 فولت، ويمكن أن تتراوح سعة الخلية الواحدة من 100 مللي أمبير إلى 10000 مللي أمبير أو أكثر، مع عدد كبير من دورات الشحن والتفريغ يصل إلى 2000 مرة أو اكثر.

عيوب: كثافة طاقة أقل مقارنة بالأنواع الأخرى من بطاريات الليثيوم أيون، مما يعني أنها قد تكون أكبر وأثقل لتحقيق نفس القدر من تخزين الطاقة.

• بطاريات ليثيوم أيون بوليمر (LiPo)
  تتميز بجهد خلايا عالي وسعة، مما يجعلها مناسبة تماما للاستخدام في السيارات الكهربائية. يمكن أن يتراوح جهد خلية (LiPo) من 3.7 فولت إلى 3.8 فولت، ويمكن أن تتراوح سعة الخلية الواحدة من 50 مللي أمبير إلى 10000 مللي أمبير أو أكثَر، مع عدد من دورات الشحن والتفريغ يصل إلى 500 مرة.

عيوب: أكثر عرضة للتورم والسخونة الزائدة، مما قد يقلل من عمرها الافتراضي وقد يتسبب في مشاكل تتعلق بالسلامة.

• بطاريات الليثيوم والنيكل والمنغنيز وأكسيد الكُوبالت (NMC)
  تستخدم أيضا في السيارات الكهربائية بسبب كثافة الطاقة العالية ، وإنتاج الطاقة ، والعمر الأطول. يمكن أن يتراوح جهد خَلية (NMC) المفردة من 3.6 فولت إلى 3.8 فولت، ويمكن أن تتراوح سعة الخلية الواحدة من 500 مللي أمبير إلى 10000 مللي أمبير، مع عدد كَبير من دورات الشحن والتفريغ يصل إلى 1000 مرة أو أكثر.

عيوب: أكثر عرضة للهروب الحراري والاحتراق مقَارنة بالبطاريات التقليدية الأخرى.

• انواع أخرى:
• أكسيد تيتانات الليثيوم (LTO)
• أكسيد الالومنيوم و النيكل والكوبالت (NCA)
• الليثيوم الكبريت (Li-S)
• ليثيوم الهوائية (Li-Air)
• أكسيد المنغنيز الليثيوم (LMO)
• أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)
• فُوسفات الليثيوم الفاناديوم (LVP)

مقارنة بأنواع بطاريات السيارات الأخرى

إليك مُقارنة بين بطاريات ليثيوم للسيارَات (Lithium-ion car) وبطاريات النيكْل-معدِن هيدريد (NiMH) و بطاريات الرصاص الحمضية من حيث جهد الخلية والسعة وعدد دورات الشحن والتفريغ والتكلفة:

• بطاريات الليثيوم للسيارات (Li–ion)
  – جهد الخلية: يتراوح عادة من 3.6 فولت إلى 3.7 فولت.
  – السعة: تتراوح عادةً من 20Ah إلى 100Ah لكل خلية.
  – عدد دورات الشحن والتفريغ: عادة 500–3000 دورة.
  – أكثر تكلفة.

• بطاريات هِيدريد النيكل والمعدن (NiMH)
  – جهد الخلية: 1.2 فولت.
  – السعة: تتراوح عادةً من 4Ah إلى 10Ah لكل خَلية.
  – عدد دورات الشحن والتفريغ: عادة 500–1000 دورة.
  – أقل تكلفة.

• بطاريات الرصَاص الحمضية (LAB)
  – جهد الخلية: 2 فولت.
  – السعة: تتراوح عادة من 30 أمبير إلى 100 أمبير لكل خَلية.
  – عدد دورات الشحن والتفريغ: عادة 300–500 دورة.
  – تكلفة أقل.

نفهم بأن بطاريات الليثيوم للسيارات تتمتع بجهد خلوي أعلى وسعة أعلى وعدد أكبر من دورات الشحن والتفريغ. وهذا يعني أن بطاريات الليثيوم يمكن أن تخزن المزيد من الطاقة وتوفر المزيد من الطاقة وتستمر لفترة أطول قبل الحاجة إلى الاستبدال. بالإضافة إلى ذلك ، توفر بطاريات الليثيوم أوقات شحن أسرع وإنتاج طاقة أعلى ، مما يجعلها خيارًا شائعا للسيارات الكهربائية والهجينة.

شحن وتفريغ بطارية الليثيوم

عند شحن البطارية، يتم استخراج أيونات الليثيوم من الكاثود وتتحرك نحو القطب الموجب عبر الإلكتروليت. في الوقت نفسه، يتم إطلاق الإلكترونات من الكاثود وتتدفق عبر الدائرة الخارجية إلى القطب المُوجب. هذه العملية تخزن الطاقة في البطارية.

عند تفريغ البطارية، تنعكس العملية. تتحرك أيُونات الليثيوم مرة أخرى من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الإلكتروليت، بينما يتم نقل الإلكترونات من القطب المُوجب إلى القطب السالِب عبر الدائرة الخارجية، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي.

فوائد بطاريات الليثيوم للسيارات

يمكن تلخيص فوائد بطاريات الليثيوم للسيارات على النحو التالي:

1. تتمتع بكثافة طاقة أعلى من أنوَاع البطاريات الأخرى، مما يسمح بمدى قيادة أطول.
2. لها عمُر أطول، مما يقلل الحاجة لاستبدال البطارية بشَكل متكرر، وخفض تكاليف الصيانة.
3. تشحن بسرعة لا تتعدى بضع دقائق بالكامل، يعني قضاء وقت أقل في انتظار إعَادة شحن البطارية.
4. لبطاريات ليثيوم خرج طاقة عالية، مما يسمح بتسارع أكبر لمحركات السيارات الكهربائية.
5. تمتاز بوزن خفيف، مما يساعد على تقليل الوزن الإجمالي للسياَرة وتحسين كفاءة استهلاك الوقود.
6. تتمتع بطارية ليثيوم بتحويل أكثر وكفاءة للطاقَة المخزنة إلى طاقة قَابلة للاستخدام.

استخدامات بطاريات الليثيوم

تستخدم بطاريات الليثيوم في العديد من التطبيقات صناعية، إليك بعض استخداماتها الشائعة:

– سيارة كهربائية وهجينة: يمكن تطبيقها على بطاريات السيارات الكهربائية، والتي تعتمد فقط على الكهرباء للدفع ولا تحتوي على محرك بنزين. أو لتشغيل المحرك الكهربائي وتخزين الطاقة الناتجة عن الكبح المتجدد بالنسبة  للسيارَات الهايبرد.

– تَخزين الطاقة للشبكات الكهربائية: يمكن استِخدام بطاريات الليثيوم لتخزين الطاقة في الشبكات الكهربائية، مما يساعد على تهدئة التقلبات في إمدادات الطاقة والطلب عليها.

– الطاقة الاحتياطية للطوارئ: يمكن استخدام بطاريات الليثيوم لتوفير طاقة احتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو أي حالة طوارئ أخرى.

– التطبيقات البحرية والجوية: تستخدَم بطاريات الليثيوم في التطبيقات البحرية والمتعلقة بالمراكب لتوفير طاقة موثوقة وفعالة للدفع والإلكترونيات على متن الطائرة.

– اجهزة إلكترونية: يمكن استخدام بطاريات الليثيوم في المركبات الترفيهية لتَشغيل الأضواء والأجهزة والمعدات الأخرى مثل سيارة الجولف و الكراسي المتحركة أو آلات التنظيف المنزلية التي تعمل بالكهرباء.

كيف تختار نوع بطارية الليثيوم لسيارتك؟

يعتمد اختيار بطارية الليثيوم المناسبة على عدة عوامل ، بما في ذلك حجم ووزن سيارتك ومتطلبات الطاقة لسيارتك. فيما يلي بعض الإرشادات العامة التي يجب مراعاتها:

1) السعة: تحدد سعة البطارية مقدار الطاقة التي يمكن تخزينها والمسافة التي يمكنك القيادة بها بشحنة واحدة. كلما زادت السعة ، زادت المسافة. ومع ذلك ، فإن البطاريات ذات السعة العالية تكون أيضا أكثر تكلفة بشكل عام ، لذلك ستحتاج إلى موازنة احتياجات القيادة الخاصة بك مع ميزانيتك.

2) الجهد: يجب أن يتطابق جهد البطارية مع متطلبات الجهد للنظام الكهربائي لسيارتك. تستخدم معظم السيارات الكهربائية بطاريات بجهد يتراوح بين 300 فولت و 400 فولت، بينما تستخدَم السيارات الهجينة عادة بطاريات ذات جهد يتراوح بين 100 فولت و 200 فولت.

3) الحجم والوزن: سيؤثر حجم ووزن البطارية على نطاق وأداء السيارة. ستوفر البطارية الأكبر طاقة اكبر ومدى أطول ، لكنها ستضيف أيضا وزنا للسيارة ، مما قد يؤثر على التسارع والتحكم.

4) سمعة الشركة المصنعة: من المهم اختيار أفضل شركة تصنيع بطاريات ذات سمعة طيبة ولديها سجل حافل في إنتاج بطاريات عَالية الجودة موثوقة وآمنة.

تحديات صناعة بطاريات ليثيوم للسيارات

تشمل تحديات صناعة بطاريات الليثيوم للسيارات حساسيتها لدرجات الحرارة القصوى، و التي يمكن أن تؤثر على أدائها وسلامتها. بطاريات الليثيوم عرضة للتسرب الحراري ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة الحراره والحرائق ، خاصة عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. يجب على الشركات تطوير وتصنيع البطاريات بميزات أمان مدمجة لمنع هذه الأنواع من الحوادث ، ويجب عليهم أيضًا التأكد من أن البطاريات يمكن أن تَعمل بشَكل موثوق عبر مجموعة من درجات الحَرارة.

يشمل التحدي الآخر للشركات المصَنعة لِبطاريات الليثيوم الحاجة إلى استثمارات كبيرة في البحث والتطوير لتحسين تكنولوجيا البطاريات، والصعوبات في سلسلة استيراد هذه المواد مما قد يزيد من تكلفة بطارية السيارة، وذلك لأن المواد مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز باهظة الثمن ونادرة، والتأثير البيئي لإنتاج البطاريات والتخلص منها. بالاضافة إلى ذلك ، هناك منافسة شرسة في السوق ، إذ يجب على الشركَات أن توازن بين بطاريات عَالية الجودة توازي القدرة الشرائية.

مسقبل بطاريات اللثيوم للسيارات

مع اعتماد شركات صِناعة البطاريات بالليتيوم فإن مستقبل بطاريات الليثيوم يتمثل في مزيد من التطوير في مجالات تحسين البنية التحتية مثل محطات لشحن السيارات الكهربائية والهجينة، والتحسينات المحتملة في تكنولوجيا البطاريات ، والتأثير الإيجابي على البيئة والاقتصاد. تشمل هذه التحسينات أوقات شحن أسرع ، وزيادة كثافة الطاقة ، وعمر أطول ، ومزايا اقتصادية. المتوقع أن هناك بحوث مستمرة لتطوير مواد وتقنيات جديدة يمكن أن تؤدي إلى مستقبل أفضل لبَطاريات ليثيوم للسيارات. 

إرشادات السلامة

فيما يلي بعض إرشادات السلامة التي يجب اتباعها عند استخدَام السيارات التي تعمل ببطارية ليتيوم:

• التأكد من تركيب وتثبيت بطارية ليثيوم بشَكل صحيح في السيارة، وأن جميع التوصيلات آمنة.
• تجنب تعريض البطارية لدرجات حرارة عالية، فقد يتسبب ذلك في حدوث تسرب حراري وتلف البطارية.
• استخدام نظام إدارة البطارية لمراقبة شحن البطارية وتفريغها والتحكم فيها ، مما يمنع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد الذي يمكن أن يتسبب في تلفها.
• بطاريات الليثيوم حساسة ويجب التعامل معها بحذر. تجنب إسقاط البطارية أو ثقبها ، ولا تعرضها للماء أو السوائل الأخرى.
• اتبع الإرشادات والتعليمات المقدمة من الشركَة المُصنعة لبطارية الليثيوم للاستخدام الآمن والسليم.
• مراقبة حالة البطارية بانتظام، مثل مستوى الشحن ودرجة الحراره والأداء. إذا لاحظت أي تشوهات أو مشاكل ، فتوقف عن استخدَام البطارية واطلب المساعدة من المتخصصين.

أسئلة شائعة

خلاصة: تعد بطاريات الليثيُوم جزءًا أساسيًا من صناعة السيارات الكهربائية وقد ساعدت في تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وبينما نتطلع إلى المستقبل ، من المتوقع حدوث تحسينات في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم للسيارات، وزيادة اعتماد المركبات الكهربائية والهجينة ، وتحسينات في البنية التحتية للشحن.