كيف تعمل بطاريات الليثيوم: شرح بسيط

إذا تساءلت يوماً عن سبب استخدام بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية، فإن الإجابة تكمن في كثافة الطاقة المذهلة التي تتمتع بها.

الفكرة الأساسية: نقل الليثيوم = تخزين الطاقة

تخيل البطارية كنظام يحتوي على خزانين منفصلين من "جسيمات الطاقة" (أيونات الليثيوم).الشحنيدفع الجزيئات من خزان إلى آخر، مما يؤدي إلى تخزين الطاقة.تصريفيسمح لها بالتدفق مرة أخرى، مما يؤدي إلى إطلاق تلك الطاقة لتشغيل جهازك.

المكونات الرئيسية:

1. المصعد (القطب السالب):مصنوعة عادة منالجرافيت(الكربون). هذا هو "الخزان" الذي تُخزن فيه أيونات الليثيوم عند شحن البطارية.

2. الكاثود (القطب الموجب):مصنوع من أكسيد الليثيوم المعدني (مثل أكسيد الليثيوم والكوبالت أو فوسفات الليثيوم والحديد). هذا هو "الخزان" الآخر.

3. ما هو دور الإلكتروليت في بطارية الليثيوم أيون؟:سائل أو هلام يقع بين المصعد والمهبط. يسمح بـأيونات الليثيومللتحرك من خلالها، لكنها تعيق الحركة.الإلكترونات(هذا أمر أساسي!).

4. الفاصل:غشاء مسامي داخل الإلكتروليت يمنع الأنود والكاثود من التلامس (مما قد يتسبب في حدوث ماس كهربائي).

5. الدائرة الخارجية:السلك أو المسار الذي يربط المصعد والمهبط خارج البطارية. هذا هو المكان الذيالإلكتروناتتدفق الطاقة لتشغيل جهازك.

كيف يعمل: الدورة

1. تفريغ البطارية (باستخدام البطارية)

عند تشغيل جهازك، تقوم بإغلاق الدائرة الكهربائية، ويبدأ التفاعل الكيميائي تلقائيًا.

• بطاريات الليثيوم أيون للسفر:أيونات الليثيوم المخزنة فيمصعد الجرافيتانفصل واسبح عبرالمنحل بالكهرباءإلىالكاثود.

• الإلكترونات تسلك الطريق ذو المناظر الخلابة:لكل أيون يتحرك، ينطلق إلكترون من المصعد. يعمل الإلكتروليت على منع الإلكترونات، لذا تُجبر على التحرك.دائرة خارجية(عبر مكونات هاتفك) للوصول إلى الكاثود. هذا التدفق للإلكتروناتالكهرباء، لتزويد جهازك بالطاقة.

• جمع شمل:عند المهبط، تتحد الإلكترونات وأيونات الليثيوم وتندمج في مادة المهبط.

• 

ملخص الخروج من المستشفى:
المصعد (الجرافيت + الليثيوم)→الإلكترونات (جهاز الطاقة) + أيونات الليثيوم (عبر الإلكتروليت)→الكاثود (يعاد تركيب الليثيوم)
يتم إطلاق الطاقة.

2. الشحن (توصيله بالكهرباء)

يؤدي توصيل الجهاز بالكهرباء إلى تطبيق قوة كهربائية خارجية تدفع النظام في الاتجاه المعاكس.

• الطاقة الخارجية تدفع الإلكترونات:يجبر الشاحن الإلكترونات على التدفقخلفمن الكاثود إلى الأنود.

• أيونات الليثيوم تتبع:يؤدي هذا إلى سحب أيونات الليثيوم من مادة الكاثود، مما يجبرها على السباحة عائدة عبر الإلكتروليت إلى الأنود.

• تخزين:أعادت الأيونات دمج نفسها في بنية الجرافيت الخاصة بالمصعد، لتكون جاهزة لدورة التفريغ التالية.

ملخص الرسوم:
الكاثود (ليثيوم)→أيونات الليثيوم (التي يتم دفعها عبر الإلكتروليت بواسطة الشاحن)→المصعد (الجرافيت + الليثيوم)
يتم تخزين الطاقة.

تشبيه بسيط: دولاب مائي ودلاء

تخيل دولابًا مائيًا يُشغل طاحونة:

• الولاية المتهمة:كل الماء (أيونات الليثيوم) موجود فيالدلو العلوي (الأنود)يمثل هذا الطاقة المخزنة.

• الخروج من المستشفى:تفتح البوابة. يتدفق الماء من الدلو العلوي، عبردولاب مائي (جهازك)، إلىالدلو السفلي (الكاثود)تعمل عجلة الماء الدوارة بالفعل.

• الشحن:تستخدم مضخة (شاحنك) لدفع الماء من الدلو السفلي إلى الدلو العلوي، وتخزين الطاقة مرة أخرى.