تعمل البطاريات على تزويد حياتنا بالطاقة عن طريق تحويل الطاقة من نوع إلى آخر، وسواء كانت بطارية تقليدية يمكن التخلص منها (على سبيل المثال، AA) أو بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن (المستخدمة في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات)، تقوم البطارية بتخزين الطاقة الكيميائية وإطلاق الطاقة الكهربائية.
4 أجزاء رئيسية
هناك أربعة أجزاء رئيسية في البطارية - الكاثود (الجانب الإيجابي للبطارية)، والأنود (الجانب السلبي للبطارية)، وفاصل يمنع الاتصال بين الكاثود والأنود، ومحلول كيميائي يعرف باسم المنحل بالكهرباء الذي يسمح تدفق الشحنة الكهربائية بين الكاثود والأنود، حسبما يوضح موقع scitechdaily.
على سبيل المثال، تتكون بطاريات الليثيوم أيون التي تشغل الهواتف المحمولة من كاثود مصنوع من أكاسيد الكوبالت والمنغنيز والنيكل وأنود مصنوع من الجرافيت، وهي نفس المادة الموجودة في العديد من أقلام الرصاص. يقوم الكاثود والأنود بتخزين الليثيوم.
عند تشغيل بطارية الليثيوم أيون، تتحرك جزيئات الليثيوم (أيونات) المشحونة بشكل إيجابي عبر المنحل بالكهرباء من القطب الموجب إلى الكاثود. تحدث التفاعلات الكيميائية التي تولد الإلكترونات وتحول الطاقة الكيميائية المخزنة في البطارية إلى تيار كهربائي.
تفاعلات كيميائية
عندما تقوم بتوصيل هاتفك الخلوي لشحن بطارية الليثيوم أيون، فإن التفاعلات الكيميائية تسير في الاتجاه المعاكس: تتحرك أيونات الليثيوم من الكاثود إلى القطب الموجب.
وطالما أن أيونات الليثيوم تتنقل ذهابًا وإيابًا بين الأنود والكاثود، يكون هناك تدفق مستمر للإلكترونات. وهذا يوفر الطاقة اللازمة للحفاظ على تشغيل أجهزتك. وبما أن هذه الدورة يمكن تكرارها مئات المرات، فإن هذا النوع من البطاريات قابل لإعادة الشحن.
البطاريات ومختبر أرجون
تُعرف شركة Argonne بأنها شركة رائدة عالميًا في مجال علوم وتكنولوجيا البطاريات. على مدار الستين عامًا الماضية، عززت الاكتشافات المحورية للمختبر صناعة تصنيع البطاريات في الولايات المتحدة، وساعدت في تحول أسطول السيارات الأمريكي نحو السيارات الهجينة والكهربائية، ومكنت من استخدام الطاقة المتجددة بشكل أكبر، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
وتشمل أبحاث المختبر كل جانب من جوانب تطوير البطاريات، بدءًا من العلوم الأساسية المتقدمة للمركز المشترك لأبحاث تخزين الطاقة بقيادة أرجون، وهو مركز ابتكار الطاقة التابع لوزارة الطاقة، إلى مركز أرجون التعاوني لعلوم تخزين الطاقة، وهو مجموعة من العلماء عبر المختبرات. والمهندسين الذين يحلون مشاكل البطارية المعقدة من خلال أبحاث متعددة التخصصات.
يستكشف باحثو أرجون أيضًا كيفية تسريع إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون من خلال مركز إعادة الخلايا التابع لوزارة الطاقة، وهو تعاون بقيادة أرجون يضم المختبر الوطني للطاقة المتجددة، ومختبر أوك ريدج الوطني، بالإضافة إلى معهد ورسستر للفنون التطبيقية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو، وجامعة ميشيغان التكنولوجية.
كيف تعمل بطارية الليثيوم أيون؟
تعمل بطاريات الليثيوم على تشغيل حياتنا اليومية، بدءًا من الإلكترونيات الاستهلاكية وحتى الدفاع الوطني. علماً بأن بطارية الليثيوم أيون هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. وتتكون من أربعة أجزاء رئيسية:
- الكاثود (الجانب الإيجابي)، عادة ما يكون مزيجًا من أكاسيد النيكل والمنغنيز والكوبالت
- الأنود (الجانب السلبي)، مصنوع عادة من الجرافيت، وهي نفس المادة الموجودة في العديد من أقلام الرصاص
- فاصل يمنع الاتصال بين الأنود والكاثود
- محلول كيميائي يعرف باسم المنحل بالكهرباء الذي ينقل أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود. يقوم الأنود والكاثود بتخزين الليثيوم.
وعندما تكون البطارية قيد الاستخدام، تتحرك جزيئات الليثيوم (أيونات) المشحونة بشكل إيجابي عبر المنحل بالكهرباء من القطب الموجب إلى الكاثود. تحدث التفاعلات الكيميائية التي تولد الإلكترونات وتحول الطاقة الكيميائية المخزنة في البطارية إلى تيار كهربائي.
وعندما يتم شحن البطارية، تسير التفاعلات الكيميائية في الاتجاه المعاكس: تتحرك أيونات الليثيوم من الكاثود إلى القطب الموجب.
اقرأ أيضاً:
أداء البطارية في حواسيب “ماك بوك برو” المحمولة
