الهيكل الداخلي للبطارية: سعة كبيرة

نتطلع إلى حقبة جديدة من الاستخدام الواسع النطاق للطاقة النظيفة. في مشهد مبدع للعصر ، قد يرى المرء سيارات جديدة مثل سيارات تسلا الكهربائية تسير في الشوارع ، لا تعمل بالبنزين ولكن بواسطة بطاريات الليثيوم المشحونة بالكامل. سيتم استبدال محطات الوقود على طول الطريق بمحطات الشحن. آخر الأخبار هي أن مدينة شنغهاي قد أعلنت الآن عن سياسة خالية من الترخيص لسيارات تسلا الكهربائية وتدعم تصنيعها الأسرع للشاحن الفائق في الصين.

لكن المستقبل المشرق قد يخيم عليه حقيقة أن بطاريات السيارات الكهربائية لا تختلف عن بطاريات الهواتف المحمولة. غالبًا ما يقلق مستخدمو الهواتف المحمولة بشأن عمر البطارية. هواتف كثير من الناس ممتلئة في الصباح ، ومع اقتراب فترة الظهيرة ، يصبح من الضروري شحنها مرة واحدة في اليوم. تواجه أجهزة الكمبيوتر المحمولة نفس المشكلة ويمكن أن ينفد عصيرها في غضون ساعات. تم التشكيك في فائدة السيارات الكهربائية لأنها لا تسافر لمسافة كافية لتحطمها وتحتاج إلى إعادة شحنها بشكل متكرر. طراز Tesla هو السيارة الكهربائية الوحيدة في السوق حاليًا ، وهو إنجاز. الطراز هو الأكثر جذبًا للأنظار ، حيث يبلغ مداه 480 كيلومترًا بشحنة واحدة.

لماذا لا تدوم البطاريات؟ كمية الطاقة التي يمكن أن تخزنها مادة ما في مساحة معينة تسمى كثافة الطاقة. كثافة طاقة البطارية منخفضة. من حيث الطاقة المنتجة لكل كيلوغرام ، يمكننا استخدام ما يصل إلى 50 ميغا جول من البنزين يوميًا ، في حين أن متوسط ​​بطاريات الليثيوم أقل من 1 ميغا جول. تتجول أنواع أخرى من البطاريات أيضًا بمستويات منخفضة للغاية. من الواضح أننا لا نستطيع أن نجعل البطارية لانهائية ؛ من أجل زيادة سعة البطارية ، لا يمكننا التركيز إلا على تحسين كثافة طاقة البطارية ، ولكن هناك العديد من الصعوبات. ما هي الصعوبات مع هذه التكنولوجيا؟ أجرى المراسل مقابلة مع ليو رن ، الأستاذ المساعد في الكيمياء بجامعة تشجيانغ ، وقام بتحليل لغز الهيكل الداخلي لبطارية الليثيوم شائعة الاستخدام (باختصار بطارية الليثيوم).

الالكتروليتات مهمة جدا

بسبب انتقال الإلكترونات ، يمكن للبطارية توفير الطاقة. عندما تكون البطارية متصلة بالدائرة ، يكون المفتاح مغلقًا والتيار قيد التشغيل. عند هذه النقطة ، تهرب الإلكترونات من الطرف السالب وتتدفق عبر الدائرة إلى الطرف الموجب. في هذه العملية ، ستحافظ الأجهزة الإلكترونية على عمل هاتفك ، تمامًا مثل قيادة سيارة تسلا الكهربائية.

يتم توفير الإلكترونات في بطاريات الليثيوم بواسطة الليثيوم. إذا قمت بملء بطارية بالليثيوم ، ألا تزيد كثافة الطاقة؟ لسوء الحظ ، لكي تكون بطارية الليثيوم قابلة لإعادة الشحن ، يجب تقييم هيكلها الداخلي من حيث كثافة الطاقة الخاصة بها. وأشار ليو إلى أن الهيكل الداخلي لبطاريات الليثيوم يحتوي على إلكتروليتات وبيانات سلبية وبيانات إيجابية وفجوات ، ولكل منها عملية خاصة بها ، تلعب دورًا فريدًا ولا غنى عنها. يحد هذا الهيكل من كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون.

الأول هو الإلكتروليتات ، وهي عبارة عن قنوات أساسية في البطاريات. عندما يتم تفريغ البطارية ، تفقد ذرات الليثيوم إلكتروناتها وتصبح أيونات الليثيوم ، وعند إعادة الشحن ، يجب أن تعمل من أحد طرفي البطارية إلى الطرف الآخر والعودة مرة أخرى. قال ليو. يحافظ المنحل بالكهرباء على أيونات الليثيوم ، في القطبين الشمالي والجنوبي للبطارية ، وهي مفتاح دورة البطارية المستمرة. المنحلات بالكهرباء مثل الأنهار ، أيونات الليثيوم مثل الأسماك. إذا كان النهر جافًا ولا تستطيع الأسماك الوصول إلى الجانب الآخر ، فلن تعمل بطاريات الليثيوم بشكل صحيح.

يكمن جمال الإلكتروليت في أنه يحمل أيونات الليثيوم فقط ، وليس الإلكترونات ، مما يضمن تفريغ البطارية فقط عند توصيل الدائرة. في الوقت نفسه ، تتحرك أيونات الليثيوم ، وفقًا للإلكتروليت ، بطريقة منظمة ومحددة جيدًا ، لذلك تتحرك الإلكترونات دائمًا في اتجاه واحد ، مما يخلق تيارًا.

أقطاب مستقرة موجبة وسالبة

لا توفر الإلكتروليتات الطاقة ، لكنها ثقيلة وضرورية لبطاريات الليثيوم أيون. فلماذا لا يوجد المزيد من البيانات السلبية على أساس الجرافيت؟ الجرافيت ، المادة المستخدمة في صنع خيوط الرصاص ، ليست مسؤولة عن توفير الإلكترونات. قال السيد ليو: “هذا للتأكد من أن وقت الشحن مناسب”.