الدليل الكامل: كيف تصنع بطاريات الليثيوم 2024

إذا كنت تتساءل عن كيفية تصنيع بطاريات الليثيوم، فمن المحتمل أنك تدرك بالفعل أنها تشغّل عالمنا بالكامل تقريبًا. هذه الكبسولات الصغيرة الكثيفة بالطاقة توفر القوة اللازمة لتشغيل كل شيء، بدءًا من هواتفنا الذكية وحتى مركباتنا الكهربائية. لو لم تكن هناك بطاريات الليثيوم، لكنا نقضي وقتًا أطول بكثير بجوار منفذ الطاقة. بل قد لا نتمكن حتى من حمل هواتفنا في جيوبنا بدون هذه التقنية. إذًا، كيف تُصنع بطاريات الليثيوم؟

تتناول هذه المقالة التفاصيل الغامضة لصناعة البطاريات من خلال مناقشة المواد والتصنيع والتجميع. لنبدأ.

ما هي بطاريات الليثيوم أيون؟ بطارية الليثيوم أيون هي بطارية كيميائية تستخدم أيونات الليثيوم لتحريك الإلكترونات وتوليد الجهد الكهربائي. تُعد بطاريات الليثيوم أيون من أكثر البطاريات القابلة لإعادة الشحن كثافة في الطاقة وطولًا في العمر. من الهواتف المحمولة إلى أنظمة الطاقة الاحتياطية المنزلية، غالبًا ما تكون هذه البطاريات هي جوهر أنظمة الطاقة المحمولة والبعيدة عن الشبكة.

هناك أنواع عديدة من بطاريات الليثيوم أيون، ونحن في شركة Battle Born Batteries نستخدم كيمياء LiFePo4.

ما هي المواد المستخدمة في صنع بطارية الليثيوم؟ الآن بعد أن تحدثنا عن ماهية بطاريات الليثيوم أيون، يمكننا مناقشة جميع مكوناتها وموادها المختلفة. لنبدأ.

كيف تصنع بطاريات الليثيوم؟

خلايا بطارية الليثيوم

صدق أو لا تصدق، البطاريات الكبيرة التي تراها في القوارب وعربات التخييم تتكون في الواقع من العديد من الخلايا الأصغر. داخل كل خلية من هذه الخلايا يوجد أنود وكاثود وإلكتروليت. وهكذا، يمكن لكل خلية أن تعمل كبطارية مستقلة. ثم يربط المصنعون الخلايا معًا لإنشاء الجهد المطلوب.

تنتج البطارية الطاقة عندما تنتقل الإلكترونات من الأنود عبر الإلكتروليت إلى الكاثود. عادةً ما يكون الأنود مصنوعًا من نوع من المعادن المؤكسدة مثل الجرافيت أو الزنك، بينما يتكون الكاثود عادةً من نوع من أكسيد الليثيوم.

ببساطة، يجب أن يفقد الأنود الإلكترونات بينما يكتسبها الكاثود. من ناحية أخرى، يكون الإلكتروليت عادةً محلول ملحي ليثيومي يمكنه نقل الإلكترونات. يوفر هذا الملح الليثيومي الإلكترونات الزائدة التي تحتاجها البطارية لتعمل.

الإلكترونيات والمكونات

إذًا، كيف تتصل هذه الخلايا الفردية لإنشاء حزمة بطارية أكبر وأكثر قوة؟ من خلال الأسلاك والأطراف بالتأكيد! يتم توصيل الخلايا مع بعضها البعض بطريقة تسمح للإلكترونات بالانتقال بسلاسة عبر النظام. تتصل الأطراف الموجبة (الكاثودات) بالسالبة (الأنودات) عبر أسلاك وأطراف من النحاس والألمنيوم.

وأخيرًا، يحتوي كل حزمة بطارية على نظام إدارة البطارية (BMS). هذا المكون المهم يراقب كل شيء بدءًا من درجة حرارة البطارية وحتى عملية الشحن والتفريغ لكل خلية على حدة.

غلاف البطارية

أخيرًا، يجب أن يكون هناك وسيلة لحماية جميع هذه الأجزاء الحيوية. يقوم غلاف البطارية بهذه المهمة المهمة. غالبًا ما يكون مصنوعًا من البلاستيك أو المطاط أو السيليكون، ويوفر الهيكل الخارجي القوي الحماية للخلايا والأسلاك الداخلية ونظام إدارة البطارية من التعرض للعوامل الخارجية التي قد تؤثر على وظيفة البطارية.

تصنيع الخلايا

إذًا، كيف تُصنع خلايا بطارية الليثيوم؟ يبدأ الأنود والكاثود منفصلين عن بعضهما على خط تجميع كبير لمنع أي تلوث متبادل. يتم خلطهما مع مادة رابطة موصلة لتشكيل عجينة، ثم يتم طلاء الرقائق (الألمنيوم للكاثود، والنحاس للأنود) بالمواد الإلكترونية. بعد ذلك، يتم خبز الرقائق في فرن خاص لتثبيتها.

بعد ذلك، يتم لف الخلية معًا وتثبيت الأطراف. يضيف المصنع فتحات تهوية وتدابير أمان أخرى، ثم يتم إضافة الإلكتروليت عبر عملية تفريغ الهواء لمنع تفاعله مع الأكسجين. بمجرد إغلاق المصنع لعلبة الخلية، يمكنه شحنها واختبارها.

تجميع حزمة البطارية

الآن لنرى كيف تتجمع هذه الخلايا الفردية لتشكيل حزمة بطارية. أولاً، يقوم المصنع بلحام الخلايا على الألواح في كل من جانب الأنود والكاثود، ثم يقوم بتجميعها في حزم. يتم اختبار الحزم الفردية وتجميعها معًا للحصول على السعة المطلوبة (على سبيل المثال، 30 خلية فردية لتشكيل بطارية بسعة 100Ah).

بعد ذلك، يتم تجميع الحزم في علبة وتوصيلها بنظام إدارة البطارية. سيتم اختبار البطارية تمامًا كما تم اختبار الخلايا والحزم الفردية للتأكد من الأمان والموثوقية.

أهمية جودة التصنيع

يتطلب صنع بطارية آمنة وعالية الأداء الدقة والحرص. كما تعلم بالفعل، بطاريات الليثيوم تنطوي على مخاطر أمان كبيرة. يمكن أن تؤدي التصنيع غير السليم والاستخدام غير المناسب إلى زيادة هذه المخاطر، مما يؤدي إلى ظاهرة تُعرف بـ”الهروب الحراري” (وهي في الأساس حريق يصعب إخماده). يحدث ذلك عندما لا تعمل الخلايا بشكل متجانس.

ليس هذا فحسب، بل إن أداء البطارية ذات الجودة المنخفضة سيكون ضعيفًا أيضًا. لهذا السبب من المهم الوثوق بمصنع البطارية الخاص بك. لا تريد فقط الحصول على قيمة أموالك، بل ترغب أيضًا في الاطمئنان إلى أن بطارياتك آمنة وعالية الجودة.

هل يمكن إعادة تدوير بطاريات الليثيوم؟

من الممكن إعادة تدوير البطاريات المستعملة واستخراج الليثيوم منها. في الوقت الحالي، لا تزال عمليات إعادة التدوير جديدة نسبيًا ومعقدة ومكلفة.

علاوة على ذلك، تعد بطاريات الليثيوم تقنية حديثة وتدوم لفترة طويلة. لم تصل العديد من هذه البطاريات بعد إلى نهاية عمرها ولا تحتاج إلى إعادة التدوير حتى الآن. مع زيادة عدد البطاريات التي تحتاج إلى إعادة التدوير، يصبح تحسين عمليات إعادة التدوير أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مستقبل مستدام لمواردنا الطبيعية.

لحسن الحظ، هناك شركات مثل “Redwood Materials” تجد طرقًا أفضل لإعادة استخدام البطاريات حتى نتمكن من تجنب استخراج موارد الأرض الثمينة.