مقابل بطاريات ليثيوم أيون. حمض الرصاص

نوعان من أنواع البطاريات التي تعرفها كثيرًا ، ربما دون أن تعرفها ، هما بطارية الرصاص الحمضية وبطارية ليثيوم أيون. تحمل معظم السيارات في أمريكا بطارية حمض الرصاص على متنها ، في حين أن كل جهاز كمبيوتر محمول وبلاك بيري يحصلون على طاقته من بطارية ليثيوم أيون. نوع واحد من البطاريات مناسب لسيارتك والآخر لهاتفك الخلوي ينبع من المواد الكيميائية المستخدمة داخل كل نوع من أنواع البطاريات.

البطارية عبارة عن جهاز كهروكيميائي ، مما يعني أنها تولد الكهرباء من خلال تفاعلات كيميائية خاضعة للرقابة بين المواد المختلفة. تشتمل معظم البطاريات ، بما في ذلك بطاريات أيون الليثيوم وبطاريات حمض الرصاص ، على أنود وكاثود ومادة بينهما تعمل كإلكتروليت. عادة ما يكون الأنود هو الطرف الموجب ، ويتدفق التيار الكهربائي إليه عندما تكون البطارية قيد الاستخدام. عادة ما يكون الكاثود هو الطرف السالب ، وعند الاستخدام يتدفق التيار الكهربائي منه. الكيمياء بينهما هي التي تزود التيار الكهربائي بشحنته ، لكنهما يتطلبان مادة ثالثة على شكل إلكتروليت لتعمل كوسيط. إذا تلامس الأنود والكاثود ، فستكون النتيجة دائرة كهربائية قصيرة.

يصنع القطب الموجب والكاثود في بطارية حمض الرصاص النموذجية من الرصاص وثاني أكسيد الرصاص ، ويتم تجسيرهما بواسطة إلكتروليت من محلول يتكون من ثلث حمض الكبريتيك تقريبًا. عندما تقوم البطارية بتفريغ الكهرباء ، يقوم التفاعل الكيميائي تدريجياً بتحويل القطبين إلى كبريتات الرصاص. يؤدي إعادة شحن البطارية إلى عكس هذا التحويل جزئيًا.

تستخدم بطاريات أيونات الليثيوم مجموعة متنوعة من المواد ، والعنصر المشترك هو هجرة الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية أثناء تفاعل إنتاج الكهرباء. عادةً ما يستخدم الجرافيت لصنع الأنود ، بينما يمكن صنع الكاثودات من أكسيد الكوبالت الليثيوم ، أو فوسفات حديد الليثيوم ، أو أكسيد المنغنيز الليثيوم ، ومواد أخرى أساسها الليثيوم. عادة ما يكون المحلول الكهربائي عبارة عن محلول من ملح الليثيوم في مذيب عضوي. إعادة شحن بطارية ليثيوم أيون تعكس هجرة الليثيوم في كيمياء البطارية.

تعد بطاريات الرصاص الحمضية واحدة من أقدم تصميمات البطاريات العملية والقابلة لإعادة الشحن ، ويعود تاريخها إلى منتصف القرن التاسع عشر. لديهم واحدة من أقل تصاميم البطاريات من حيث الطاقة إلى الوزن ومن الطاقة إلى الحجم ، مما يجعلها كبيرة جدًا وثقيلة بالنسبة لمقدار الطاقة الإجمالي الذي يمكنهم إخماده. ما يفعلونه لهم هو أن لديهم نسبة عالية جدًا من زيادة الوزن إلى الوزن ، مما يعني أنهم يستطيعون توصيل هزة كبيرة من الكهرباء مرة واحدة. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تحتاج إلى زيادة كبيرة ومفاجئة في الطاقة ، مثل مشغلات السيارات. بطاريات الرصاص الحمضية رخيصة أيضًا في الإنتاج. ومع ذلك ، فهي ليست جيدة جدًا في الأدوار التي تتطلب إمدادًا ثابتًا أو منخفضًا أو متوسطًا من الكهرباء على مدى فترة طويلة من الزمن. لديهم أيضًا أوقات إعادة شحن طويلة.

خاصة عند مقارنتها ببطارية حمض الرصاص ، تتمتع تصميمات أيونات الليثيوم بنسبة عالية من الطاقة إلى الوزن ونسبة الطاقة إلى الحجم. سيكون من الصعب تخيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة الحديثة والهواتف المحمولة وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المتعطشة للطاقة بدون هذه الأجهزة البطاريات ، لأن تلبية متطلبات الطاقة هذه مع تصميمات أخرى للبطاريات قد يعني بطاريات أكثر فاعلية مع أقصر مدى الحياة. توجد حتى بطاريات ليثيوم أيون ذات قدرة كبيرة على زيادة التيار ، مثل بطارية الرصاص الحمضية. ومع ذلك ، لديهم عيبان كبيران. أولاً ، صنعها مكلف للغاية. ثانيًا ، تتلاشى قدرتها على حمل الشحن حتى عندما لا تكون البطارية قيد الاستخدام. يمكن أن تستمر بطارية الرصاص الحمضية في العمل بقدرة جيدة لعدة سنوات. أي شخص احتفظ بنفس الهاتف الخلوي أو بطارية الكمبيوتر المحمول لمدة عام أو عامين يعرف الشيء نفسه لا يمكن أن يقال عن بطارية ليثيوم أيون النموذجية.