نظرًا لتكلفته المنخفضة نسبيًا وكثافة الطاقة ، فإن الجرافيت هو أكثر مواد الأنود شيوعًا في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون. يتميز الجرافيت بخصائص موصلة ممتازة وهو متاح بسهولة في معظم الحالات. تعد البطاريات من بين التقنيات المتقدمة في القرن الحادي والعشرين ، والتي تُستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية واستخدامها لاحقًا في مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية. في هذا الصدد ، يُعرف الجرافيت بأنه أحد أهم مكونات بطاريات الليثيوم أيون. في هذه المقالة ، سيتم مناقشة إدخال بطاريات الليثيوم أيون ، واستخدام الجرافيت في هذه البطاريات وتأثيرها على أداء هذه البطاريات.
الجرافيت في بطاريات الليثيوم أيون
تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بالعديد من الفوائد للأجهزة الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأنظمة الطاقة الشمسية والمركبات الكهربائية. الجرافيت هو أحد العناصر المستخدمة في هيكل بطاريات الليثيوم ، وهذا التصميم مناسب جدًا لبطاريات الليثيوم نظرًا لاختلاف خصائصها.
تطبيق الجرافيت في بطاريات الليثيوم أيون
يستخدم الجرافيت في بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) كممتص للقطب الكهربي لأيون الليثيوم في استخدامه كمخزن لطاقة الوقود. في بطاريات Li-ion ، يستخدم الجرافيت كقطب سالب أو كاثود سالب.
في تصميم بطارية Li-ion ، تتحرك أيونات الليثيوم كإلكتروليت في المذيب ويمكن أن تنتقل من القطب الموجب إلى القطب السالب كحامل أثناء الشحن. أثناء التفريغ ، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب.
تطبيق الجرافيت في بطاريات Li-ion
الجرافيت مناسب جدًا كقطب سالب نظرًا لقدرته العالية على امتصاص أيونات الليثيوم. تتضمن هذه الخصائص حجمًا ووزنًا ضئيلًا جدًا مقارنةً بالامتصاص العالي لأيونات الليثيوم ، ومقاومة الصدمات الحرارية ، وعدم التدهور على مدى فترات التخزين الطويلة والجودة المخزنة ، مما جعلها شائعة جدًا للاستخدام في البطاريات.
وبالتالي ، يتم استخدام الجرافيت كأحد أهم مكونات القطب السالب في بطاريات Li-ion ، ويستخدمه العديد من بطاريات الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية وما إلى ذلك.
لماذا يستخدم الجرافيت في بطاريات الليثيوم؟
تتكون بطاريات الليثيوم أيون من ثلاثة أجزاء رئيسية ، الكاثود ، والأنود ، والإلكتروليت. لصنع بطارية مناسبة ذات خصائص مرغوبة ، يتم استخدام مواد مختلفة لتصميم الكاثود والأنود. يستخدم الجرافيت كمادة أولية لأنود بطارية الليثيوم ، نظرًا لخصائص امتصاص الإلكترون السهلة نسبيًا.
ما هو دور الجرافيت في بطاريات الليثيوم؟
يستخدم الجرافيت كمادة خام لأنود بطارية الليثيوم. عندما يتم شحن البطارية ، تقترب أيونات الليثيوم من القطب الموجب ، وفي شكل تحليل درجة حرارة منخفضة يتم إرسالها إليها عن طريق التيار الكهربائي المفرط لشحن البطارية ، يقاوم الجرافيت نوعًا آخر من الأيونات يسمى الأنيون.
بعد توصيل الدائرة ، ستنجذب الإلكترونات إلى الجرافيت ونتيجة لذلك ، سيتم أيضًا توصيل أيونات الليثيوم به. في وقت لاحق ، تهرب أيونات الليثيوم من أنود الجرافيت وتصل إلى الكاثود كهربيًا ، مما ينتج عنه توليد قوة كهربائية.
ما هي بطاريات الليثيوم أيون؟
بطاريات الليثيوم أيون هي بطاريات يتم إنتاجها للحصول على درجة نقاء عالية من معدن الليثيوم ومركباته. تُستخدم هذه البطاريات لتقليل الوزن والحد من حجم البطارية في الهواتف المحمولة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والأجهزة الإلكترونية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون أيضًا لعلاج الأمراض العصبية.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم أيون؟
تتكون بطاريات الليثيوم أيون من قطبين كهربائيين بمعدن الليثيوم ، بدلاً من استخدام اثنين من الجرافيت. أي عمل من الجرافيت يستخدم كقطب كهربائي مماثل يسمى خلية الجرافيت. يستخدم المنحل بالكهرباء كواجهة بين قطبين في بطاريات الليثيوم أيون. تستخدم الأجهزة الإلكترونية بطاريات الليثيوم أيون كبطاريات تستهلك الطاقة الكهربائية. في بطاريات الليثيوم أيون ، تستخدم المعادن مثل الكوبالت والنيكل والمغنيسيوم كمواد حافظة.
إدخال بطاريات الليثيوم أيون
تعد بطاريات الليثيوم أيون من أهم محطات توليد الطاقة المتنقلة والعديد من الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية والعديد من الأجهزة الكهربائية التي تحتوي على هذه البطاريات. يستخدم الجرافيت كقطب سالب في العديد من بطاريات الليثيوم أيون.
ميزات بطاريات الليثيوم أيون
تتميز بطاريات الليثيوم أيون بميزات خاصة لتخزين الطاقة. على عكس بطاريات النيكل والرصاص والنيكل والكادميوم ، نظرًا لخفة وزنها وارتفاع نسبة الطاقة إلى الوزن ، يمكن استخدام بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف الذكية وأجهزة الألعاب والعديد من المنتجات الأخرى. ومع ذلك ، لا تزال الإصدارات الحالية من بطاريات هذه الشركات غير متاحة للمستهلكين ومصنعيهم بتكلفة أعلى وقدرة شحن.
الجرافيت في بطاريات الليثيوم أيون
يتكون القطب السالب أو الأنود على سطح الجرافيت ، وفي هذه العملية ، يتم طلاء الليثيوم على الجرافيت. عندما يتم شحن البطارية ، تصطف أيونات الإلكتروليت (LiPF6) مع الجرافيت وتتنقل أيونات الليثيوم ، كإلكتروليت ، بين الأقطاب الكهربائية. عندما يتم تفريغ البطارية ، تنعكس العملية وتتحرك أيونات الليثيوم من قطب الجرافيت إلى القطب المصنوع من مادة أخرى ، وهي بنية الكاثود.
الخصائص الخاصة للجرافيت
يُعرف الجرافيت أيضًا بالكربون الأبيض أو الكربون المقسم. إنه عنصر كيميائي للغاية ويستخدم للعديد من خصائص المظهر. على سبيل المثال ، يستخدم الجرافيت للتوصيل الحراري والعديد من الأشياء الأخرى ، بما في ذلك الكاثود في بطاريات الليثيوم أيون ، نظرًا لسمكه المنخفض وقوته ومقاومته للصدأ وتحمله العالي للحرارة.
تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون
تحظى بطاريات الليثيوم أيون بشعبية كبيرة الآن بين العلماء ومصنعي المنتجات الإلكترونية. تُستخدم هذه البطاريات في العديد من الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة والأجهزة الطبية والأجهزة الإلكترونية للمركبة والعديد من المنتجات الإلكترونية الأخرى نظرًا لقيمتها العالية من حيث الطاقة وعمرها الطويل وصغر حجمها. الجرافيت هو أحد العوامل التي أصبحت أكثر أهمية في هذه البطاريات.
