این باتری های غول پیکر ماشین های ما را تغذیه می کنند، اما باتری لیتیوم یونی واقعا چگونه کار می کند؟
اکنون که خودروهای الکتریکی جاده‌های ما را در دست گرفته‌اند، افراد بیشتری به فناوری پشت این وسایل نقلیه علاقه‌مند می‌شوند. خودروهای الکتریکی دارای هزاران تکنولوژی هیجان انگیز هستند. در خودروهای برقی امروزی، می‌توانید همه چیز را از ترمزهای احیاکننده گرفته تا شارژ سریع پیشرفته پیدا کنید.
اما، جدا از موتورهای الکتریکی، مهمترین جزء در یک EV باتری آن است. باتری لیتیومی در اکثر خودروهای برقی نیز یکی از بحث برانگیزترین بخش های خودروهای الکتریکی است. برای کشف اینکه چگونه باتری‌های لیتیوم یونی در خودروهای الکتریکی به پیشبرد این ماشین‌های پیشرفته کمک می‌کنند، بخوانید.
چرا باتری های لیتیوم یونی مهم هستند؟
باتری‌های لیتیوم یون هسته اصلی انقلاب خودروهای الکتریکی هستند. این باتری ها چگالی انرژی بالایی دارند، به خصوص در مقایسه با باتری های سرب اسید، که اگر بخواهید ظرفیت قابل مقایسه ای داشته باشید، بسیار سنگین تر هستند. باتری‌های لیتیوم یونی برای استفاده در خودروهای الکتریکی نیز ایده‌آل هستند، زیرا می‌توان آنها را چندین بار شارژ کرد، که برای استفاده در خودروهای الکتریکی که در طول عمر مفید خود به چرخه‌های شارژ/شارژ گسترده نیاز دارند، ضروری است. یکی دیگر از دلایلی که باتری‌های لیتیوم یونی در همه جا شایع شده‌اند، تأثیرات زیست‌محیطی است که استخراج این باتری‌ها ایجاد می‌کند.
در طول عمر یک EV، به دلیل انتشار گازهای خروجی صفر آن، خودروهای الکتریکی بسیار تمیز هستند. اما تاثیر اولیه استخراج موادی که به باتری لیتیوم یونی خودروهای الکتریکی وارد می‌شوند برای محیط زیست پرهزینه است. نه تنها این، بلکه بسیاری از مردم نگران شرایط بسیاری از کارگران این معادن هستند. به همین دلیل، بازیافت این مواد یک اولویت بزرگ برای بسیاری از شرکت‌های خودروسازی است که فعالانه در تولید خودروهای الکتریکی مشارکت دارند.
باتری لیتیوم یون چیست؟
باتری لیتیوم یون حاوی سلول هایی است که دارای یک کاتد مثبت و یک آند منفی است. همچنین یک الکترولیت وجود دارد که این دو لایه را از هم جدا می‌کند و از طریق واکنش‌های شیمیایی که الکترون‌ها را آزاد می‌کنند، باتری می‌تواند انرژی الکتریکی را برای هر چیزی که به آن متصل است تامین کند. مقدار سلول ها ظرفیت باتری را تعیین می کند که بر حسب کیلووات ساعت اندازه گیری می شود. در مورد باتری لیتیوم یونی، لیتیوم یکی از مهم ترین اجزای موجود در باتری است و این به این دلیل است که لیتیوم بسیار مایل به رها کردن یک الکترون است.
از طریق واکنش های شیمیایی که در آند و کاتد انجام می شود، باتری لیتیوم یونی می تواند بارها شارژ و دشارژ شود. این به دلیل این واقعیت است که این واکنش های شیمیایی را می توان چندین بار معکوس کرد. باتری‌های لیتیوم یونی در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارند و در کاربردهای متنوعی مانند وسایل الکترونیکی مصرفی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. بدیهی است که باتری‌های لیتیوم یونی در خودروهای الکتریکی بسیار بزرگ‌تر از باتری‌هایی هستند که ممکن است در گوشی‌های هوشمند خود پیدا کنید، اما همچنان با همان اصول کار می‌کنند.
یکی از بزرگ‌ترین مزایای باتری‌های لیتیوم یون، چگالی انرژی زیاد آنها است که آنها را نسبت به سایر فناوری‌های باتری سبک وزن می‌کند. سازندگان باید هنگام طراحی و اجرای باتری‌های لیتیوم یونی در دستگاه‌های خود مراقب باشند، زیرا اگر آند و کاتد در معرض یکدیگر قرار گیرند، این باتری‌ها می‌توانند تحت واکنش‌های شیمیایی قرار گیرند که ممکن است باعث آتش‌سوزی یا حتی انفجارهای کوچک شود.
با وجود اینکه باتری‌های لیتیوم یونی کار شگفت‌انگیزی در تامین انرژی خودروهای الکتریکی انجام می‌دهند، اما در باتری‌های حالت جامد آینده با چالش‌هایی روبرو هستند. باید دید که آیا باتری‌های حالت جامد را می‌توان به اندازه کافی بهبود بخشید تا شاهد استفاده رایج در خط تولید خودروهای برقی یک خودروساز بزرگ باشیم.
باتری لیتیوم یون چگونه کار می کند؟
باتری پایه لیتیوم یونی از ترکیب شیمیایی مواد خود بهره می برد. این باتری‌ها دارای لیتیوم هستند، فلزی که مشتاق از دست دادن الکترون است و یون‌های لیتیوم را تشکیل می‌دهد، جایی که باتری نام خود را به خود اختصاص داده است. این باتری ها از یک الکترود مثبت به نام کاتد تشکیل شده اند که دارای یک اکسید فلزی است (کبالت یک انتخاب رایج است). این باتری ها همچنین دارای یک الکترود منفی به نام آند هستند که معمولاً از گرافیت ساخته می شود و گرافیت به لیتیوم اجازه می دهد تا بین آن قرار گیرد.
بین کاتد و آند، یک الکترولیت مایع حرکت لیتیوم یونی را از آند به کاتد تسهیل می کند. این باتری همچنین دارای یک جداکننده متخلخل است که برای حفظ ایمنی باتری حیاتی است، زیرا از تماس مستقیم آند و کاتد با یکدیگر جلوگیری می کند. اگر دو الکترود باتری به طور مستقیم در تماس باشند، نتیجه فاجعه بار خواهد بود. هنگامی که یک باتری لیتیوم یونی یک دستگاه را تغذیه می کند، لیتیوم موجود در آند حاوی گرافیت یک الکترون را از دست می دهد.
این فرآیند باعث ایجاد یون لیتیوم و همچنین الکترون آزاد می شود. یون های لیتیوم از طریق الکترولیت و جداکننده متخلخل از آند به کاتد حرکت می کنند. در حالی که یون‌های لیتیوم از طریق جداکننده در حال حرکت هستند، الکترون‌ها مسیر متفاوتی را طی می‌کنند که آنها را از طریق دستگاه الکترونیکی که نیاز به تغذیه دارد هدایت می‌کند. هنگامی که از دستگاه عبور می کنند، الکترون ها به کاتد ختم می شوند. هنگامی که باتری نیاز به شارژ مجدد دارد، فرآیند اساساً از اول شروع می شود، اما برعکس.
به همین دلیل است که باتری‌های لیتیوم یون برای استفاده در خودروهای الکتریکی بسیار عالی هستند، زیرا این فرآیند می‌تواند بارها تکرار شود. هنگامی که باتری لیتیوم یون خود را شارژ می کنید، شارژر الکترون ها را از کاتد خارج می کند و جریان الکترون ها را به داخل آند می دهد. این باعث می‌شود که کل فرآیند شیمیایی که در حین تخلیه باتری اتفاق افتاده است، معکوس شود و یون‌های لیتیوم از کاتد خارج شده و به آند بازگردند. پس از اتمام فرآیند شارژ، باتری یک بار دیگر آماده کار است.
فناوری باتری EV به بهبود خود ادامه خواهد داد
باتری‌های EV در حال حاضر به وسایل نقلیه الکتریکی با برد شگفت‌انگیز ارائه می‌کنند و می‌توان از آنها چندین بار استفاده کرد. اما، هنوز چیزهای زیادی در مورد این فناوری وجود دارد که باید بهبود یابد، به خصوص اینکه باتری‌های EV چگونه پس از پایان عمر قابل استفاده خود بازیافت می‌شوند. باید دید که آیا فناوری لیتیوم یون به اندازه کافی برای مشاهده پیشرفت های چشمگیر حفظ می شود یا به طور کلی با فناوری امیدوارکننده مانند باتری های حالت جامد جایگزین می شود.