الرئيسيةعريقبحث

بطارية الليثيوم

لمعانٍ أخرى، انظر بطارية (توضيح).
بطارية ليثيوم على شكل بطارية ساعة

بطارية الليثيوم عبارة عن بطارية تستخدم فلز الليثيوم أو مركباته كمصعد، وهي بطاريات تستعمل لمرة واحدة وغير قابلة للشحن على العكس من بطارية ليثيوم-أيون. تتميز بطاريات الليثيوم بأن لها كثافة شحنة عالية (عمرها طويل)، إلا أنها مرتفعة الثمن. اعتماداً على تصميم وعلى نوع مركب الليثيوم المستخدم، فإن بطاريات الليثيوم يمكن أن تعطي جهد (فرق كمون) يتراوح بين 1.5 و 3.7 فولت .

التركيب

يشير وصف بطارية الليثيوم إلى عدة تركيبات مختلفة من المهبط والكهرل، أشهرها هو استخدام ثنائي أكسيد المنغنيز في بطاريات Li-Mn المنتشرة الاستخدام.

البطارية المهبط الكهرل الجهد القياسي الجهد النهائي واط ساعي لكل كغ واط ساعي لكل ليتر
Li-MnO2 أكسيد المنغنيز الرباعي المعالج حرارياً فوق كلورات الليثيوم في كربونات البروبيلين و ثنائي ميثوكسي الإيثان 3 V 3.3 V 280 580
تعد بطارية "Li-Mn" أكثر بطاريات الليثيوم انتشاراً بين المستهلكين (حوالي 80%). ملائمة لتطبيقات منخفضة الثمن والتي تتطلب عمر طويل للبطارية. تتميز بكثافة طاقة عالية بالنسبة للكتلة وللحجم. درجات حرارة الاستخدام بين -30 إلى 60 °س. يمكن أن تعطي تيارات ذات نبض مرتفع.[1] تفقد شحنها بسرعة عند درجات حرارة مرتفعة.
Li-(CF)x أحادي فلوريد الكربون رباعي فلوروبورات الليثيوم في كربونات البروبيلين وثنائي ميثوكسي الإيثان و/أو غاما-بوتيرولاكتون 3 V 3.1 V 360 680
تصنع مادة المهبط من التداخل مرتفع الحرارة لغاز الفلور مع مسحوق الغرافيت. مقارنة مع بطاريات ثنائي أكسيد المنغنيز (CR) والتي لها نفس الجهد القياسي، إلا أن لها اعتمادية أكبر.[1] تستخدم في بطاريات الساعات والأجهزة المعتمدة على الذاكرة. كما ان لها تطبيقات في الملاحة الجوية والفضائية، كما لها تطبيقات طبية.[2] يمكن أن تعمل لدرجة حرارة تصل إلى 80°س، كما أن مصروفها الذاتي قليل. طورت في سبعينات القرن العشرين من قبل شركة باناسونيك.[3]
Li-FeS2 ثنائي كبريتيد الحديد كربونات البروبيلين وديوكسولان وثنائي ميثوكسي الإيثان 1.4-1.6 V 1.8 V 297
يمكن استخدام بطارية ليثيوم-حديد Li/Fe كبديل للبطارية القلوية حيث أن لها جهد قياسي مماثل 1.5 فولت، إلا أن عمرها أطول بـ 2.5 مرة. المصروف الذاتي للشحن قليل، لذلك يمكن أن تعيش لمدة طويلة تتراوح بين 10 إلى 20 سنة، كما أنها رخيصة الثمن. المهبط من مسحوق كبريتيد الحديد الممزوج مع الغرافيت.
Li-SOCl2 كلوريد الثيونيل رباعي كلورو ألومينات الليثيوم في وسط من كلوريد الثيونيل 3.5 V 3.65 V 500 1200
يكون المهبط عبارة عن سائل، لذلك تستخدم من أجل تطبيقات ذات حرارة منخفضة. يمكن أن تعمل عند درجات حرارة تصل إلى −55°س، حيث تحافظ عندها فوق على حوالي 50% من سعتها. تنطلق كميات ضئيلة من الغاز عند الاستخدام. لها مقاومة داخلية مرتفعة كما أن تيار دارة القصر لها محدود. لها كثافة طاقة مرتفعة تصل إلى 500 واط ساعي لكل كيلوغرام. مكوناتها سامة، ويتفاعل الكهرل مع الماء. تستخدم بشكل أكبر في التطبيقات الصناعية الهندسية، كما أن لها تطبيقات عسكرية. إن الثمن المرتفع لها ومخاطر الاستخدام يحد من التطبيقات الاستهلاكية لها.
Li-SOCl2,BrCl, Li-BCX كلوريد الثيونيل مع كلوريد البروم رباعي كلورو ألومينات الليثيوم في وسط من كلوريد الثيونيل 3.7-3.8 V 3.9 V 350 770
هذه البطارية عبارة عن تحوير لبطارية كلوريد الثيونيل، باستخدام كلوريد البروم في التركيب يحصل على زيادة في الجهد بمقدار 300 ميلي فولت. يعود الجهد إلى 3.5 فولت عند استهلاك كلوريد البروم بعد أول 10-20% من الاستهلاك.
Li-SO2Cl2 كلوريد السلفوريل 3.7 V 3.95 V 330 720
تشبه هذه البطارية بطارية كلوريد الثيونيل. إت الاستهلاك لا يؤدي إلى تشكل عنصر الكبريت، والذي يعتقد دخوله في تفاعلات خطيرة عند وجوده، لذلك تعد هذه البطاريات أكثر أماناً. ليس لها الكثير من التطبيقات الاستهلاكية لقابلية دخول الكهرل في تفاعلات تسبب تآكل مصعد الليثيوم، مما يقلل من عمر الرف لها (عمرها دون استهلاك). يضاف الكلور إلى بعض البطاريات مما يقلل من مخاطر الاستخدام. يتفاعل كلوريد السلفوريل بعنف مع الماء محرراً كلوريد الهيدروجين ومشكلاً حمض الكبريتيك.[4]
Li-SO2 ثنائي أكسيد الكبريت على كربون مرتبط بالتفلون بروميد الليثيوم في ثنائي أكسيد الكبريت مع كميات صغيرة من الأسيتونتريل 2.85 V 3.0 V 250 400
المهبط عبارة عن سائل. يمكن أن تعمل بين درجات حرارة −55 إلى +70 °س. تحوي ثنائي أكسيد الكبريت السائل SO2 عن ضغوط مرتفعة. تتطلب استخدام صمامات أمان، حييث يمكن ان تنفجر. ذات تكاليف مرتفعة. لها كثافة طلقة مرتفعة. يمكن للأسيتونتريل أن يشكل سيانيد الليثيوم ويمكن أن ينتج حمض سيان الماء عند درات حرارة مرتفعة.[5] تستخدم في التطبيقات العسكرية. إن إضافة كلوريد البروم يمكن أن يرفع الجهد إلى 3.9 فولت وأن يزيد من كثافة الطاقة.[6]
Li-I2 يود ممزوج ومسخن مع متعدد-2-فينيل البيريدين (P2VP) ليعطي شكل صلب من معقد انتقال الشحنة. طبقة صلبة أحادية الجزيء من بلورات يوديد الليثيوم والتي تنقل أيونات الليثيوم من المصعد إلى المهبط، ولكنها لا تنقل اليود.[7] 2.8 V 3.1 V
الكهرل عبارة عن مادة صلبة. لها اعتمادية عالية كما ان لها معدل صرف ذاتي منخفض. تستعمل في التطبيقات الطبية التي تتطلب عمر طويل. لا تشكل غازات عند الاستخدام عند حدوث دارة قصر. ملائمة الاستخدام للتطبيقات ذات التيار المنخفض. ينخفض جهد البطارية عند ترسب يوديد الليثيوم.
Li-Ag2CrO4 كرومات الفضة محلول فوق كلورات الليثيوم 3.1/2.6 V 3.45 V
لها اعتمادية عالية. تصل عند الاستخدام إلى مستوى ثابت من 2.6 فولت بعد الوصول إلى نسبة معينة من الاستهلاك، مما يعطي تحذير مبكر للصرف. طورت بشكل خاص للتطبيقات الطبية مثل منظمات القلب.
Li-Ag2V4O11, Li-SVO, Li-CSVO أكسيد الفضة+أكسيد الفاناديوم الخماسي (SVO) سداسي فلوروفوسفات الليثيوم أو سداسي فلوروزرنيخات الليثيوم في كربونات البروبيلين مع ثنائي ميثوكسي الإيثان
تستخدم في التطبيقات الطبية مثل مزيل الرجفان والمحرضات العصبية Neurostimulator وأجهزة حقن الأدوية. تتميز هذه البطاريات بأن لها كثافة طلقة عالية وعمر رف طويل (عمر البطارية دون استهلاك). يمكن أن تعمل بشكل مستمر عند درجة حرارة الجسم 37°س.[8] إن جهد الاستهلاك لهذه البطارية له عتبتين. تعد هذه البطارية آمنة. عند إضافة أكسيد النحاس الثنائي نحصل على تحوير لهذه البطارية يرمز له Li-CSVO.
Li-CuO أكسيد النحاس الثنائي فوق كلورت الليثيوم المحلول في ديوكسولان 1.5 V 2.4 V
يمكن أن تستخدم في درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 150 °س. صنعت هذه البطارية كبديل لبطارية زنك-كربون والبطارية القلوية حتى منتصف التسعينات، حيث استبدلت ببطارية ليثيوم-حديد. الاستعمال الحالي محدود.
Li-CuS كبريتيد النحاس 1.5 V
Li-PbCuS كبريتيد الرصاص الثنائي و كبريتيد النحاس 1.5 V 2.2 V
Li-V2O5 أكسيد الفاناديوم الخماسي 3.3/2.4 V 3.4 V 120/260 300/660
لها عتبتي استهلاك.
Li-CuCl2 كلوريد النحاس الثنائي LiAlCl4 أو LiGaCl4 في SO2 ضمن كهرل سائل لا عضوي ولامائي.
لهذه البطارية ثلاث عتبات عند الاستهلاك تقع عند 3.3 و 2.9 و 2.5 فولت على التوالي.[9] إن الاستهلاك دون العتبة الأولى دون إجراء عملية إعادة شحن يقلل من عمر البطارية.[9]
Li–air (بطارية ليثيوم-هواء) كربون مسامي تركيب عضوي أو مائي أو زجاجي-سيراميكي صلب 1800-660 [10] 1600-600 [10]
ليس لها للآن تطبيقات استهلاكية نتيجة صعوبة تحقيق دورات استهلاك متعددة دون خسارة في السعة.[10]

المراجع

  1. Electronic Components - Panasonic Industrial Devices | Panasonic Industrial Devices - تصفح: نسخة محفوظة 13 يوليو 2014 على موقع واي باك مشين.
  2. Greatbatch W, Holmes CF, Takeuchi ES, Ebel SJ (November 1996). "Lithium/carbon monofluoride (Li/CFx): a new pacemaker battery". Pacing Clin Electrophysiol. 19 (11 Pt 2): 1836–40. PMID 8945052.
  3. "Lithium Poly Carbon Monoflouride". House Of Batteries. مؤرشف من الأصل في 24 يونيو 2010.
  4. "Lithium sulfuryl chloride battery". Corrosion-doctors.org. مؤرشف من الأصل في 28 مارس 201719 يناير 2011.
  5. McGraw, Jack (March 7, 1984). "Letter to Dick Bruner, U.S. Defense Logistics Agency". U.S. Environmental Protection Agency. مؤرشف من الأصل في 01 يونيو 2016.
  6. "Lithium Batteries Specifications". Lithium-batteries.globalspec.com. مؤرشف من الأصل في 28 يناير 200719 يناير 2011.
  7. Mallela, V. S.; Ilankumaran, V.; Rao, N. S. (2004). "Trends in cardiac pacemaker batteries". Indian pacing and electrophysiology journal 4 (4): 201–212. PMC 1502062. ببمد 16943934
  8. Gonzalez, Lina (Summer 2005). "Solid State NMR Investigation of Silver Vanadium Oxide (SVO)". CUNY, Hunter College. مؤرشف من الأصل في 10 سبتمبر 2006.
  9. McDonald, R. C.; Harris, P.; Hossain, S.; Goebel, F. (1992). "Analysis of secondary lithium cells with sulfur dioxide based electrolytes". IEEE 35th International Power Sources Symposium. p. 246. doi:10.1109/IPSS.1992.282033.
  10. Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. (2012). "A Critical Review of Li∕Air Batteries". Journal of the Electrochemical Society 159 (2): R1. doi:10.1149/2.086202jes

موسوعات ذات صلة :