بطارية أيونات الليثيوم
بطارية ليثيوم-أيون هي نوع من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها (مركم)، ويتكون المهبط (القطب الموجب) فيها من عنصر الليثيوم. ويتكون فيها المصعد (القطب السالب) عادة من الكربون المسامي. وتشمل مركمات أو بطاريات الليثيوم أيون عدة أنواع من البطاريات تعتمد على نوع التفاعل الكيميائي المميز لها، وطريقة آدائها وسعرها ومدى سلامتها.
أثناء عمل البطارية وتوصيل البطارية بدائرة خارجية يمر التيار الكهربائي داخل البطارية من المصعد إلى المهبط مثلما يحدث في أي بطارية عادية : تتتحرك أيونات الليثيوم Li+ في داخل البطارية من المصعد إلى المهبط خلال كهرل غير مائي وغشاء فاصل.
أثناء الشحن يعمل المصدر الخارجي على تمرير تيار كهربائي في الاتجاه العكسي، حيث يوصل القطب الموجب للمصدر بمهبط البطارية ويوصل مصعد البطارية بالقطب السالب للمصدر. عندئذ تتوجه أيونات الليثيوم (وهي موجبة الشحنة) إلى المصعد وتستقر في مادته المسامية.
ويستخدم مخلوط من الكربونات العضوية لتشكيل الكهرل electrolyte ويحتوي أيضا على أيونات الليثيوم. ويستخدم لذلك أملاح مثل LiPF و LiAsF و LiClO و LiBF و تريفلات الليثيوم.
و الليثيوم مثله مثل الصوديوم من المواد النشطة كيميائياً. فهو يتفاعل بشدة مع الماء مكونا هيدروكسيد الليثيوم مع انطلاق غاز الهيدروجين. لهذا تستخدم كهرلات في بطارية الليثيوم أيون لا تحتوي على الماء. وفي نفس الوقت يجب منع تلامس الماء مع البطارية وذلك عن طريق تغلفتها بعازل محكم.
تستخدم بطاريات الليثيوم أيون كثيرا في الإلكترونيات المحمولة نظرا لسعتها الكهربائية العالية، أي أنها تتميز بنسبة عالية بين قدرتها على إنتاج الكهرباء وانخفاض وزنها. وعلاوة على ذلك فقدرتها على إنتاج الكهرباء لا تتأثر بعدد دورات إعادة شحنها، وهي أيضا ذات تسريب بطيئ عند عدم استخدامها.
وبالإضافة إلى استخداماتها العديدة في الأجهزة الصغيرة المحمولة، فهي تستخدم في الأسلحة وفي تحريك الأجهزة الصغيرة، مثل لعب الأطفال ولها تطبيقات في أجهزة الطيران وغزو الفضاء، وذلك بفضل سعتها الكهربائية العالية.
ولكن يجب الحذر عند استخدام بطاريات الليثيوم أيون العادية، إذ أنها معرضة للانفجار عند سوء الاستخدام.
في السنوات الأخيرة (2018) بدأ استخدام بطاريات الليثيوم أيون لتشغيل السيارات الكهربائية، مثل سيارة "تــسلا". كما تطبق استخدامها الصين لتسيير السيارات في الصين للحفاظ على البيئة ؛ علاوة على ذلك فإن الصين أصبحت تنتج نصف الأنتاج العالمي من تلك البطاريات. وتعزم الصين لسباق الولايات المتحدة في مجال انتاج تلك البطاريات ، فلديها الخبرة ، كما تتميز الصين عن الولايات المتحدة في انخفاض أسعار إنتاج بطاريات الليثيوم -أيون بسبب رخص الأرض والعمالة وأجهزة الإنتاج.
حاليا أنشأت الصين نحو 156.000 محطة لإعادة شحن بطاريات السيارات ، وتخطط لزيادة عددها إلى 8و4 محطة مع عام 2020.
الحكومة الصينية تشجع المستثمرين والمنتجين في الصين للتوسع في أنتاج تلك البطاريات ، وتدعمهم وتوفر لهم المواد الأولية . والمنتجون يستجيبون لمخططات الحكومة ويعملون على أنتاج بطاريات أكثر كفاءة وأرخص ثمنا لمنافسة العالم أجمع .
تعمل شركات السيارات الكبيرة في العالم على إنتاج السيارات الكهربائية . وعلى هذا السبيل فهي تحتاج إلى تطوير بطاريات الليثيوم أيون بحيث تصلح للاستخدام في تحريك السيارة . وقد اختير هذا النوع من البطاريات حيث أنها كالبطاريات الأخرى بالنسبة إلى كثافة سعتها الكهربائية وانخفاض وزنها نسبيا .
وتتكون بطارية الليثيوم أيون التي ستستعمل في السيارت من مصعد من النحاس و مهبط من الألمونيوم . وتغطي ألواح المصعد والمهبط بطبقة رقيقة 2و0 مليمتر من مخلوط يحتوي على الليثيوم . ثم يغطيها غشاء من السيراميك الخاص يمنع من اشتعال الخلية الكهربائية . وعلى الرغم من أن ذلك الغشاء السيراميكي لا يزيد سمكه عن شعرة رأس فهو يتحمل درجات حرارة حتي 700 درجة مئوية بدون أن يشتعل .
تقطع الأقطاب في مساحة أوراق الكتابة وترص بجانب بعضها بحيث يفصل بينها الكهرل وهو طبقة تشبه اللباد الرقيق مشبعة بمركب يحتوي على الليثيوم .
تستطيع حاليا السيارة الصغيرة التي تعمل ببطارية كهذه وزنها 120 كيلوجرام أن تسير مسافة 150 كيلومتر . وإذا استبدلت بطارية الليثيوم أيون ببطارية نيكل-متالهيدريد ( nickel-metal hydride (NiMH فلا تستطيع السيارة السير إلا مسافة 50 كيلومتر . لذلك تعلق الآمال على بطارية الليثيوم أيون لتسيير السيارات الكهربائية في المرحلة القادمة .