Published in: تكنولوجيا

بطارية الليثيوم – مكوناتها، كيف ينشأ التيار الكهربائي منها؟

Author أ. محمد مراد

Published on: 24 أبريل، 2023

أ. محمد مراد

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

التيار الكهربائي هو تدفّق الشحنات الإلكترونية من أحد أقطاب الخلية الكهربائية باتجاه القطب الآخر. وللحصول على هذا التدفق الإلكتروني، يجب خلق تفاعل كيميائي داخل الخلية الكهربائية أو البطارية، من أجل توليد ونقل الإلكترونات بين قطبي البطارية. سنتعرف في هذه المقالة على مبدأ عمل بطارية الليثيوم، وكيفية توليدها للتيار الكهربائي. ^[1]

مكونات بطارية الليثيوم

تتألف من أربع مكوناتٍ أساسيةٍ لعملها وهي:

1- كاثود أو القطب الموجب.

2- أنود أو القطب السالب.

3- إلكتروليت أو محلول موصل، ممكن أن يكون بالحالة السائلة أو على شكل جل.

4- طبقة عازلة تفصل بين القطبين.

يصنع الكاثود أو القطب الموجب من مادة أوكسيد الليثيوم كوبالت، في حالة بطارية الهاتف المحمول، أما في حالة بطارية السيارة الكهربائية، فيتمُّ صنع القطب الموجب من مادة أوكسيد الليثيوم منغنيز، ويتمُّ صنع الأنود أو القطب السالب من مركب الجرافيت.

كيف ينشأ التيار الكهربائي من بطارية الليثيوم؟

تكون ذرة الليثيوم الصافية غير مستقرة، وفي حالة نشاط دائم وتميل للتخلي بسرعة عن الإلكترون الموجود في المدار الخارجي، فإذا استطعنا فصل هذا الإلكترون عن ذرة الليثيوم ومن ثم تمريره عبر سلك أو مستهلك، بالتالي نستطيع الحصول على تيار كهربائي ناتج عن حركة هذا الإلكترون.

مع العلم أن الليثيوم يصبح مستقراً عند دمجه مع معادن أخرى، مثل: المنغنيز أو الكوبالت. أي حتى نُنشئ تياراً كهربائياً من بطارية الليثيوم يجب أن يتحقق شرطان:

الأول هو فصل الإلكترون عن ذرة الليثيوم.

الثاني تمرير هذا الإلكترون في سلك أو دارة كهربائية للحصول على الكهرباء. ^[2]

كيف تعمل بطارية الليثيوم؟

عند الشحن

عند وصل بطارية الليثيوم بالشاحن، فإن فرق الجهد المرتفع للشاحن سيعمل على سحب إلكترونات ذرة الليثيوم بالقوة من الكاثود أو القطب الموجب للبطارية، ونقلها وتخزينها في الأنود أو القطب السالب للبطارية، وبعد سحب جميع الإلكترونات من الكاثود يصبح فرق الجهد في البطارية مرتفعاً، مما يدفع بذرات الليثيوم والتي أصبح اسمها الآن أيونات الليثيوم باللحاق بإلكتروناتها نحو الأنود أو القطب السالب.

حيث تنتقل أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود من خلال المحلول الموصل عابرةً الطبقة الفاصلة بين القطبين حيث أن هذه الطبقة الفاصلة تسمح فقط بمرور أيونات الليثيوم، ولا تسمح بمرور الإلكترونات. يأخذ الجرافيت في الأنود شكل طبقاتٍ متراصةٍ فوق بعضها البعض، مما يسمح بتخزين أيونات الليثيوم وإلكتروناتها بين هذه الطبقات، ويُسهل حركتها عند تحريرها، هنا يكون تحقق الشرط الأول وهو فصل الإلكترونات عن ذرات الليثيوم.

عند التفريغ

عندما يتمُّ ربط مستهلك بالبطارية، تقوم أيونات الليثيوم بالانتقال عبر المحلول الموصل والعودة إلى أوكسيد الليثيوم بسبب حبها للبقاء في الحالة المندمجة مع الأوكسيد، وتتحرك معها تباعاً الإلكترونات عبر السلك أو المستهلك، لأنه لا يمكنها المرور عبر الطبقة العازلة مثلها مثل أيونات الليثيوم. ينتج عن حركة الإلكترونات مرور تيار كهربائي مستمر في المستهلك أو اللمبة مما يؤدي إلى اشتعالها.

وينتج عن حركة أيونات الليثيوم إلى الكاثود أو القطب الموجب في إبقاء الكاثود متعادلةً كهربائياً والحفاظ على سير الإلكترونات، بالتالي استمرار توليد التيار الكهربائي، وهكذا يكون تحقق الشرط الثاني، وهو تمرير الإلكترون الذي تمّ فصله عن ذرة الليثيوم بالمستهلك أو اللمبة، مما أدى لتوليد التيار المستمر واشتعال اللمبة. يُعتبر الليثيوم مانحاً جيداً للإلكترونات، لذلك هو شائع الاستخدام في هذا النوع من البطاريات.