تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

تُعتبر بطارية الليثيوم من الابتكارات التكنولوجية التي ساهمت في تسريع تطوير العديد من المنتجات في مختلف المجالات. تتميز هذه البطارية بخفّة وزنها وكفاءتها العالية، مما يجعلها الخيار الأنسب لكثيرٍ من الأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل: الهواتف الذكية، وأجهزة اللابتوب، والسجائر الإلكترونية، بالإضافة إلى استخدامها المُتزايد في السيارات الكهربائية.

هذه الخصائص الفريدة تُسهم في تعزيز أدائها، مما يجعلها تحظى بقبولٍ واسعٍ ومستمرٍّ في السوق. يُعدُّ التركيب الكيميائي لبطارية الليثيوم عاملاً أساسياً في أدائها، فمن خلال تفاعلٍ كيميائي يتمُّ بين الليثيوم والأقطاب الكهربائية لها، ينشأ أولاً تيارٌ كهربائيّ يعمل على تغذية المنتج بالطاقة الكهربائية اللازمة، ويمّكن هذا التفاعل ثانياً من إعادة شحن البطارية بالكهرباء لاستخداماتٍ لاحقةٍ متكررة. ^[1]

مكونات بطارية الليثيوم

تتألف بطارية الليثيوم 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 جلّ.

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. أما بالنسبة للإلكتروليت، فهو من السوائل أو المواد الصلبة التي تسمح بحركة أيونات الليثيوم بين الأنود والكاثود.

يُمكن أن تكون الإلكتروليتات سائلةً، هلاميةً أو صلبة، وعلاوةً على ذلك تُعتبر نوعية الإلكتروليت ذات أهميةٍ كبيرة، حيث تؤثر على السلامة والأداء العام للبطارية.

كيف ينشأ التيار الكهربائي من بطارية الليثيوم؟

تكون ذرة الليثيوم الصافية غير مستقرة، وفي حالة نشاطٍ دائم، وتميل للتخلي بسرعة عن الإلكترون الموجود في المدار الخارجي، فإذا استطعنا فصل هذا الإلكترون عن ذرة الليثيوم، ومن ثم تمريره عبر سلكٍ أو مستهلك، بالتالي نستطيع الحصول على تيارٍ كهربائي ناتجٍ عن حركة هذا الإلكترون. مع العلم أن الليثيوم يصبح مستقراً عند دمجه مع معادن أخرى، مثل: المنغنيز أو الكوبالت، أي حتى ينشأ تيار كهربائي من بطارية الليثيوم يجب أن يتحقق شرطان:

الأول :هو فصل الإلكترون عن ذرة الليثيوم.

الثاني: تمرير هذا الإلكترون في سلكٍ أو دارةٍ كهربائية للحصول على تدفُّقٍ للشحنة أي التيار الكهربائي. ^[2]

كيف تعمل بطارية الليثيوم؟

1- عند الشحن

عند وصل بطارية الليثيوم بالشاحن، فإن فرق الجهد المرتفع للشاحن سيعمل على سحب إلكترونات ذرة الليثيوم من الكاثود أو القطب الموجب للبطارية، ونقلها وتخزينها في الأنود أو القطب السالب لها، 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 أو ما يُسمّى بالإلكتروليت عابرةً الطبقة الفاصلة بين القطبين، حيث إن هذه الطبقة الفاصلة تسمح فقط بمرور أيونات الليثيوم، ولا تسمح بمرور الإلكترونات.

يأخذ الجرافيت في الأنود شكل طبقاتٍ متراصّةٍ فوق بعضها البعض، مما يسمح بتخزين أيونات الليثيوم وإلكتروناتها بين هذه الطبقات، ويُسهّل حركتها عند تحريرها، هنا يكون تحقُّق الشرط الأول، وهو فصل الإلكترونات عن ذرات الليثيوم.

2- عند التفريغ

عندما يتمُّ ربط البطارية مع جهازٍ مُستهلِكٍ للطاقة، تقوم أيونات الليثيوم بالانتقال عبر المحلول الموصل والعودة الى أوكسيد الليثيوم بسبب رغبتها بالبقاء في الحالة المندمجة مع الأوكسيد، وتتحرك معها تباعاً الإلكترونات عبر الجهاز المُستهلك للطاقة، لأنه لا يمكنها المرور عبر الطبقة العازلة مثلها مثل أيونات الليثيوم.

ينتج عن حركة الإلكترونات هذه مرور تيار كهربائي مستمر في الجهاز المستهلك مما يؤدي إلى تشغيله، وينتج عن حركة أيونات الليثيوم إلى الكاثود أو القطب الموجب في إبقاء الكاثود متعادلةً كهربائياً، والحفاظ على سير الإلكترونات، بالتالي استمرار توليد التيار الكهربائي المستمر. يُعتبر الليثيوم مانحاً جيداً للإلكترونات، لذلك هو شائع الاستخدام في هذا النوع من البطاريات.

متوسط عمر بطارية الليثيوم

تمثل بطاريات الليثيوم أحد أهمّ الابتكارات التكنولوجية لتخزين الطاقة، حيث تُعدُّ الأكثر استخداماً في الأجهزة الإلكترونية الحديثة والمركبات الكهربائية. يتراوح متوسط عمر بطاريات الليثيوم عادةً بين 2 إلى 10 سنوات، وفقًا لنوع البطارية وطريقة استخدامها، على سبيل المثال: البطاريات المُستخدمة في الهواتف الذكية قد تدوم حوالي سنتين إلى ثلاث سنوات إذا تمّ استخدامها بشكلٍ منتظم، بينما يمكن للبطاريات المستخدمة في المركبات الكهربائية أن تصل إلى عمر يتجاوز 8 سنوات في ظل الظروف المثالية.

بعد العمر الافتراضي لكل بطارية سيلاحظ المُستخدم انخفاضاً في كفاءة البطارية، وخاصةً عند التفريغ أي الاستخدام، حيث سينخفض مستوى البطارية بشكلٍ سريع جداً، وسينطفئ الجهاز بعد فترةٍ قصيرةٍ جداً من آخر رسالةٍ تحذيرية لانخفاض مستوى البطارية.

نصائح في استخدام بطاريات الليثيوم

إن بطاريات الليثيوم آمنةٌ للاستخدام إذا تمّ التعامل معها بحذر وفقاً للإرشادات الموصي بها، ويمكن اتباع النصائح التالية لضمان سلامة البطارية والسلامة الشخصية: ^[3]

1- يتضمن الاستخدام الآمن لبطاريات الليثيوم اتباع تعليمات الشحن بدقة، ويُنصح باستخدام الشواحن المخصّصة لكل نوعٍ من البطاريات، وتجنُّب استخدام الشواحن المقلّدة التي قد لا تكون متوافقةً مع البطارية، فالشحن الزائد أو الشحن غير السليم التي تتسبّب به الشواحن غير المتوافقة يمكن أن يؤدي إلى تلف البطارية، وزيادة فرص الأخطاء الكهربائية.

 2- من الضروري تخزين بطاريات الليثيوم بشكلٍ صحيح، فمثلاً في حالة البطاريات المُستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية يُفضّل أن تُحفظ في مكانٍ باردٍ وجاف، بعيدًا عن مصادر الحرارة والمواد القابلة للاشتعال. كلما كانت درجة الحرارة مرتفعة، زادت فرصة حدوث تفاعلاتٍ غير مرغوب فيها داخل البطارية، مما قد يؤدي إلى انفجارٍ أو تسرّبٍ للسوائل.

3- يجب مراقبة حالة البطارية بانتظام. إذا لاحظت أي تغيرات، مثل: الانتفاخ أو التسرُّب، فمن الضروري التوقف عن استخدام البطارية على الفور، والتخلص منها بطريقةٍ آمنة، وهذه التغيرات قد تشير إلى بروز مشاكل داخلية لن تجعلها قابلةً للعمل بشكلٍ آمن.

4- تجنُّب ثقب البطارية أو تثبيتها في مكانٍ يشكل خطر على سلامتها الهيكلية، فالتفاعلات الكيميائية لبطارية الليثيوم تبقى آمنةً طيلة فترة بقائها داخل هذا الهيكل.

أخيرًا، يجب الإشارة إلى أن الابتكارات التكنولوجية قد حسّنت أمان بطاريات الليثيوم بشكلٍ ملحوظ، ويتمّ تطوير نظم الحماية بشكلٍ مستمر، مثل: برامج التحكم في درجة الحرارة وجهد التيار، لضمان تقليل المخاطر المرتبطة بالاستخدام وإطالة عمر البطارية، وبالتالي تحسين تجربة المُستخدم.