ما هي أنواع بطاريات مركبات الطاقة الجديدة؟

لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية، رغم نضجها النسبي، الخيار الوحيد لبطاريات السيارات الكهربائية المنتجة بكميات كبيرة، وذلك لانخفاض تكلفتها وسرعة تفريغها العالية. مع ذلك، فإن الطاقة النوعية والقدرة النوعية وكثافة الطاقة لهذه البطاريات منخفضة للغاية، مما يحدّ من سرعة السيارة الكهربائية التي تعمل بها ومدى سيرها.

2- بطاريات النيكل والكادميوم وبطاريات هيدريد النيكل والمعدن

بطارية النيكل والكادميوم (يُشار إليها اختصارًا بـ NiCd) هي نوع شائع من بطاريات التخزين. تستخدم هذه البطارية هيدروكسيد النيكل (NiOH) ومعدن الكادميوم (Cd) كمواد كيميائية لتوليد الكهرباء. على الرغم من أن أداءها أفضل من بطاريات الرصاص الحمضية، إلا أنها تحتوي على معادن ثقيلة وتُلوِّث البيئة بعد التخلص منها.

تتميز بطارية النيكل والكادميوم بإمكانية إعادة شحنها وتفريغها لأكثر من 500 مرة، مما يجعلها اقتصادية ومتينة. مقاومتها الداخلية منخفضة، ما يسمح بشحنها بسرعة وتوفير تيار عالٍ للحمل، مع تغير طفيف في الجهد أثناء التفريغ، ما يجعلها مثالية لتزويد الطاقة بالتيار المستمر. وبالمقارنة مع أنواع البطاريات الأخرى، تتحمل بطاريات النيكل والكادميوم الشحن الزائد والتفريغ الزائد.

تتكون بطاريات هيدريد النيكل المعدني من أيونات الهيدروجين والنيكل المعدني، ويبلغ احتياطي الطاقة فيها 30% أكثر من بطاريات النيكل والكادميوم، وهي أخف وزناً من بطاريات النيكل والكادميوم، ولها عمر خدمة أطول، ولا تسبب تلوثاً للبيئة، ولكن سعرها أغلى بكثير من بطاريات النيكل والكادميوم.

3، بطارية الليثيوم

بطارية الليثيوم هي نوع من البطاريات التي تستخدم الليثيوم المعدني أو سبائك الليثيوم كمادة للقطب السالب، وتستخدم محلولًا إلكتروليتيًا غير مائي. يمكن تقسيم بطاريات الليثيوم بشكل عام إلى فئتين: بطاريات الليثيوم المعدني وبطاريات أيونات الليثيوم. لا تحتوي بطاريات أيونات الليثيوم على الليثيوم في حالته المعدنية، وهي قابلة لإعادة الشحن.

تُعدّ بطاريات الليثيوم المعدنية عمومًا بطاريات تستخدم ثاني أكسيد المنغنيز كمادة للقطب الموجب، ومعدن الليثيوم أو سبيكة معدنية منه كمادة للقطب السالب، وتستخدم محاليل إلكتروليت غير مائية. يتكون تركيب بطارية الليثيوم بشكل أساسي من: مادة القطب الموجب، ومادة القطب السالب، وغشاء، والإلكتروليت.

من بين مواد الكاثود، تُعدّ كوبالتات الليثيوم، ومنجنات الليثيوم، وفوسفات حديد الليثيوم، والمواد الثلاثية (بوليمرات النيكل-الكوبالت-المنغنيز) الأكثر استخدامًا. وتشغل مادة القطب الموجب نسبة كبيرة (نسبة كتلة مواد القطب الموجب إلى السالب تتراوح بين 3:1 و4:1)، لأن أداء مادة القطب الموجب يؤثر بشكل مباشر على أداء بطارية الليثيوم أيون، وتكلفتها تحدد تكلفة البطارية.

من بين مواد القطب السالب، تُعدّ الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي المواد الرئيسية المستخدمة حاليًا. أما مواد الأنود قيد البحث فتشمل النتريدات، ومركبات PAS، وأكاسيد القصدير، وسبائك القصدير، ومواد الأنود النانوية، وبعض المركبات المعدنية الأخرى. وباعتبارها أحد المكونات الأربعة الرئيسية لبطاريات الليثيوم، تلعب مواد القطب السالب دورًا هامًا في تحسين سعة البطارية وأدائها خلال دورات الشحن والتفريغ، وهي تُشكّل حجر الزاوية في صناعة بطاريات الليثيوم.

4. خلايا الوقود

خلية الوقود هي جهاز لتحويل الطاقة الكهروكيميائية دون احتراق. تُحوّل الطاقة الكيميائية للهيدروجين (وأنواع الوقود الأخرى) والأكسجين باستمرار إلى كهرباء. مبدأ عملها هو أكسدة الهيدروجين (H2) إلى أيونات الهيدروجين (H+) والإلكترونات (e-) بفعل عامل حفاز في المصعد. تصل أيونات الهيدروجين إلى القطب الموجب عبر غشاء تبادل البروتونات، وتتفاعل مع الأكسجين (O2) لتكوين الماء عند المهبط. تصل الإلكترونات إلى المهبط عبر الدائرة الخارجية، ويولد هذا التفاعل المستمر تيارًا كهربائيًا. على الرغم من أن خلية الوقود تحمل اسم "بطارية"، إلا أنها ليست جهازًا لتخزين الطاقة بالمعنى التقليدي، بل جهازًا لتوليد الطاقة، وهذا هو الفرق الأكبر بين خلايا الوقود والبطاريات التقليدية.

لاختبار إجهاد البطاريات وعمرها الافتراضي، تستخدم شركتنا معدات اختبار متنوعة مثل غرفة اختبار درجة الحرارة والرطوبة الثابتة، وغرفة اختبار الصدمات الحرارية، وغرفة اختبار تقادم مصباح الزينون، وغرفة اختبار تقادم الأشعة فوق البنفسجية.

غرفة اختبار درجة الحرارة والرطوبة الثابتة: يوفر هذا الجهاز ظروفًا مضبوطة لدرجة الحرارة والرطوبة لمحاكاة سيناريوهات بيئية مختلفة. ومن خلال إخضاع البطاريات لاختبارات طويلة الأمد في ظل ظروف مختلفة من درجة الحرارة والرطوبة، يمكننا تقييم استقرارها وتغيرات أدائها.

غرفة اختبار الصدمات الحرارية: تحاكي هذه الغرفة التغيرات السريعة في درجات الحرارة التي قد تتعرض لها البطاريات أثناء التشغيل. ومن خلال تعريض البطاريات لتغيرات شديدة في درجات الحرارة، مثل الانتقال السريع من درجات حرارة عالية إلى منخفضة، يمكننا تقييم أدائها وموثوقيتها في ظل تقلبات درجات الحرارة.

غرفة اختبار تقادم مصابيح الزينون: تحاكي هذه المعدات ظروف ضوء الشمس من خلال تعريض البطاريات لإشعاع ضوئي مكثف من مصابيح الزينون. تساعد هذه المحاكاة في تقييم تدهور أداء البطارية ومتانتها عند تعرضها لفترات طويلة من الضوء.

غرفة اختبار التقادم بالأشعة فوق البنفسجية: تحاكي هذه الغرفة بيئات الإشعاع فوق البنفسجي. من خلال تعريض البطاريات للأشعة فوق البنفسجية، يمكننا محاكاة أدائها ومتانتها في ظل ظروف التعرض المطول للأشعة فوق البنفسجية.
يُتيح استخدام مجموعة من هذه المعدات الاختبارية إجراء اختبارات شاملة لإجهاد البطاريات وعمرها الافتراضي. ومن المهم التنويه إلى أنه قبل إجراء هذه الاختبارات، من الضروري الالتزام بإرشادات السلامة ذات الصلة واتباع تعليمات تشغيل المعدات الاختبارية بدقة لضمان دقة وسلامة إجراءات الاختبار.