معظم بطاريات السيارات الكهربائية مصنوعة من كميات مختلفة من أيونات الليثيوم، الكوبالت، النيكل، المنغنيز، السيليكون والكهربائيات. داخل ذلكجهاز الفصلوالكهربائيات، وجامعي التيار الإيجابي والسلبي (فكر في الجانب المسطح و الجانب مع الارتطام في بطارية AA). ولكن ماذا يعني ذلك بالضبط؟ لماذا الليثيوم؟ أي أيونات؟لا تخافوا نحن هنا لنشرح ما هي بطاريات السيارات الكهربائية مصنوعة من.
للبدء، دعونا نثبت أنه على الرغم من أن بطارية تيسلا وبطارية شيفروليه بولت هي بطاريات ليثيوم أيون، هذا لا يعني أنها مصنوعة بنفس الطريقة.كيمياء البطارية لها تأثير كبير على طريقة شحن وتفريغ بطارية، كيفية إدارة الحرارة، كمية الطاقة التي يمكن لكل خلية في مجموعة البطارية تخزينها، وماذا كل خلية تكلف.سامسونج SDI و LG يحاولون دائماً تعديل كيميائهم للحصول على أفضل أداء وأقل تكاليف.
الوصفات الدقيقة لخلايا البطارية لمعظم الشركات المصنعة ليست معلومات عامة لأن لكل شركة صيغتها الخاصةلذا دعونا نقسم ما هم وما يفعلونبدءاً من الليثيوم
يتكون الليثيوم في بطارية ليثيوم أيون ("ليثيوم أيون" باختصار) من الكاثود والانود، المعروف أيضاً بالجانبين الإيجابي والسلبي لخلية البطارية.يتحرك أيونات الليثيوم داخل الجانب الإيجابي للخلية (الكاثود) وتولد إلكترونات، حيث يتم شحنها سلباً، تريد الوصول إلى الجانب السلبي (المنود) من البطارية ولكن لا تستطيع بسبب الفاصل بين الكاثود والمنود.هذا يعني أن الإلكترونات ستخرج من الجانب الإيجابي من البطارية، من خلال الجهاز الخاص بك، وتشغيله، ومن ثم العودة إلى المنود.
الليثيوم في الخلية ليس الليثيوم البدائي النقي لأنه يتفاعل مع العناصر الأخرى ليكون آمناً بدلاً من ذلك، الليثيوم المستخدم هو في شكل أكسيد معدن الليثيوم,في معظم الحالات، يستخدم المصنعون أكسيد الكوبالت الليثيوم على الجانب الكاثودي للبطارية و مركبات الليثيوم الكربون على الأندود.
يستخدم الكوبالت في البطاريات لسببين رئيسيين. الأول، أنه يوفر كثافة طاقة ممتازة، مما يعني أنه كلما استخدمت خلايا البطارية الكوبالت أكثر (إلى حد ما) ، كلما استطاعت تخزين المزيد من الكهرباء.الميزة الأخرى هي أن الكوبالت يزيد من الاستقرار الحراري لخلية البطاريةلماذا الاستقرار الحراري مهم؟ في مقالتنا ذات الصلة حول حرائق السيارات الكهربائية، لاحظنا أن أقل استجابة للبطارية لتغيرات درجة الحرارة، أقل عرضة للفرار الحراري،وبالتالي أقل عرضة للانفجار في حريق الليثيوم من الصعب إطفائه.
الاعتماد المفرط على الكوبالت له عيوبه الكوبالت يعتبر عنصر من الأرض النادرة وكما يوحي الاسم فهو غير شائع جداًكما أنها تميل إلى أن توجد في المناطق التي تعاني من الكثير من عدم الاستقرار السياسي والاجتماعي، والتي يمكن أن تؤدي إلى تقلبات في الأسعار وحشية وكذلك انتهاكات كبيرة لحقوق الإنسان من قبل شركات التعدين والبلدان التي تعمل فيها.
هذه القضايا دفعت مصنعي البطاريات إلى محاولة الحد من كمية الكوبالت في موادهم الكيميائية.لكن له أيضاً سلبيات.
يستخدم النيكل في البطاريات لزيادة كثافة الطاقة للخلية ، على غرار الكوبالت. ومع ذلك ، على عكس الكوبالت ، يمكن أن تواجه خلايا البطاريات الغنية بالنيكل مشاكل في التشقق الصغير على سطح الكاثود.هذا يمكن أن يسبب تدهور الأداء في وقت أقصر من البطارية مع أقل من النيكل وأكثر الكوبالت.
لا يزال هناك الكثير من المزايا المتميزة لاستخدام النيكل أولاً، يباع بنحو 18000 دولار إلى 21000 دولار للطن، مقارنة بالكوبالت، الذي يسعر بانتظام أكثر من 30 دولار،000 لكل طن وله تقلبات أسعار أكبربعد ذلك، يمكن تخفيف تلك الشقوق الصغيرة التي تسبب فقدان الأداء باستخدام "تدرج" في بناء الكاثود. وهذا يعني أن مركز الكاثود هو في الغالب النيكل،ثم يتم طبقة المعادن الأخرى مع خصائص أداء مختلفة فوقها.
المكون الرئيسي الثالث في العديد من مواد البطارية الكيميائية هو المنغنيز. في حين أن النيكل والكوبالت يعملان مع الليثيوم لزيادة تخزين الطاقة، فإن المنغنيز يبقي كل شيء معاً ومستقر.إنه مادة مضافة هيكلية، وعلى هذا النحو، يستخدم في نسبة أقل من النيكل أو الكوبالت.
عندما تزيد من كثافة الطاقة على الجانب الإيجابي من الخلية مع النيكل والكوبالتستحتاج تلك الإلكترونات إلى مكان للذهاب بعد رحلتها من خلال محركات سيارتكالسيليكون رائع لأنه مستقر وغير مكلف ويمكنه احتواء حوالي 10 أضعاف عدد الإلكترونات مثل الجرافيت
بدون إلكتروليت في خلية البطارية، لن يكون هناك طريقة للكترونات للتحرك من الأندود إلى الكاثود أثناء الشحن. إنها الصلصة السرية التي تجعل البطارية تعمل.هناك عدة أنواع من المواد الكهربائية والكيمياء يمكن أن تصبح معقدة، لكنهم ينقسمون إلى عدة عائلات مختلفة
الحلول المائية سائلة، بينما الحلول غير المائية ليست كذلك. ثم لدينا السوائل الأيونية،أكثر استقراراً في درجة الحرارة ولديها خصائص نقل أفضل من المحلولات العضوية المائية وغير المائيةبعد ذلك، هناك الكهربائيات البوليمرية، التي تستخدم البلاستيك كعامل ربطها. وأخيرا، لدينا الكهربائيات الهجينة، التي هي هجينات من الأنواع الأخرى.
الوظيفة الرئيسية للمفصل داخل الخلية هي منع حدوث دوائر قصيرة عن طريق فصل الكاثود والانود.عادة ما يتم تصنيع الفاصل من البلاستيك الميكروبوروس ويسمح لبعض تدفق الإلكترونات من الكاثود مباشرة إلى الأندودهذا أمر طبيعي، لكن عندما تصبح الخلية ساخنة جداً، يعمل المفرز كنوع من الفيوز للخلية.تفرز تماماً جانب واحد من الخلية من الجانب الآخر و نأمل منع حريق سيء.
هناك الكثير من الكيمياء المتقدمة التي تحدث داخل بطارية السيارة الكهربائيةيشكلون الجزء الأكثر تكلفة من السيارة و هم جزء من السبب في أن أس أر بي تبقى مرتفعة.
