كيف تتكون بطاريات الليثيوم المستخدمة في مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية؟

من أجل إطلاق الطاقة المخزنة خلال النهار في الليل،مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسيةتُستخدم هذه البطاريات عادةً في الإضاءة الخارجية. وتُعدّ بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)، وهي أساسية، أكثر أنواع البطاريات شيوعًا. تتميز هذه البطاريات بسهولة تركيبها على أعمدة الإنارة أو في التصاميم المدمجة نظرًا لخفة وزنها وصغر حجمها. لم يعد هناك أي قلق من أن يزيد وزن البطاريات من الضغط على العمود، على عكس النماذج السابقة.

وتتجلى مزاياها العديدة في كونها أكثر كفاءةً وذات سعة نوعية أكبر بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية. فما هي إذن المكونات الرئيسية لهذه البطارية المرنة المصنوعة من فوسفات الحديد الليثيوم؟

1. الكاثود

يُعدّ الليثيوم عنصرًا أساسيًا في بطاريات الليثيوم، كما يوحي الاسم. مع ذلك، يُعتبر الليثيوم عنصرًا غير مستقر للغاية. غالبًا ما يكون المكوّن النشط هو أكسيد الليثيوم، وهو خليط من الليثيوم والأكسجين. يُصنع المهبط، الذي يُنتج الكهرباء من خلال تفاعل كيميائي، بإضافة مواد موصلة ومواد رابطة. يتحكم مهبط بطارية الليثيوم في كلٍّ من جهدها وسعتها.

بشكل عام، كلما زاد محتوى الليثيوم في المادة الفعالة، زادت سعة البطارية، وزاد فرق الجهد بين الكاثود والأنود، وارتفع الجهد. وعلى العكس، كلما قل محتوى الليثيوم، قلت السعة وانخفض الجهد.

2. المصعد

عندما يقوم التيار المُحوّل بواسطة اللوحة الشمسية بشحن البطارية، تُخزّن أيونات الليثيوم في المصعد. ويحتوي المصعد أيضاً على مواد فعّالة تسمح بامتصاص أو إطلاق أيونات الليثيوم بشكل عكسي من المهبط عند مرور التيار عبر الدائرة الخارجية. باختصار، يسمح المصعد بانتقال الإلكترونات عبر الأسلاك.

بسبب بنيته المستقرة، يُستخدم الجرافيت بكثرة كمادة فعالة في الأنود. فهو لا يتغير حجمه إلا قليلاً، ولا يتشقق، ويتحمل تغيرات درجات الحرارة الشديدة في درجة حرارة الغرفة دون أن يتضرر. علاوة على ذلك، يُعدّ مناسبًا لتصنيع الأنود نظرًا لانخفاض تفاعليته الكهروكيميائية نسبيًا.

3. الإلكتروليت

تتجاوز مخاطر السلامة عدم القدرة على إنتاج الكهرباء في حال مرور أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليت. لتوليد التيار اللازم، يكفي أن تتحرك أيونات الليثيوم بين المصعد والمهبط. ويلعب الإلكتروليت دورًا في هذه العملية المحددة. تتكون معظم الإلكتروليتات من أملاح ومذيبات ومواد مضافة. تعمل الأملاح بشكل أساسي كقنوات لتدفق أيونات الليثيوم، بينما المذيبات عبارة عن محاليل سائلة تُستخدم لإذابة الأملاح. أما المواد المضافة فلها أغراض محددة.

يجب أن يتمتع الإلكتروليت بموصلية أيونية وعزل إلكتروني استثنائيين لكي يعمل بكفاءة كوسيط لنقل الأيونات ويقلل من التفريغ الذاتي. ولضمان الموصلية الأيونية، يجب الحفاظ على رقم نقل أيونات الليثيوم للإلكتروليت؛ ويُعدّ الرقم 1 مثاليًا.

4. فاصل

يفصل الفاصل في المقام الأول الكاثود والأنود، مما يمنع التدفق المباشر للإلكترونات والدوائر القصيرة، ويشكل فقط قنوات لحركة الأيونات.

يُستخدم البولي إيثيلين والبولي بروبيلين بكثرة في إنتاجها. وتساهم عوامل عديدة في جودة البطارية، منها: توفير حماية أفضل ضد الدوائر القصيرة الداخلية، وأمان كافٍ حتى في حالات الشحن الزائد، وطبقات إلكتروليت أرق، ومقاومة داخلية أقل، وأداء بطارية مُحسّن، واستقرار ميكانيكي وحراري جيد.

مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية في تيانشيانغجميعها تعمل ببطاريات ليثيوم عالية الجودة مزودة بخلايا مختارة بعناية ذات كثافة طاقة عالية. وهي مناسبة لظروف درجات الحرارة والرطوبة الخارجية الصعبة، وتتميز بعمر افتراضي طويل، وكفاءة عالية في الشحن والتفريغ، ومقاومة فائقة للحرارة والبرودة. تضمن أنظمة الحماية الذكية المتعددة في البطاريات ضد قصر الدائرة الكهربائية والتفريغ الزائد والشحن الزائد تخزينًا ثابتًا للطاقة وتشغيلًا طويل الأمد، مما يسمح بإضاءة مستمرة حتى في الأيام الغائمة أو الممطرة. يضمن التوافق الدقيق بين الألواح الشمسية عالية الكفاءة وبطاريات الليثيوم الممتازة إمدادًا أكثر موثوقية للطاقة وتكاليف صيانة أقل.