أي نوع من بطاريات الليثيوم هو الأفضل لتخزين الطاقة لأعمدة إنارة الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسية؟

مصابيح الشوارع التي تعمل بالطاقة الشمسيةأصبحت الآن من أهم وسائل إنارة الطرق في المدن والأرياف. تتميز بسهولة تركيبها وقلة حاجتها إلى أسلاك كهربائية. فهي تحوّل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، ثم تحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، لتضيء الليل. وتلعب البطاريات القابلة لإعادة الشحن والبطاريات غير القابلة لإعادة الشحن دورًا محوريًا في هذه العملية.

بالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية أو بطاريات الجل في الماضي، فإن بطاريات الليثيوم الشائعة الاستخدام الآن أفضل من حيث الطاقة النوعية والقدرة النوعية، كما أنها أسهل في تحقيق الشحن السريع والتفريغ العميق، وعمرها أطول أيضًا، لذا فهي توفر لنا تجربة إضاءة أفضل.

ومع ذلك، هناك اختلافات بين الجيد والسيئبطاريات الليثيومسنبدأ اليوم بدراسة أشكال تغليف بطاريات الليثيوم لنرى خصائصها وأيها أفضل. تشمل أشكال التغليف عادةً اللف الأسطواني، والتكديس المربع، واللف المربع.

1. نوع اللف الأسطواني

أي البطارية الأسطوانية، وهي تصميم كلاسيكي للبطاريات. تتكون الوحدة الأساسية بشكل رئيسي من أقطاب موجبة وسالبة، وأغشية، ومجمعات موجبة وسالبة، وصمامات أمان، وأجهزة حماية من التيار الزائد، وأجزاء عازلة، وغلاف. في المراحل الأولى، كان الغلاف مصنوعًا في الغالب من الفولاذ، أما الآن فيُصنع في الغالب من الألومنيوم.

بحسب الحجم، تشمل البطاريات الحالية بشكل رئيسي بطاريات 18650 و14650 و21700 وغيرها. وتُعدّ بطارية 18650 الأكثر شيوعاً والأكثر نضجاً بينها.

2. نوع اللف المربع

يتكون هيكل هذه البطارية المفردة بشكل أساسي من الغطاء العلوي، والهيكل الخارجي، واللوحة الموجبة، واللوحة السالبة، وصفائح أو لفائف الغشاء، والعزل، ومكونات السلامة، وما إلى ذلك، وهو مصمم بجهاز حماية من خطر الإبرة (NSD) وجهاز حماية من الشحن الزائد (OSD). وكان الهيكل الخارجي في البداية مصنوعًا بشكل أساسي من الفولاذ، أما الآن فقد أصبح الهيكل المصنوع من الألومنيوم هو الأكثر شيوعًا.

3. مربع مكدس

أي البطارية المرنة التي نتحدث عنها عادةً. يشبه تركيبها الأساسي تركيب النوعين السابقين من البطاريات، حيث تتكون من قطبين موجب وسالب، وغشاء، ومادة عازلة، ووصلات قطبين موجب وسالب، وغلاف. إلا أنه على عكس البطارية الملفوفة، التي تتكون من لف لوحين موجب وسالب منفردين، تتكون البطارية الرقائقية من ترقيق طبقات متعددة من ألواح الأقطاب.

يتكون الغلاف بشكل أساسي من غشاء بلاستيكي من الألومنيوم. الطبقة الخارجية من هذا الهيكل مصنوعة من النايلون، والطبقة الوسطى من رقائق الألومنيوم، والطبقة الداخلية من طبقة اللحام الحراري، وكل طبقة ملتصقة بمادة لاصقة. يتميز هذا الهيكل بليونة ومرونة وقوة ميكانيكية عالية، كما يتمتع بعزل حراري ممتاز وقدرة فائقة على اللحام، بالإضافة إلى مقاومته العالية للتآكل الناتج عن المحاليل الإلكتروليتية والأحماض القوية.

باختصار

1) تُصنع البطارية الأسطوانية (ذات اللفائف الأسطوانية) عادةً من غلاف فولاذي وغلاف ألومنيوم. تتميز بتقنية متطورة، وحجم صغير، ومرونة في التجميع، وتكلفة منخفضة، وتناسق جيد؛ إلا أن تبديد الحرارة بعد التجميع يكون ضعيفًا، ووزنها ثقيل، وطاقتها النوعية منخفضة.

2) البطارية المربعة (ذات اللف المربع)، والتي كانت في معظمها ذات غلاف فولاذي في المراحل الأولى، أما الآن فهي ذات غلاف من الألومنيوم. تتميز بتبديد حراري جيد، وسهولة في التصميم ضمن مجموعات، وموثوقية عالية، وأمان عالٍ، بما في ذلك صمام مقاوم للانفجار، وصلابة عالية؛ وهي إحدى المسارات التقنية الرئيسية ذات التكلفة العالية، ونماذج متعددة، وصعوبة في توحيد المستوى التقني.

3) بطارية ذات غلاف مرن (من النوع المربع المصفح)، مع غشاء من الألومنيوم والبلاستيك كغلاف خارجي، تتميز بمرونة في تغيير الحجم، وطاقة نوعية عالية، ووزن خفيف، ومقاومة داخلية منخفضة؛ إلا أن قوتها الميكانيكية ضعيفة نسبياً، وعملية إحكام إغلاقها صعبة، وهيكلها معقد، وتبديد الحرارة فيها غير مصمم بشكل جيد، ولا يوجد بها جهاز مقاوم للانفجار، كما أنها سهلة التسرب، وتفتقر إلى التناسق، وتكلفتها مرتفعة.