فوسفات حديد الليثيوم مقابل أيونات الليثيوم الحديدي

مقدمة

تُعد بطاريات فوسفات حديد الليثيوم وبطاريات أيونات الليثيوم من بين حزم الطاقة القابلة لإعادة الشحن الأكثر استخدامًا. وتُستخدم في العديد من الصناعات المختلفة. ولكل منهما مزاياه وعيوبه.

التركيب الكيميائي والبنية الكيميائية

يحتويفوسفات حديد الليثيوم على الليثيوم والحديد والفوسفات. وهي بنية مستقرة للغاية. عادةً ما تستخدم بطاريات أيونات الليثيوم أكسيد الليثيوم الكوبالت أو أشكاله المختلفة مع النيكل والمنغنيز والكوبالت. كيمياء أيونات الليثيوم أكثر تنوعًا. لديها حركة إلكترون أعلى ولكن على حساب الاستقرار الحراري.

كثافة الطاقة

بطاريات أيونات الليثيوم أكثر كثافة في الطاقة. فهي تتراوح سعتها من 150 إلى 200 واط ساعة لكل كيلوغرام. تبلغ سعة بطاريات فوسفات حديد الليثيوم حوالي 90 إلى 120 واط/ساعة لكل كيلوغرام. ومن الناحية العملية، يعني ذلك أن بطاريات أيونات الليثيوم تحمل طاقة أكبر في مساحة أقل. ولهذا السبب، يتم استخدامها على نطاق واسع في السلع الإلكترونية الاستهلاكية المحمولة.

دورة الحياة والمتانة

تتمتع بطاريات الليثيوم فوسفات الحديد بعمر دورة طويل للغاية. يمكن أن يكون لها أكثر من 2000 دورة شحن إذا تم استخدامها بشكل صحيح. تدوم بطاريات أيونات الليثيوم لمدة 500 إلى 1000 دورة. في حين أن بطاريات أيونات الليثيوم تعطي كثافة طاقة أكبر، إلا أنها تفقد قدرتها بسرعة أكبر مع مرور الوقت. وهذا يعني أنه بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب طول العمر، يمكن أن يكون فوسفات حديد الليثيوم خياراً أفضل.

السلامة والاستقرار الحراري

السلامة هي دائماً أولوية مع أي بطارية. ومن المعروف أن بطاريات فوسفات حديد الليثيوم معروفة بشكل خاص بأنها مستقرة حرارياً وآمنة للاستخدام. فهي تحتوي على تركيبة كيميائية أكثر قوة وأقل عرضة للسخونة الزائدة واشتعال النيران. ورغم أن بطاريات أيونات الليثيوم آمنة إذا استُخدمت بشكل صحيح، إلا أنها تتطلب تدابير إضافية للسلامة. فهي تعمل تحت مستويات إجهاد أعلى وتتطلب إدارة صارمة للبطارية لتجنب التلف.

خصائص الشحن/التفريغ

تقوم كلتا البطاريتين بالشحن والتفريغ بمعدل سريع جداً. بطاريات أيونات الليثيوم قادرة على التعامل مع طرق شحن أسرع ويمكنها بسهولة التعامل مع تيارات التفريغ العالية. توفر بطاريات فوسفات حديد الليثيوم معدل شحن وتفريغ ثابت ومعتدل. وهي توفر تياراً ثابتاً، وهو مناسب عند الحاجة إلى الاستقرار بدلاً من الشحن السريع.

التأثير البيئي وتوفر المواد

تستخدم بطاريات فوسفات حديد الليثيوم مواد أكثر انتشاراً وصديقة للبيئة. فالفوسفات والحديد موجودان في كل مكان وأقل تكلفة. وغالباً ما يستخدم الكوبالت والنيكل في بطاريات أيونات الليثيوم. ومن المحتمل أن يكون لهما إرث بيئي أكثر صرامة. يتم إنتاج هذه العناصر في بعض الأحيان في ظل قضايا أخلاقية وبيئية. وفيما يتعلق بالاستدامة، يتمتع فوسفات حديد الليثيوم بمزايا توافر المواد.

التطبيقات والملاءمة

لقد رأيت كلتا البطاريتين في الاستخدام الفعلي. تُستخدم بطاريات أيونات الليثيوم في الحواسيب المحمولة والهواتف المحمولة والسيارات الكهربائية التي تتطلب تخزين طاقة صغيرة الحجم. أما بطاريات فوسفات حديد الليثيوم فتستخدم في الحافلات الكهربائية والأنظمة الشمسية والاستخدامات التي تتطلب دورة حياة طويلة. قد تكون إحداهما أفضل من الأخرى حسب الحاجة إلى كثافة الطاقة أو دورة الحياة. على سبيل المثال، قد يختار مالك المنزل فوسفات حديد الليثيوم لموثوقيته ولكن قد يفضل مصمم الأدوات التقنية أيونات الليثيوم بسبب طاقته المدمجة.

مقارنة التكلفة

من المرجح أن تكون بطاريات فوسفات حديد الليثيوم أقل تكلفة. المواد الخام أقل تكلفة، وعملية التصنيع أبسط. قد تكون بطاريات أيونات الليثيوم مكلفة بناءً على إمكانات كثافة الطاقة العالية وأسعار المواد عالية الجودة. سيتعين على الميزانية واحتياجات الاستخدام الفعلي تحديد الاستثمار الأفضل.

جدول ملخص: فوسفات الحديد الليثيوم مقابل أيونات الليثيوم أيون

الخلاصة

قارنا في هذه المقالة بين بطاريات فوسفات حديد الليثيوم وبطاريات أيونات الليثيوم. هناك فوائد لكل نوع من البطاريات. ففوسفات حديد الليثيوم رائع من حيث السلامة، والعمر الافتراضي المرتفع للدورة، والتأثير البيئي الأقل. أما بطاريات أيونات الليثيوم فهي مرغوبة لكثافة الطاقة العالية وصغر الحجم. يعتمد اختيارك على ما هو مهم لتطبيقك. آمل أن تفيدك هذه النظرة العامة في اختيارك بناءً على الاختلافات الواضحة في التركيب والأداء والتكلفة. لمزيد من مقالات البطاريات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما هي البطارية التي تتمتع بعمر دورة أكبر؟

س: يمكن أن تتجاوز بطاريات فوسفات حديد الليثيوم عادةً 2000 دورة، أي أطول من معظم بطاريات أيونات الليثيوم.

و: ما البطارية الأكثر استخداماً في الأجهزة المحمولة؟

س: تُستخدم بطاريات أيونات الليثيوم على نطاق أوسع بسبب كثافة الطاقة العالية وصغر الحجم.

و: أيهما أكثر اخضرارًا؟

س: تستخدم بطاريات فوسفات حديد الليثيوم مواد أكثر وفرة وينتج عنها تأثير بيئي أقل.