بطاريات الليثيوم-كبريت مقابل بطاريات الليثيوم-أيون: تحليل مقارن

مقدمة

إن السيارات الكهربائية (EVs) على شفا تحول كبير، وفي قلب هذه الثورة توجد بطاريات الليثيوم والكبريت (Li-S). وتستعد مصادر الطاقة المبتكرة هذه لإعادة تعريف مستقبل السيارات الكهربائية من خلال تقديم مجموعة من المزايا المتميزة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية. نتناول في هذه المقالة المزايا الجذابة التي تتمتع بها بطاريات الليثيوم أيون (Li-S) في السيارات الكهربائية مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون، مما يدفعنا نحو وسيلة نقل أنظف وأكثر استدامة.

فهم بطاريات الليثيوم أيون (ليثيوم أيون)

إن بطاريات الليثيوم أيون، أو بطاريات ليثيوم أيون، هي مصدر الطاقة القياسي لمجموعة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية المحمولة. تعمل هذه البطاريات على أساس حركة أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب (الكاثود) والسالب (الأنود). أثناء التفريغ، تتحرك أيونات الليثيوم من الأنود إلى المهبط، لتوليد الطاقة الكهربائية. وبفضل سماتها الرائعة، مثل كثافة الطاقة العالية وعمر الدورة الطويل والتركيب الخفيف نسبيًا، برزت بطاريات الليثيوم أيون كخيار مهيمن لبطاريات السيارات الكهربائية (EV).

[1]

الشكل 1. بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion)

فهم بطاريات الليثيوم الكبريت (Li-S)

ومع ذلك، برزت بطاريات الليثيوم الكبريت (Li-S) كبديل واعد لبطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) التقليدية، وهي تستخدم عادة في السيارات الكهربائية. تستخدم بطاريات Li-S تفاعلاً كهروكيميائياً مختلفاً مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. وبالتحديد، يعمل الكبريت ككاثود، ويعمل معدن الليثيوم أو أيون الليثيوم كأنود. وتتميز بطاريات Li-S بكثافة طاقة أعلى ووزن أخف وتكاليف إنتاج أقل مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون، مما يجعلها جذابة للسيارات الكهربائية والتطبيقات الأخرى.

[2]

الشكل 2. بطاريات الليثيوم والكبريت (Li-S)

بطاريات الليثيوم الكبريت مقابل بطاريات الليثيوم أيون

دعونا نواصل سرد نقاط القوة والضعف في كل من بطاريات Li-S وبطاريات الليثيوم أيون وإمكانية تأثيرها على مستقبل السيارات الكهربائية.

1. كثافة طاقة غير مسبوقة:

تتباهى بطاريات Li-S بكثافة طاقة نظرية مثيرة للإعجاب تفوق كثافة طاقة بطاريات Li-ion. وهذا يعني أنه يمكن للسيارات الكهربائية المزودة ببطاريات Li-S تخزين المزيد من الطاقة في حدود الحجم أو الوزن نفسه، مما يؤدي إلى إطالة مدى القيادة بشكل كبير.

2. كفاءة الوزن الخفيف:

الكبريت، وهو أحد المكونات الرئيسية لبطاريات Li-S، ليس فقط وفيراً، ولكنه خفيف الوزن أيضاً. وتُترجم هذه الطبيعة خفيفة الوزن إلى انخفاض الوزن الإجمالي للسيارة، مما يعزز كفاءة الطاقة. وتساهم بطاريات Li-S في جعل السيارات الكهربائية أخف وزناً، والتي بدورها تتطلب طاقة أقل للتحرك، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة وإطالة عمر البطارية.

3. إمكانية الشحن السريع:

إحدى الميزات البارزة لهذه البطاريات هي قدرتها على الشحن السريع. حيث تسمح الموصلية العالية لهذه البطاريات بأوقات شحن أسرع، مما يجعل التوقف للشحن شبيهاً بالتزود بالوقود الأحفوري التقليدي. تعالج سهولة الشحن السريع أحد المخاوف الرئيسية لسائقي السيارات الكهربائية: القلق بشأن المدى.

4. انخفاض التكلفة:

الكبريت مادة رخيصة الثمن، مما قد يؤدي إلى انخفاض تكاليف إنتاج بطاريات Li-S مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم مواد مثل الكوبالت التي يمكن أن تكون باهظة الثمن وتخضع لمشاكل في سلسلة التوريد.

5. الملاءمة البيئية:

تتمتع بطاريات Li-S بإمكانية أن تكون أكثر ملاءمة للبيئة من نظيراتها من بطاريات الليثيوم أيون. فالكبريت مادة وفيرة وفعالة من حيث التكلفة، واستخراجها ومعالجتها أقل استهلاكاً للموارد مقارنة بمواد مثل الكوبالت المستخدم في بطاريات الليثيوم أيون. بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيب المبسط لبطاريات Li-S يمكن أن يسهل إعادة التدوير بسهولة أكبر ويقلل من البصمة البيئية.

6-دورة الحياة:

ومع ذلك، تميل بطاريات الليثيوم أيون إلى أن يكون لها دورة حياة أطول مقارنة ببطاريات Li-S. لطالما عانت بطاريات Li-S تاريخياً من عمر أقصر، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انحلال الكبريت في الإلكتروليت أثناء دورات الشحن والتفريغ. يعمل الباحثون بنشاط لتحسين دورة حياة بطاريات Li-S.

7-السلامة:

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بسجل حافل بالسلامة في تطبيقات السيارات الكهربائية. من ناحية أخرى، واجهت بطاريات Li-S تحديات تتعلق بالسلامة، بما في ذلك المشاكل المتعلقة بتكوين كبريتيد الليثيوم، والذي يمكن أن يكون غير مستقر. ويظل ضمان سلامة بطاريات Li-S محور تركيز مهم للبحث والتطوير.

قراءة ذات صلة: نظرة عامة على تطبيقات الليثيوم

الخلاصة

باختصار، تستعد مزايا بطاريات الليثيوم والكبريت (Li-S) الكهربائية لإحداث ثورة في عالم السيارات الكهربائية. فهي توفر بديلاً مقنعاً لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية بفضل كثافة طاقتها الاستثنائية وكفاءتها الخفيفة وتكلفتها المنخفضة وقدرات الشحن السريع وملاءمتها للبيئة. ومع استمرار التقدم في البحث والتطوير في هذا المجال، تمضي بطاريات Li-S قدماً في هذا المجال، مما يمهد الطريق لمستقبل أكثر اخضراراً واستدامة للتنقل الكهربائي.

تُعدّ Stanford Advanced Materials (SAM) مورداً رائداً لمنتجات مختلفة، بما في ذلك بطاريات الليثيوم أيون ومجموعة متنوعة من البطاريات المتقدمة. أرسل لنا استفساراً إذا كنت مهتماً.

مرجع:

[1] نظرة عامة على مشكلات السلامة الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون لتطبيقات المركبات الكهربائية - الشكل العلمي على موقع ResearchGate. متاح من: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-the-Lithium-ion-battery_fig2_324929541 [تم الوصول إليه في 7 سبتمبر 2023]

[2] بطارية ليثيوم كبريت. (2023، 20 أغسطس 2023). في ويكيبيديا. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium%E2%80%93sulfur_battery