كثافة الطاقة هي أحد مؤشرات الأداء الرئيسيةبطارية ليثيوم أيونتشير كثافة الطاقة إلى كمية الطاقة التي يمكن تخزينها في البطارية لكل وحدة حجم أو كتلة. تُقاس كثافة الطاقة عادةً بوحدة واط/ساعة لكل كيلوغرام (Wh/kg) أو واط/ساعة لكل لتر (Wh/L). لحساب كثافة الطاقة لبطارية ليثيوم أيون، يجب مراعاة عدة معايير رئيسية، بما في ذلك سعة البطارية، ومتوسط جهد التشغيل، وكتلتها أو حجمها. فيما يلي شرح مفصل لكيفية حسابها.
مفهوم كثافة الطاقة
تشير كثافة الطاقة إلى كمية الطاقة المُخزّنة لكل وحدة حجم أو كتلة. وهي مؤشر أساسي لتقييم أداء البطارية. في مجال البطاريات،كثافة الطاقة الكتلية(واط/كجم) هو الأكثر استخدامًا، أي الطاقة التي تُطلقها البطارية لكل وحدة كتلة. كلما زادت كثافة الطاقة، زادت الطاقة التي تُنتجها البطارية بنفس الكتلة أو الحجم، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب تخزينًا عالي الطاقة.
صيغة الحساب
يمكن حساب كثافة الطاقة لبطارية ليثيوم أيون باستخدام الصيغة التالية:
كثافة الطاقة (واط/كجم) = (سعة البطارية المقدرة (آه)×متوسط جهد التشغيل للبطارية (فولت) / كتلة البطارية (كجم)
أين:
- سعة البطارية المقدرة (آه):كمية الشحنة التي تستطيع البطارية تفريغها في الظروف القياسية (عادةً عند درجة حرارة ٢٠ درجة مئوية ومعدل تفريغ ١ سيلومتر). على سبيل المثال، إذا كانت سعة البطارية المُصنّفة ١٠ أمبير/ساعة، فهذا يعني أنه في هذه الظروف، ستُستنفد طاقتها بعد ١٠ ساعات من التفريغ بمعدل ١ سيلومتر.
- متوسط جهد التشغيل للبطارية (فولت):متوسط جهد البطارية أثناء التفريغ، والذي يمكن تحديده عادةً عن طريق فحص منحنى تفريغ البطارية.
- كتلة البطارية (كجم):الكتلة الإجمالية للبطارية، بما في ذلك الأقطاب الكهربائية، والإلكتروليت، والفاصل، والغلاف، وجميع المكونات الأخرى.
خطوات الحساب
تحديد سعة البطارية المقدرة:
ابحث عن السعة المقدرة للبطارية، إما من ورقة بياناتها أو من خلال قياس تجريبي. على سبيل المثال، قد تكون سعة البطارية المقدرة 2.6 أمبير/ساعة.
تحديد متوسط جهد التشغيل للبطارية:
استخدم منحنى تفريغ البطارية لحساب متوسط جهد التشغيل. على سبيل المثال، قد يكون متوسط جهد التشغيل 3.7 فولت.
قياس كتلة البطارية:
قِس الكتلة الكلية للبطارية باستخدام ميزان دقيق. على سبيل المثال، قد تكون الكتلة الكلية للبطارية 0.5 كجم.
حساب كثافة الطاقة:
أدخل القيم في الصيغة:
كثافة الطاقة =(2.6 أمبير/ساعة × 3.7 فولت)/(0.5 كجم) = 19.24 واط/كجم
اعتبارات عملية
عند حساب كثافة الطاقة في التطبيقات الواقعية، يجب أيضًا أخذ العوامل التالية في الاعتبار:
كتلة المواد غير النشطة:تُضاف المواد غير النشطة في البطارية، مثل مُجمِّعات التيار، والمواد المضافة الموصلة، والمواد الرابطة، والفواصل، والإلكتروليتات، ومواد التغليف، إلى الكتلة الإجمالية للبطارية. يجب أخذ هذه العوامل في الاعتبار عند حساب كثافة الطاقة.
شكل البطارية والتغليف:يؤثر تصميم البطارية وتغليفها على نسبة المواد غير النشطة، مما يؤثر بدوره على كثافة الطاقة النهائية. تختلف أشكال وأنواع التغليف باختلاف نسب المواد النشطة وغير النشطة.
مثال
دعونا نستخدم مشترك18650بطارية ليثيوم أيونعلى سبيل المثال، المعايير الرئيسية هي كما يلي:
- القدرة المقدرة:2.6 أمبير/ساعة
- متوسط جهد التشغيل:3.7 فولت
- كتلة البطارية:0.5 كجم
باستخدام الصيغة:
كثافة الطاقة =(2.6 أمبير/ساعة × 3.7 فولت)/(0.5 كجم) = 19.24 واط/كجم
في هذه الحالة، تكون كثافة الطاقة لبطارية ليثيوم أيون 18650 هي19.24 واط/كجم.
خاتمة
كثافة الطاقة مقياس مهم لبطاريات أيونات الليثيوم، خاصةً عند تقييم أدائها في تطبيقات تخزين الطاقة. باتباع خطوات الحساب الموضحة أعلاه، يُمكن تقدير كثافة طاقة بطارية أيونات الليثيوم بناءً على سعتها المُصنّفة، ومتوسط جهدها، وكتلتها. يُتيح فهم كثافة الطاقة للمصنعين والمستهلكين مقارنة خيارات البطاريات المختلفة لتطبيقات مثل المركبات الكهربائية، والإلكترونيات الاستهلاكية، وحلول تخزين الطاقة المتجددة.
وقت النشر: ٢٠ يناير ٢٠٢٥