لماذا تحتوي بطاريات الليثيوم المصنوعة من مواد مختلفة على جهد مختلف؟

فرق جهد القطب

يُحدَّد جهد بطارية الليثيوم من خلال جهد أقطاب المواد المستخدمة. ويؤدي اختلاف جهد الأقطاب إلى اختلافات في جهد البطارية. عادةً ما يُصنع القطب الموجب لبطارية أيون الليثيوم من أكسيد معدن الليثيوم، بينما يُصنع القطب السالب من مواد مثل الجرافيت أو الأنابيب النانوية الكربونية. أثناء الشحن والتفريغ، تحدث تفاعلات أكسدة واختزال بين القطبين الموجب والسالب، مما يُولِّد جهدًا. ويؤدي اختلاف جهد أكسدة واختزال المواد المختلفة إلى اختلاف جهد البطارية.

اختلافات نوع المادة

تختلف أنواع بطاريات الليثيوم، مثل بطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4)، وبطاريات الليثيوم الثلاثية، وبطاريات أكسيد كوبالت الليثيوم (LiCoO2)، في جهدها الكهربائي تبعًا للمواد المستخدمة. على سبيل المثال، يبلغ الجهد الاسمي لبطارية فوسفات حديد الليثيوم 3.2 فولت، بينما يبلغ الجهد الاسمي لبطارية الليثيوم الثلاثية وبطارية أكسيد كوبالت الليثيوم 3.7 فولت. ويعود ذلك أساسًا إلى اختلاف مواد أقطابها الموجبة، مما يؤدي إلى اختلاف الجهد الكهروكيميائي، مما يؤدي إلى اختلاف جهد البطارية.

تأثير الإلكتروليت

على الرغم من أن أنواع بطاريات الليثيوم المختلفة تستخدم جميعها إلكتروليتات أملاح الليثيوم، إلا أن الجهد الإجمالي للبطارية قد يختلف بسبب اختلاف مواد الأقطاب الموجبة والسالبة. يلعب الإلكتروليت دورًا رئيسيًا في توصيل الأيونات داخل البطارية، ويمكن أن تؤثر خصائصه على أداء جهد البطارية.

فيما يلي الفولتية الاسمية لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم:

• فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4): 3.2 فولت
• بطارية الليثيوم الثلاثية (NCM/NCA): 3.7 فولت
• أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO2): 3.7 فولت
• أكسيد الليثيوم والمنجنيز (LiMn2O4): 3.7 فولت
• الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت (LiNiMnCoO2): 3.6 فولت – 3.7 فولت
• تيتانات الليثيوم (Li4Ti5O12): 2.4 فولت
• بوليمر الليثيوم (LiPo): 3.7 فولت
• أكسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA): 3.6 فولت – 3.7 فولت
• فوسفات الليثيوم والمنجنيز (LiMnPO4): 3.2 فولت
• بطارية أيون الصوديوم (Na-ion): 3.0 فولت – 3.3 فولت
• بطارية ليثيوم الحالة الصلبة: 3.7 فولت (يختلف حسب الكيمياء)

هذه هي الفولتية الاسمية النموذجية، على الرغم من أن الفولتية الفعلية يمكن أن تختلف قليلاً بناءً على الكيمياء المحددة، والتصميم، والشركة المصنعة للبطارية.

خاتمة

تختلف أنواع بطاريات الليثيوم باختلاف جهدها الاسمي، ويتأثر ذلك بشكل رئيسي بالمواد المستخدمة في الأنود والكاثود والإلكتروليت. على سبيل المثال، يبلغ جهد بطاريات LiFePO4 حوالي 3.2 فولت، بينما يبلغ جهد بطاريات LiCoO2 وبطاريات LiFePO3 عادةً 3.7 فولت. يُعد اختيار نوع البطارية والجهد المناسبين أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء وضمان السلامة.