في العقدين الماضيين ، بطاريات الليثيوم أيون تم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ومصادر الطاقة المحمولة بسبب أدائها المتميز. يتم تفضيلها لكثافة الطاقة العالية، ودورة الحياة الطويلة، وتأثير الذاكرة البسيط، وتصميم الشكل الذي يمكن التحكم فيه، والدور الذي تلعبه في حياة الناس مهم للغاية.
ليس هذا فحسب، ففي السنوات الخمس الماضية، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون معروفة أيضًا كأفضل مصدر للطاقة للسيارات الكهربائية الهجينة (HEVs)، والمركبات الكهربائية الهجينة، والمركبات الكهربائية. ومع ذلك، على الرغم من أنها توفر راحة كبيرة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون تجلب أيضًا بعض المخاطر المحتملة، وتحدث الحوادث الناجمة عن الاحتراق والانفجار في بعض الأحيان.
نظرًا لأن بطاريات الليثيوم أيون تحتل مكانة متزايدة الأهمية في حياة الناس، فقد اجتذب أداء السلامة الخاص بها المزيد والمزيد من الاهتمام. سنناقش هنا سبب استمرار كون بطاريات الليثيوم أيون أحد مصادر الطاقة الأكثر موثوقية لدينا وما الذي يتم فعله لضمان بقائها آمنة.
جدول المحتويات
لماذا تعد بطاريات الليثيوم أيون جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية؟
قضايا سلامة بطارية ليثيوم أيون
مؤشر تقييم أداء سلامة بطارية ليثيوم أيون
استراتيجيات تحسين سلامة بطارية ليثيوم أيون
توصيات استخدام البطارية وصيانتها
لماذا تعد بطاريات الليثيوم أيون جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية؟
منذ نهاية القرن التاسع عشر إلى بداية القرن العشرين، ومع تقدم العلوم والتكنولوجيا والحاجة إلى التطور الصناعي، أصبحت الطاقة الكهربائية مصدر طاقة لا غنى عنه للإنسان. لقد بحثنا منذ فترة طويلة عن الأجهزة التي يمكنها تخزين الطاقة الكهربائية بكفاءة، وتجربة المكثفات، وتخزين طاقة الهواء المضغوط، وتخزين طاقة الهواء السائل، وما إلى ذلك، واستقرينا أخيرًا على البطاريات الكيميائية.
يمكن إرجاع أقدم بطارية كيميائية إلى بطارية الرصاص الحمضية خلال القرن التاسع عشر. وبعد 19 عام من التطوير المستمر، ولدت بطارية الليثيوم أيون. نظرًا لكثافة الطاقة العالية ودورة الحياة العالية والتلوث البيئي المنخفض وعوامل أخرى، سرعان ما أصبحت بطاريات الليثيوم أيون البطارية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع حول العالم.
تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون الآن في مجالات مختلفة، خاصة في الطاقة والاتصالات والبحث العلمي والفضاء والصناعات الناشئة. وفقًا للإحصاءات، في عام 2016، بلغت القدرة السوقية لبطاريات الليثيوم أيون في الصين 65.4 جيجاوات في الساعة، وعلى مدى السنوات الخمس التالية، نمت لتصل إلى 324.0 جيجاوات في الساعة في عام 2021. وبين عامي 2016 و2020، زادت حصة السوق العالمية لشركات بطاريات الليثيوم الصينية من 50 % إلى 73%. ثم، بسبب تأثير الوباء، انخفضت إلى 70%.
قضايا سلامة بطارية ليثيوم أيون
المخاطر في عملية الإنتاج
يتمتع الليثيوم بخصائص كيميائية نشطة للغاية، لذا في عملية الإنتاج، فإن مادة القطب الكهربائي والكهارل في بطاريات الليثيوم أيون مع ارتفاع درجة الحرارة الداخلية، تشكل خطرًا على السلامة. من ناحية أخرى، فإن استخدام نظام الإلكتروليت، بسبب انخفاض جهد تحلل المذيبات العضوية، من السهل أن يتأكسد، مما يتسبب في اشتعال البطارية أو حتى انفجارها في حالة حدوث تسرب. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هيكل مادة القطب الكهربائي واختيار الحجاب الحاجز أو المنحل بالكهرباء، وما إلى ذلك، قد يشكل مشاكل إضافية تتعلق بالسلامة.
المخاطر الأمنية أثناء الاستخدام
أثناء الاستخدام، تشكل بطاريات الليثيوم أيون أيضًا مخاطر على السلامة. على سبيل المثال، قد يؤدي الإفراط في الشحن والتفريغ أثناء الاستخدام إلى تلف البنية الداخلية للبطارية، مما يؤدي إلى تسرب البطارية وحدوث الحرائق ومشاكل أخرى. ومع ذلك، مع التحسين المستمر ونضج تكنولوجيا نظام إدارة البطارية (BMS)، أصبح هذا الأمر غير مرجح. بالإضافة إلى ذلك، عند الضغط على بطارية الليثيوم أيون أو ثقبها أو اصطدامها، قد يتلف الهيكل الداخلي للبطارية، مما يؤدي إلى حدوث مشكلات مماثلة.
مخاطر السلامة أثناء إعادة التدوير
ومع الاستخدام الواسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيون، يتزايد أيضًا عدد البطاريات المتقاعدة عامًا بعد عام. أثناء عملية إعادة تدوير البطاريات التي تم إيقاف تشغيلها، قد تتسرب مواد سامة مثل الكوبالت والنيكل من البطاريات، مما يشكل تهديدًا للبيئة وصحة الإنسان. إذا تعرض الهيكل الداخلي للبطارية للتلف أو تم إطلاق الطاقة الكهربائية المتبقية، فإن احتمال نشوب حريق يصبح أيضًا أكثر احتمالًا.
مؤشر تقييم أداء سلامة بطارية ليثيوم أيون
أدناه، سنلقي نظرة على مؤشر تقييم السلامة لبطاريات الليثيوم أيون لفهم ما تشير إليه التقييمات المختلفة بشكل أفضل:
IEC62133 هو معيار اختبار السلامة لبطاريات وبطاريات الليثيوم أيون، بالإضافة إلى متطلبات السلامة لاختبار البطاريات الثانوية والبطاريات التي تحتوي على إلكتروليتات قلوية أو غير حمضية. يتم استخدامه لاختبار LiBs المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والتطبيقات الأخرى. تتناول IEC62133 المخاطر الكيميائية والكهربائية والمشكلات الميكانيكية مثل الاهتزاز والصدمات التي يمكن أن تشكل تهديدًا للمستهلكين والبيئة.
الأمم المتحدة/DOT38.3 (المعروف أيضًا باسم اختبار T1-T8 وUNST/SG/AC.10/11/Rev.5) يغطي جميع اختبارات سلامة النقل لبطاريات LIBs وبطاريات الليثيوم المعدنية والبطاريات بشكل عام. يتكون معيار الاختبار من ثمانية اختبارات (T1-T8)، تركز جميعها على مخاطر نقل محددة. UN/DOT38.3 هو معيار لإصدار الشهادات الذاتية ولا يتطلب اختبارًا مستقلاً من طرف ثالث، ولكن استخدام مختبرات اختبار من طرف ثالث أمر شائع للحد من مخاطر التقاضي في حالة وقوع حادث.
IEC62619 يغطي معايير السلامة لبطاريات الليثيوم الثانوية وحزم البطاريات ويحدد متطلبات تطبيق السلامة لـ LIB في الإلكترونيات والتطبيقات الصناعية الأخرى. متطلبات الاختبار القياسية IEC62619 مناسبة للتطبيقات الثابتة والديناميكية. تشمل التطبيقات الثابتة الاتصالات السلكية واللاسلكية، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وأنظمة تخزين الطاقة الكهربائية، ومفاتيح المرافق، وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ، والتطبيقات المماثلة. تشمل تطبيقات الطاقة الرافعات الشوكية، وعربات الجولف، والمركبات الموجهة الآلية (AGVs)، والسكك الحديدية، والسفن، باستثناء مركبات الطرق.
UL1642 هو معيار UL لسلامة بطارية الليثيوم، والذي يحدد المتطلبات القياسية لبطاريات الليثيوم الأولية والثانوية المستخدمة كمصادر للطاقة في المنتجات الإلكترونية. تشمل التغطية الفنية بطاريات الليثيوم التي يستخدمها الفنيون المحترفون وكذلك تلك التي يستخدمها المستخدمون العاديون. يجب أن تحتوي بطاريات الليثيوم التي يستخدمها الفنيون المحترفون على 5 جرامات أو أقل من معدن الليثيوم لكل وحدة بطارية، في حين يجب ألا يتجاوز المحتوى الموجود في البطاريات المخصصة لاستخدام المستهلك 1 جرام. تتطلب البطاريات التي تتجاوز هذه المعايير مزيدًا من الفحص والاختبار لتحديد ما إذا كان يمكن استخدام البطارية للغرض المقصود منها. لا يغطي UL1642 مخاطر السمية الناتجة عن ابتلاع بطاريات الليثيوم، أو التعرض لمعدن الليثيوم بسبب تلف البطارية أو قطعها.
UL2580 هو معيار سلامة بطارية UL للسيارات الكهربائية ويتكون من عدد من الاختبارات، بما في ذلك: قصر دائرة البطارية ذات التيار العالي، وضغط البطارية، وضغط خلية البطارية (عموديًا)
استراتيجيات تحسين سلامة بطارية ليثيوم أيون
تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة والإلكترونيات الاستهلاكية وغيرها من المنتجات، وترتبط سلامتها ارتباطًا مباشرًا بحياة الناس. قد تؤدي حوادث البطاريات، مثل تلك الناجمة عن الانفلات الحراري والانفجارات وما إلى ذلك، إلى وقوع إصابات خطيرة وخسائر في الممتلكات.
تشمل بعض التطورات الحديثة المتعلقة بسلامة بطاريات الليثيوم أيون ما يلي:
التطورات التكنولوجية الجديدة
إن إدخال تقنيات أمان جديدة، مثل شريط Ecovolta المدلفن على البارد المطلي بالنيكل كهربائيًا والمصنوع من موصلات البطارية، والذي يقوم تلقائيًا بفصل البطاريات المعيبة عن بقية مجموعة البطارية عند ظهور مشكلة، يساعد على تجنب وقوع الحوادث. بالإضافة إلى ذلك، يتم باستمرار تحسين التصميمات الهيكلية لحزم البطاريات من خلال مواد أقوى وتكنولوجيا تعبئة عالية القوة لمساعدتها على تحمل الصدمات الخارجية.
تحسين أنظمة إدارة البطارية (BMS)، وتعزيز المراقبة في الوقت الفعلي لحالة حزمة البطارية، واكتشاف الحالات الشاذة ومعالجتها في الوقت المناسب. بالإضافة إلى ذلك، يتم باستمرار تطوير وتنفيذ مواد بطاريات أكثر أمانًا، مثل التركيبات المحسنة في الأقطاب الكهربائية الموجبة، والأقطاب الكهربائية السالبة، والإلكتروليتات وذلك لتقليل خطر الانفلات الحراري.
تتضمن الاستراتيجيات الأخرى تحسين تصميم البطارية، مثل استخدام أقطاب الأغشية الرقيقة وأنودات السيليكون وغيرها من التقنيات الجديدة لتحسين الاستقرار الحراري للبطارية. كما أن زيادة أجهزة حماية البطارية، مثل إضافة مواد مثبطة للهب بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، والأغشية المقاومة للانفجار، وما إلى ذلك، تساعد أيضًا في تقليل تأثير قصر الدائرة الكهربائية والهروب الحراري.
بحث علمي
بشكل عام، تتكون معظم بطاريات الليثيوم أيون من أغشية بولي أوليفين، وإلكتروليتات عضوية سائلة (بما في ذلك كربونات الفينيل، وكربونات ثنائي إيثيل، وكربونات ثنائي ميثيل)، وأملاح الليثيوم، والأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. يعتبر انخفاض الاستقرار الحراري وقابلية الاشتعال للحجاب الحاجز والكهارل بشكل عام من الأسباب الرئيسية لاحتراق وانفجار بطاريات الليثيوم أيون. لذلك، من المهم جدًا تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون من منظور الحجاب الحاجز والإلكتروليتات. فمن ناحية، من خلال دمج مثبطات اللهب السائلة القائمة على الفوسفات، يمكن للباحثين تحقيق انخفاض كبير في قابلية اشتعال الإلكتروليتات وتحسين الأداء الكهروكيميائي لبطاريات الليثيوم. يمكن لجذور الفوسفور والأكسجين المنتجة في درجات حرارة عالية أن تحبس الجذور الحرة الناتجة عن الاحتراق بشكل فعال لإنهاء الاحتراق. من ناحية أخرى، طور الباحثون عددًا كبيرًا من الأغشية غير العضوية، والتي تستخدم على نطاق واسع لتحسين الاستقرار الحراري ومسامية الأغشية، مما يمنح بطاريات الليثيوم أيون أداء أمان أعلى وأداء كهروكيميائيًا ممتازًا.
أنظمة إعادة تدوير الصوت
كما ذكرنا سابقًا، مع الاستخدام واسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيون، يتزايد أيضًا عدد البطاريات المتقاعدة عامًا بعد عام، كما أن إنشاء نظام سليم لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون له أهمية كبيرة للاستخدام الرشيد لبطاريات الليثيوم أيون. الموارد وحماية البيئة وتعزيز تطوير صناعة الطاقة الجديدة. يتضمن إنشاء نظام بطارية ليثيوم أيون تم إيقاف تشغيله العديد من الجوانب، بما في ذلك تخزين البطارية وإدارة النقل، والبحث والتطوير في مجال تكنولوجيا إعادة التدوير، وتصميم البطارية، وإنشاء نظام مصدر جديد، والدعاية، والتعميم. بالنسبة للأفراد، من المهم أيضًا استكمال إرشادات إعادة التدوير الآمنة بفهم مخاطر البطاريات، والممارسة الآمنة لإعادة تدوير البطاريات وفقًا للوائح.
في حين أن بطاريات الليثيوم أيون تشكل مخاطر معينة على السلامة أثناء عملية الإنتاج والاستخدام وإعادة التدوير، إلا أنه يمكن تحسين سلامتها بشكل فعال من خلال تحسين عملية الإنتاج، وتعزيز استخدام التوجيه والإشراف، وإنشاء نظام سليم لإعادة التدوير والمعالجة. في المستقبل، مع التقدم المستمر للتكنولوجيا وتطبيق مواد جديدة، يُعتقد أن أداء السلامة لبطاريات الليثيوم أيون سيتم تحسينه بشكل أكبر، مما يوفر المزيد من الراحة والأمان لحياتنا.
توصيات استخدام البطارية وصيانتها
الشحن الصحيح: استخدم أجهزة الشحن الأصلية أو المتوافقة مع البطارية للشحن، وتجنب استخدام أجهزة الشحن غير المتوافقة. لا تدع البطارية تفرغ بالكامل قبل الشحن؛ حاول الشحن عندما تكون البطارية أقل من 20%. عند الشحن، اختر الشحن البطيء، إذا كان متاحًا، وتجنب الشحن السريع لإطالة عمر البطارية.
الاستخدام الصحيح: تجنب التشغيل بأحمال عالية لفترة طويلة حتى لا تتسبب في ارتفاع درجة حرارة البطارية. في ظل الاستخدام العادي، يجب الحفاظ على البطارية في درجة حرارة مناسبة، وعدم تعريض البطارية لدرجات حرارة عالية أو منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، تجنب ترك البطارية في وضع السكون لفترة طويلة حتى لا يتسبب ذلك في تراجع أداء البطارية.
التخزين: إذا كنت لا تنوي الاحتفاظ بالبطارية لفترة طويلة من الوقت، فقم بتخزينها في بيئة جافة وباردة (مقارنة ببيئة ذات درجات حرارة مرتفعة أو منخفضة). عند تخزينها، يجب أن تكون طاقة البطارية حوالي 50% للمساعدة في إطالة عمر البطارية.
تجنب الإفراط في الشحن والتفريغ: لا تشحن البطارية إلى 100% أو تتركها تفرغ إلى 0% – حاول أن تبقيها في نطاق 20-80%. يمكن أن يؤدي الشحن الزائد والتفريغ إلى تقصير عمر البطارية.
تحقق من أداء البطارية بانتظام: إذا وجدت أن عمر البطارية انخفض بشكل كبير أو انخفض الأداء، فافحص البطارية أو استبدلها حسب الضرورة.
لمزيد من الحلول التجارية، ولمحات عامة عن الصناعة، ووجهات نظر جديدة حول أفكار الأعمال، تأكد من الاشتراك فيها يقرأ موقع Chovm.com.
