1. المبادئ والتركيب الأساسي

بطاريات Ni-CD و Ni-Mh

المبدأ: تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل كيميائي. أثناء التفريغ، يتأكسد الكادميوم (Cd) عند القطب السالب إلى أيونات الكادميوم (Cd²⁺)، بينما يختزل هيدروكسيد النيكل (Ni(OH)₂) عند القطب الموجب إلى هيدروكسيد النيكل (NiOOH).

التركيب: يتكون من لوحة أنود (كادميوم)، ولوحة كاثود (هيدروكسيد النيكل)، وإلكتروليت (عادة محلول هيدروكسيد البوتاسيوم)، وكلها محاطة بغلاف معدني. بطارية هيدريد النيكل-المعدن

المبدأ: مشابه لبطاريات النيكل والكادميوم، ولكن مادة القطب السالب هي سبيكة تخزين هيدروجين تمتص الهيدروجين وتطلقه بشكل عكسي.

البناء: يتضمن أيضًا أنود (سبيكة تخزين الهيدروجين)، وكاثود (هيدروكسيد النيكل)، وإلكتروليت (محلول هيدروكسيد البوتاسيوم)، ولكن التصميم العام أكثر إحكاما وله كثافة طاقة أعلى.

بطارية ليثيوم أيون

المبدأ: يعتمد على حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الموجبة والسالبة لتخزين وإطلاق الطاقة. أثناء الشحن، تتحرك أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب؛ أثناء التفريغ، تنعكس الحركة.

البناء: يتكون عادة من قطب موجب (مثل أكسيد كوبالت الليثيوم أو فوسفات حديد الليثيوم)، وقطب سالب (الجرافيت أو مواد كربونية أخرى)، وإلكتروليت (ملح الليثيوم في مذيب عضوي)، وفاصل.

2. خصائص الأداء

كثافة الطاقة

بطاريات هيدريد النيكل-المعدن: كثافة طاقة منخفضة نسبيًا، ولكنها ثقيلة، مما يجعلها غير مناسبة للتطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة عالية.

بطاريات Ni-metal hydride: كثافة طاقة أعلى من بطاريات النيكل والكادميوم، ولكنها لا تزال أقل من بطاريات الليثيوم أيون.
بطاريات ليثيوم أيون: توفر أعلى كثافة طاقة، مما يوفر طاقة طويلة الأمد مع تقليل وزن الجهاز. تأثير الذاكرة

بطاريات النيكل والكادميوم: تظهر تأثير ذاكرة كبيرًا، مما يعني أن الشحن قبل التفريغ الكامل يمكن أن يتسبب في انخفاض سعتها تدريجيًا.

بطاريات هيدريد النيكل-المعدن: تأثير الذاكرة أقل وضوحًا، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب الشحن والتفريغ الجزئي المتكرر.

بطاريات ليثيوم أيون: لا تظهر أي تأثير ذاكرة تقريبًا ويمكن شحنها وتفريغها في أي وقت دون التأثير على سعتها.

معدل التفريغ الذاتي

بطاريات النيكل والكادميوم: لديها معدل تفريغ ذاتي مرتفع وتتطلب شحنًا منتظمًا عند عدم استخدامها لفترات طويلة لمنع الاستنزاف.

بطاريات هيدريد النيكل-المعدن: لديها معدل تفريغ ذاتي أقل وهي متفوقة على بطاريات النيكل والكادميوم.

بطاريات ليثيوم أيون: لديها أقل معدل تفريغ ذاتي ويمكنها الاحتفاظ بشحنة عالية حتى بعد التخزين طويل الأجل.

السلامة

بطاريات النيكل والكادميوم: قد تنتج غازات سامة في ظل درجات الحرارة المرتفعة أو ظروف الدائرة القصيرة، وتشكل خطرًا من ارتفاع درجة الحرارة.

بطاريات هيدريد النيكل-المعدن: أكثر أمانًا نسبيًا، ولكن يجب توخي الحذر لمنع الشحن الزائد والدائرة القصيرة.

بطاريات ليثيوم أيون: في حين أن التطورات التكنولوجية قد حسنت سلامتها، إلا أن الهروب الحراري وحتى الانفجار لا يزالان ممكنين في ظل الظروف القاسية، لذلك يجب الالتزام بإجراءات الاستخدام والصيانة الصارمة.

دورة الحياة

بطاريات النيكل والكادميوم: يمكن أن تدوم عادة مئات دورات الشحن والتفريغ. بطاريات هيدريد النيكل-المعدن: عمر دورة أطول، يصل عادة إلى آلاف الدورات.

بطاريات ليثيوم أيون: أطول عمر دورة، مع منتجات عالية الجودة قادرة على آلاف أو حتى عشرات الآلاف من دورات الشحن والتفريغ.

الصداقة البيئية

بطاريات النيكل والكادميوم: تحتوي على معدن الكادميوم الثقيل، وهو ضار بالبيئة ويتطلب معالجة وإعادة تدوير خاصة.

بطاريات Ni-metal hydride: خالية من المعادن الثقيلة، وهي صديقة للبيئة نسبيًا، ولكن لا يزال من الضروري التخلص السليم من البطاريات المستعملة.

بطاريات ليثيوم أيون: على الرغم من خلوها من المعادن الثقيلة، إلا أن المعالجة غير السليمة يمكن أن تؤدي إلى تسرب الإلكتروليت والتلوث البيئي، وبالتالي تتطلب إعادة تدوير احترافية.

3. التطبيق

بطاريات Ni-cadmium: نظرًا لتكلفتها المنخفضة ومقاومتها الممتازة للصدمات، فقد استخدمت على نطاق واسع في الأدوات الكهربائية والألعاب وغيرها من المجالات. ومع ذلك، مع التطورات التكنولوجية، فقد تم استبدالها تدريجياً بأنواع أخرى من البطاريات.

بطاريات Ni-metal hydride: مناسبة لأجهزة مثل الكاميرات الرقمية وأنظمة الصوت المحمولة والمصابيح اليدوية، فهي مفضلة لكثافة طاقتها العالية ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض. كما أنها تستخدم بشكل شائع في أنظمة الطاقة المساعدة للمركبات الهجينة والكهربائية.

بطاريات ليثيوم أيون: تستخدم على نطاق واسع في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والطائرات بدون طيار والمركبات الكهربائية وغيرها من المجالات. نظرًا لكثافة طاقتها العالية وعمرها الطويل ومعدل التفريغ الذاتي المنخفض، فقد أصبحت الحل المفضل للطاقة للأجهزة والمركبات الإلكترونية الحديثة.