بطارية الليثيوم-أيون

 

هي مصدر طاقة قابل لإعادة الشحن، يعمل عبر تفاعلات كيميائية داخلية تتحول فيها الطاقة الكيميائية* إلى طاقة كهربائية. يمكن فهمها ببساطة على أنها "علبة" تحتوي على قطبين ومادة داخلية تنظّم حركة الجسيمات، وهذه الحركة هي التي تسمح بإنتاج التيار الكهربائي.

داخل البطارية يوجد قطبان: القطب السالب (غالباً مصنوع من الكربون)، والقطب الموجب (مركّب معدني). وبينهما مادة تُسمّى الإلكتروليت، وهي مادة كيميائية تسمح بمرور أيونات الليثيوم فقط داخل البطارية، لكنها لا تسمح بمرور الإلكترونات. عند شحن البطارية، تكون أيونات الليثيوم مخزنة في القطب السالب.

عند تشغيل جهاز مثل الهاتف، تبدأ البطارية في التفريغ. في هذه اللحظة تتحرك أيونات الليثيوم داخل البطارية من القطب السالب نحو القطب الموجب عبر الإلكتروليت، وذلك للحفاظ على التوازن الكهربائي الداخلي. في الوقت نفسه، لا تستطيع الإلكترونات المرور داخل البطارية، لذلك تخرج عبر السلك الخارجي وتتحرك في الدائرة الكهربائية، وهذا التدفق للإلكترونات هو التيار الكهربائي الذي يشغّل الجهاز.

أما القطب الموجب، فهو لا "يحتوي إلكترونات جاهزة"، بل يعمل كمكان يستقبل الإلكترونات القادمة من الدائرة الخارجية، مما يسمح باستمرار التفاعل الكيميائي داخل البطارية.

عند شحن البطارية، يقوم الشاحن بتطبيق جهد كهربائي يعكس هذه العملية. فيُجبر الإلكترونات على العودة عبر الدائرة الخارجية إلى داخل البطارية، وفي الوقت نفسه تعود أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الإلكتروليت، لتُخزَّن الطاقة من جديد استعداداً للاستخدام.

بهذه الطريقة، تعمل البطارية عبر تفاعل منسّق بين حركة الأيونات داخلها وحركة الإلكترونات خارجها، حيث تقوم البطارية أساساً بفصل مسارات الشحنات وإجبار الإلكترونات على المرور في دائرة خارجية، وهو ما نستخدمه فعلياً ككهرباء.

وتتكرر هذه العملية مئات إلى آلاف المرات، مما يجعل بطاريات الليثيوم-أيون مناسبة للأجهزة الحديثة مثل الهواتف والحواسيب والسيارات الكهربائية.

*الطاقة الكيمائية هي شكلٌ من أشكال الطاقة الكامنة المخزّنة في الروابط بين الذرات والجزيئات. وتتحرر هذه الطاقة أو تُمتصّ عندما تحدث تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تكوين روابط جديدة أو تفكيك روابط قائمة