I. مقدمة
لقد أصبح وجود ظاهرة التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم عاملاً مهمًا يحد من أدائها وعمرها. في هذه الورقة، تتم مناقشة المبدأ والعوامل المؤثرة والتدابير المضادة للتفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم.

ثانيا، مبدأ التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم

يشير التفريغ الذاتي إلى ظاهرة فقدان سعة البطارية تلقائيًا عندما لا يتم شحنها وتفريغها. بالنسبة لبطاريات الليثيوم، يتجلى التفريغ الذاتي بشكل أساسي في تفاعل أكسدة أيونات الليثيوم السالبة، مما يؤدي إلى دمج أيونات الليثيوم بشكل لا رجعة فيه في المادة الموجبة. ويصاحب هذه العملية نقل الإلكترونات، مما يقلل من إمكانات البطارية ويؤدي في النهاية إلى انخفاض سعة البطارية.

ثالثا، العوامل المؤثرة على التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم

1. مواد القطب الموجب والسالب: إن اختيار مواد القطب الموجب له تأثير كبير على التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. وبشكل عام فإن وجود العناصر المعدنية الانتقالية في المواد الموجبة يزيد من معدل التفريغ الذاتي. يؤثر هيكل وخصائص مادة الأنود أيضًا على أداء التفريغ الذاتي، مثل تباعد طبقة الجرافيت وحجم الجسيمات.
2. تكوين المنحل بالكهرباء: إن تكوين المنحل بالكهرباء له تأثير مهم على سلوك التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. يمكن أن يؤدي تفاعل تحلل المنحل بالكهرباء والتخميل على سطح القطب إلى التفريغ الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الاستقرار الكهروكيميائي ونقطة وميض المنحل بالكهرباء أيضًا على أداء التفريغ الذاتي.
3. درجة الحرارة: تعتبر درجة الحرارة عاملاً مهمًا يؤثر على التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. عند درجة الحرارة المرتفعة، تزداد تفاعلية مادة الإلكترود ويتسارع تفاعل التفريغ الذاتي. وفي الوقت نفسه، ستؤثر درجة الحرارة المرتفعة أيضًا على الخواص الفيزيائية والكيميائية للمحلول بالكهرباء، وتؤثر بشكل أكبر على أداء التفريغ الذاتي.
4. وقت التخزين وحالة الشحن: يتسارع معدل التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم مع زيادة وقت التخزين، وسيكون لحالة الشحن أيضًا تأثير على التفريغ الذاتي. بشكل عام، كلما ارتفعت حالة شحن بطارية الليثيوم، زاد معدل تفريغها الذاتي.
يعد التفريغ الذاتي للبطارية عملية فيزيائية وكيميائية معقدة، تتضمن العديد من العوامل، بما في ذلك عملية تصنيع البطارية ونوع المادة والظروف البيئية وما إلى ذلك. في الإنتاج الفعلي، يُظهر التفريغ الذاتي للبطارية انتظامًا معينًا للوقت. فيما يلي انتظام التفريغ الذاتي للبطارية في الإنتاج الفعلي. تختلف الأنظمة المختلفة لوقت رفوف البطارية، ويختلف اكتشاف الجهد المنخفض لقيمة الذروة السيئة

رابعا، تقليل استراتيجية التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم

1. تعديل مادة القطب الموجب: من خلال تعديل تكوين وهيكل مادة القطب الموجب، يمكن تقليل معدل التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم. على سبيل المثال، عن طريق إضافة عناصر معينة لتثبيت هيكل مادة القطب الموجب، أو عن طريق اعتماد مادة قطب موجب عالية السعة لتقليل كمية تضمين أيون الليثيوم.
2. تحسين مادة الأنود: تحسين هيكل وخصائص مواد الأنود يمكن أن يقلل بشكل فعال من التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. على سبيل المثال، اختيار مواد الجرافيت مع تباعد طبقات كبيرة، أو استخدام مواد الأنود ذات البنية النانوية لتحسين القدرة التخزينية لأيونات الليثيوم.
3. اختيار المنحل بالكهرباء وتعديله: يعد اختيار المنحل بالكهرباء ذو ​​الثبات الكهروكيميائي العالي والتفاعل المنخفض طريقة فعالة لتقليل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تعديل الإلكتروليت عن طريق إضافة أملاح الإلكتروليت أو إضافات أخرى لتقليل تحلله وتخميله على سطح القطب الكهربائي.
4. نظام إدارة البطارية: يمكن أن يؤدي استخدام نظام إدارة البطارية المتقدم (BMS) إلى مراقبة وإدارة حالة العمل وحالة شحن بطاريات الليثيوم بشكل فعال، وبالتالي تقليل معدل التفريغ الذاتي. يمكن لـ BMS مراقبة جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى في الوقت الفعلي، وضبط حالة العمل وحالة شحن البطارية وفقًا لهذه المعلمات لإطالة عمر خدمة البطارية.
5. التحكم في حالة التخزين: ظروف التخزين المناسبة مهمة جدًا لتقليل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم. يمكن أن يؤدي تخزين البطارية تحت ظروف درجة الحرارة والرطوبة المناسبة إلى إبطاء تقدم تفاعل القطب الكهربائي، وبالتالي تقليل معدل التفريغ الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لدورات الشحن والتفريغ المنتظمة للبطارية أن تخفف بشكل فعال من ظاهرة التفريغ الذاتي.
6. هياكل ومواد جديدة: مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، يستمر ظهور هياكل ومواد جديدة للبطاريات. على سبيل المثال، تتمتع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بأمان أعلى وكثافة طاقة ودورة حياة لأنها تستخدم إلكتروليتات الحالة الصلبة بدلاً من الإلكتروليتات السائلة التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع أنظمة البطاريات الجديدة مثل بطاريات الليثيوم-الكبريت وبطاريات الليثيوم-الهواء أيضًا بإمكانات تطوير كبيرة، ومن المتوقع أن تحل مشكلة التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم في المستقبل.
7. إعادة التدوير وإعادة التدوير: بالنسبة لبطاريات الليثيوم المستخدمة، يمكن تقليل معدل التفريغ الذاتي عن طريق إعادة التدوير وإعادة التدوير. ومن خلال إعادة تدوير المواد المفيدة في البطاريات القديمة، بعد معالجتها ومن ثم استخدامها في إنتاج بطاريات الليثيوم الجديدة، فإنه لا يمكن فقط تقليل هدر الموارد، ولكن أيضًا تقليل تكاليف الإنتاج والتلوث البيئي.

الخامس . خاتمة

بشكل عام، يعد التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم مشكلة معقدة تنطوي على عدة عوامل. من أجل تقليل معدل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم، يمكن البدء في اختيار المواد، وتعديل المنحل بالكهرباء، والتحكم في حالة التخزين، ونظام إدارة البطارية وجوانب أخرى. وفي الوقت نفسه، يعد الاهتمام بتطوير هياكل ومواد جديدة للبطاريات أيضًا هو المفتاح لحل هذه المشكلة. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا وتوسيع مجالات التطبيق، لدينا سبب للاعتقاد بأن المستقبل يمكن أن يتحكم بشكل أفضل في مشكلة التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم وحلها، وذلك لتلبية احتياجات الناس من الطاقة بشكل أفضل والسعي لحماية البيئة. .