عندما ينخفض مستوى بطارية هاتفك، قد يكون "قلق البطارية" ساحقًا. ونتيجة لذلك، أصبحت بنوك الطاقة "ضرورة" أثناء السفر أو رحلات العمل، تمامًا مثل بطاقة الهوية أو المحفظة. ففي النهاية، في بيئة غير مألوفة، يبدو الهاتف الميت وكأنه انقطاع رقمي. يفشل التنقل، ويتم رفض المدفوعات، ولا يمكنك الاتصال بأي شخص. يمكن أن يؤدي هذا الشعور بالذعر إلى فقدان توازنك حقًا. ومع ذلك، فقد هزت حوادث اشتعال بنوك الطاقة الأخيرة الصناعة، مما أثار مناقشات واسعة النطاق حول سلامتها. في 26 يونيو 2025، أصدرت إدارة الطيران المدني في الصين لوائح جديدة تحظر بنوك الطاقة غير المتوافقة. واشترطت الإدارة أن تكون حاصلة على شهادة 3C قبل ركوب الطائرة. بدأت المشكلة في 20 مارس 2025، عندما اشتعلت النيران في بطارية ليثيوم في حجرة الأمتعة في رحلة من هانغتشو إلى هونغ كونغ، مما تسبب في هبوط اضطراري.
1 لماذا تشتعل بطاريات الليثيوم؟
كشف التحقيق أن الحريق نجم عن ماس كهربائي في بطارية روموس بسعة 20,000 مللي أمبير/ساعة. وفي 31 مايو و13 يونيو، وقع حادثان مماثلان على متن رحلات جوية. غالبًا ما تتجلى مشاكل السلامة في بطاريات الليثيوم أيون في حرائق أو حتى انفجارات. ويكمن السبب الجذري لهذه المشاكل في الانفلات الحراري داخل البطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لعوامل خارجية، مثل الشحن الزائد، ومصادر الحريق، والضغط، والثقوب، وقصر الدائرة الكهربائية، أن تُسبب مشاكل تتعلق بالسلامة. يُعد انبعاث الغاز أحد العلامات الرئيسية لتعطل بطارية الليثيوم أيون.
عندما تشتعل بطارية ليثيوم أيون، فإنها تُطلق بسرعة كمية كبيرة من الدخان الأبيض، الذي يتكون أساسًا من بخار أو نواتج تحلل إلكتروليت البطارية. في المراحل الأولى من الحريق، يُعد اختلاف لون الدخان من أبرز السمات التي تُميز حرائق بطاريات الليثيوم أيون عن الحرائق العادية. بعد التسرب الحراري، تختلط الغازات القابلة للاشتعال المنبعثة من البطارية بالهواء لتكوين خليط متفجر. عند التعرض للجسيمات عالية الحرارة المنبعثة من البطارية، قد يحدث انفجار موضعي، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بأصوات انفجار في المراحل الأولى من الحريق.
2 إجراءات لمنع انفجارات بطاريات الليثيوم
قضايا السلامة المتعلقة ببطاريات الليثيوم أيون معقدة ومتعددة الجوانب. يتمثل أكبر خطر على السلامة في حدوث قصر كهربائي داخلي عشوائي، مما يؤدي إلى عطل فوري، مما يؤدي إلى تسرب حراري. لذلك، يُعد تطوير واستخدام مواد ذات ثبات حراري عالٍ النهج الأساسي لتحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون في المستقبل.
1) تعزيز الاستقرار الحراري لمواد البطارية
المواد الكاثودية: يمكن تحسين الاستقرار الحراري عن طريق تحسين ظروف التركيب، أو تحسين طرق التركيب، أو استخدام تقنيات المنشطات وطلاء السطح.
مواد الأنود: يتأثر الاستقرار الحراري لمواد الأنود بنوع المادة، وحجم الجسيمات، واستقرار غشاء SEI (الطور البيني للإلكتروليت الصلب). تؤثر جودة غشاء SEI بشكل مباشر على أداء الشحن والتفريغ وسلامة البطارية. يمكن تحسين جودة غشاء SEI عن طريق الأكسدة الضعيفة لسطح المواد الكربونية، أو استخدام مواد كربونية مخفضة أو مشوبة أو معدلة السطح. كما تساعد مواد الكربون الكروية أو الليفية على تحسين جودة SEI.
استقرار الإلكتروليت: يرتبط استقرار الإلكتروليت بنوع ملح الليثيوم والمذيب المستخدم. أملاح الليثيوم ذات الاستقرار الحراري الأفضل والمذيبات ذات النطاق الكهروكيميائي الأوسع تُحسّن الاستقرار الحراري للبطارية.
2) تحسين الحماية من الشحن الزائد
لمنع الشحن الزائد، تُستخدم عادةً دوائر شحن متخصصة للتحكم في عملية شحن البطارية وتفريغها. يمكن تركيب صمامات أمان على كل بطارية على حدة لتوفير حماية إضافية من الشحن الزائد. كما يمكن استخدام مقاومة ذات معامل درجة حرارة موجب (PTC)، مما يزيد من المقاومة الداخلية للبطارية عند ارتفاع درجة حرارتها أثناء الشحن الزائد، مما يحد من تيار الشحن الزائد. كما يمكن استخدام فواصل متخصصة. عندما تكون درجة حرارة فاصل في حالة ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير بسبب ظروف البطارية غير الطبيعية، تتقلص مسام الفاصل وتتكتل، مما يمنع هجرة أيونات الليثيوم ويمنع الشحن الزائد.
3) بطاريات الحالة الصلبة
تستخدم بطاريات الحالة الصلبة الإلكتروليتات الصلبة بدلاً من الإلكتروليتات السائلة القابلة للاشتعال الموجودة في البطاريات السائلة التقليدية. هذا يُلغي بشكل أساسي مخاطر السلامة المرتبطة بتسرب الإلكتروليت واحتراقه، حيث يرفع درجة حرارة التسرب الحراري من 120 درجة مئوية إلى أكثر من 200 درجة مئوية. كما أن بطاريات الحالة الصلبة أقل عرضة لحدوث قصر كهربائي أو اشتعال أو انفجار عند تعرضها لقوى خارجية كالثقوب. حتى في حالة ثقب البطارية بمسمار أو قطعها أو ثنيها، فإنها تظل مستقرة.
3 أداء بطاريات الليثيوم
لنستعرض الآن طرق تحليل منحنيات شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم، بما في ذلك كفاءة الشحن، وخصائص التفريغ، وتقييم السعة، والمقاومة الداخلية، ودورة حياة البطارية. بتفسير منحنيات الشحن والتفريغ، يُمكننا فهم أداء البطارية وخصائصها بشكل متعمق، مما يُوفر إرشادات مهمة لاختيار البطاريات واستخدامها وتحسينها.
يُعد أداء بطاريات الليثيوم أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل مختلف الأجهزة الإلكترونية والأدوات الكهربائية. وتُعد منحنيات الشحن والتفريغ إحدى الطرق الرئيسية لتقييم أداء بطاريات الليثيوم، إذ تعكس بصريًا تغيرات الجهد والتيار أثناء عمليتي الشحن والتفريغ. ومن خلال تحليل هذه المنحنيات، يُمكننا الحصول على معلومات حول معايير رئيسية مثل سعة البطارية ومقاومتها الداخلية وكفاءتها، مما يُسهم بدوره في تحسين تصميم البطارية وتحسين أدائها.
4 تحليل منحنى شحن بطارية الليثيوم
يمثل منحنى شحن وتفريغ بطارية الليثيوم العلاقة بين جهد البطارية وسعة تفريغها، بالإضافة إلى منحنى حالة الشحن (SOC). أثناء عملية الشحن، يزداد الجهد تدريجيًا بينما ينخفض التيار. يعكس ميل منحنى الشحن سرعة الشحن؛ فكلما زاد انحدار المنحنى، زادت سرعة الشحن. في الوقت نفسه، تشير منطقة الهضبة في منحنى الشحن إلى أن البطارية مشحونة بالكامل. يميل الجهد إلى الاستقرار.
كفاءة الشحن مؤشر مهم لتقييم أداء شحن البطارية. فكلما زادت كفاءة الشحن، زادت كفاءة البطارية في تحويل الطاقة الكهربائية الداخلة إلى طاقة كيميائية مخزنة. وبمقارنة سعة الشحن الفعلية من منحنى الشحن مع سعة الشحن النظرية، يُمكن تقييم كفاءة الشحن. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن رصد فقدان الطاقة أثناء عملية الشحن لتحديد طرق تحسين كفاءة الشحن.
يشير جهد نهاية الشحن إلى قيمة الجهد عند اكتمال شحن البطارية. يساعد ضبط جهد نهاية الشحن بشكل صحيح على تجنب الشحن الزائد وإطالة عمر البطارية. من خلال تحليل منحنى الشحن، يمكن تحديد جهد نهاية الشحن المناسب لضمان شحن البطارية ضمن نطاق آمن.
5 تحليل منحنى تفريغ بطارية الليثيوم
أثناء التفريغ، ينخفض الجهد تدريجيًا، وينخفض التيار تبعًا لذلك. يُقدم شكل منحنى التفريغ وميله معلومات مهمة حول أداء البطارية. عادةً ما يُشير منحنى التفريغ الأكثر تسطحًا إلى ثبات تفريغ البطارية وقدرتها على توفير خرج طاقة مستقر. بالإضافة إلى ذلك، من خلال مراقبة منطقة هضبة منحنى التفريغ، يُمكننا فهم تباين جهد البطارية عند أعماق تفريغ مختلفة، وتقييم قدرتها على التفريغ.
تتناسب المساحة أسفل منحنى التفريغ طرديًا مع زمن التفريغ. بحسابها، يُمكننا تقييم سعة تفريغ البطارية. تؤثر سعة التفريغ بشكل مباشر على مدة استخدام البطارية وقدرتها على التحمل.
6 تأثير المقاومة الداخلية
المقاومة الداخلية هي المقاومة داخل البطارية، والتي تؤثر على خصائص التفريغ. تؤدي المقاومة الداخلية العالية إلى انخفاض أسرع في الجهد وانخفاض في قدرة التفريغ. من خلال تحليل منحنى التفريغ، يُمكننا تقدير المقاومة الداخلية للبطارية وتقييم تأثيرها على أدائها.
7 تقييم القدرات
تشير سعة بطارية الليثيوم إلى كمية الشحنة التي يمكنها تخزينها. تُقاس عادةً بالملي أمبير/ساعة (mAh) أو أمبير/ساعة (Ah). بدمج منحنيات الشحن والتفريغ، يُمكن حساب السعة الفعلية للبطارية. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن إجراء اختبارات متعددة لدورات الشحن والتفريغ لمراقبة انخفاض السعة وتقييم عمر دورة البطارية.
تقييم دورة الحياة الثامنة
يشير عمر دورة البطارية إلى قدرة البطارية على الحفاظ على مستويات أداء محددة بعد دورات شحن وتفريغ متعددة. بملاحظة التغيرات في منحنيات الشحن والتفريغ على مدار عدة دورات، يُمكن تقييم عمر دورة البطارية. إذا ظل شكل وخصائص المنحنى مستقرًا نسبيًا بعد دورات متعددة، فهذا يُشير إلى أن عمر دورة البطارية جيد. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تحليل انخفاض السعة أثناء دورة البطارية للتنبؤ بعمرها الإجمالي.
خاتمة
يمثل منحنى الشحن والتفريغ لبطارية الليثيوم العلاقة بين جهد البطارية وسعة تفريغها، بالإضافة إلى منحنى السعة المتبقية (SOC). يُعد هذا المنحنى طريقةً مهمةً لتحليل وتقييم أداء البطارية بشكل أفضل. فمن خلال تحليل كفاءة الشحن، وخصائص التفريغ، والسعة، والمقاومة الداخلية، وعمر البطارية، يُمكن الوصول إلى فهم شامل لأداء البطارية. يُعد هذا النهج التحليلي بالغ الأهمية لتحسين تصميم البطارية، ومراقبة الجودة، واختيار التطبيقات. في التطبيقات العملية، يتيح الجمع بين أساليب الاختبار المختلفة وتقنيات تحليل البيانات تقييمًا أكثر دقة لأداء بطارية الليثيوم، مما يضمن التشغيل الموثوق لمختلف الأجهزة الإلكترونية والأدوات الكهربائية.
في شركة Epic Powder Machinery، نتخصص في مطاحن النفث عالية الجودة وحلول معالجة المساحيق، ونوفر أحدث التقنيات لتحسين أداء المساحيق وزيادة الكفاءة في مختلف الصناعات. تواصل معنا اليوم لاستكشاف كيف يمكن لمعداتنا الارتقاء بعملية الإنتاج لديك.
