تقف بطاريات الليثيوم منفصلة عن كيميائية البطاريات الأخرى نظرًا لكثافة الطاقة العالية والتكلفة المنخفضة لكل دورة. ومع ذلك ، فإن "بطارية الليثيوم" مصطلح غامض. هناك حوالي ستة أنواع كيميائية شائعة لبطاريات الليثيوم ، ولكل منها مزاياها وعيوبها الفريدة. بالنسبة لتطبيقات الطاقة المتجددة ، فإن الكيمياء السائدة هي فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4). تتمتع هذه الكيمياء بسلامة ممتازة ، مع استقرار حراري كبير ، ومعدلات تيار عالية ، ودورة حياة طويلة ، وتحمل سوء الاستخدام.
فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) هي كيمياء ليثيوم شديدة الثبات عند مقارنتها بجميع كيمياء الليثيوم الأخرى تقريبًا. يتم تجميع البطارية باستخدام مادة كاثودية آمنة بشكل طبيعي (فوسفات الحديد). بالمقارنة مع كيماويات الليثيوم الأخرى ، فإن فوسفات الحديد يعزز رابطة جزيئية قوية ، والتي تتحمل ظروف الشحن القاسية ، وتطيل من عمر الدورة ، وتحافظ على السلامة الكيميائية على مدى العديد من الدورات. وهذا ما يمنح هذه البطاريات ثباتها الحراري الكبير وعمرها الطويل وتحملها لسوء الاستخدام. بطاريات LiFePO4 ليست عرضة للسخونة الزائدة ، ولا يتم التخلص منها في "الهروب الحراري" ، وبالتالي لا تسخن أو تشتعل عند تعرضها لسوء التعامل الصارم أو الظروف البيئية القاسية.
على عكس حمض الرصاص المغمور والكيماويات الأخرى للبطاريات ، لا تنفث بطاريات الليثيوم الغازات الخطرة مثل الهيدروجين والأكسجين. لا يوجد أيضًا خطر التعرض للإلكتروليتات الكاوية مثل حمض الكبريتيك أو هيدروكسيد البوتاسيوم. في معظم الحالات ، يمكن تخزين هذه البطاريات في مناطق محصورة دون التعرض لخطر الانفجار ويجب ألا يتطلب النظام المصمم بشكل صحيح تبريدًا نشطًا أو تهوية.
بطاريات الليثيوم هي مجموعة مكونة من العديد من الخلايا ، مثل بطاريات الرصاص الحمضية والعديد من أنواع البطاريات الأخرى. تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بجهد اسمي يبلغ 2 فولت / خلية ، في حين أن خلايا بطارية الليثيوم لها جهد اسمي يبلغ 3.2 فولت. لذلك ، لتحقيق بطارية بجهد 12 فولت ، سيكون لديك عادةً أربع خلايا متصلة في سلسلة. هذا سيجعل الجهد الاسمي لـ LiFePO4 12.8V. ثماني خلايا متصلة في سلسلة تصنع بطارية 24 فولت بجهد اسمي 25.6 فولت وستة عشر خلية متصلة في سلسلة تصنع بطارية 48 فولت بجهد اسمي 51.2 فولت. تعمل هذه الفولتية بشكل جيد مع المحولات النموذجية بجهد 12 فولت و 24 فولت و 48 فولت.
غالبًا ما تُستخدم بطاريات الليثيوم لتحل محل بطاريات الرصاص الحمضية مباشرة لأنها تتمتع بجهد شحن متشابه جدًا. بطارية LiFePO4 ذات الأربع خلايا (12.8 فولت) ، عادةً ما يكون لها أقصى جهد شحن بين 14.4-14.6 فولت (حسب توصيات الشركات المصنعة). ما يميز بطارية الليثيوم أنها لا تحتاج إلى شحنة امتصاص أو أن تبقى في حالة جهد ثابت لفترات طويلة من الزمن. عادةً ، عندما تصل البطارية إلى الحد الأقصى لجهد الشحن ، لم تعد بحاجة إلى الشحن. تعد خصائص تفريغ بطاريات LiFePO4 فريدة أيضًا. أثناء التفريغ ، ستحافظ بطاريات الليثيوم على جهد أعلى بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية تحت الحمل. ليس من غير المألوف أن تسقط بطارية الليثيوم بضعة أعشار من الفولت من الشحن الكامل إلى 75٪ فارغة. هذا يمكن أن يجعل من الصعب معرفة مقدار السعة المستخدمة بدون معدات مراقبة البطارية.
من المزايا المهمة للليثيوم على بطاريات الرصاص الحمضية أنها لا تعاني من نقص في الدورة الدموية. بشكل أساسي ، يحدث هذا عندما لا يمكن شحن البطاريات بالكامل قبل تفريغها مرة أخرى في اليوم التالي. هذه مشكلة كبيرة جدًا مع بطاريات الرصاص الحمضية ويمكن أن تؤدي إلى تدهور كبير في اللوحة إذا تم تدويرها بشكل متكرر بهذه الطريقة. بطاريات LiFePO4 لا تحتاج إلى الشحن الكامل بانتظام. في الواقع ، من الممكن تحسين متوسط العمر المتوقع بشكل طفيف بشحن جزئي طفيف بدلاً من الشحن الكامل.
تعتبر الكفاءة عاملاً مهمًا للغاية عند تصميم أنظمة الطاقة الشمسية. تبلغ كفاءة رحلة الذهاب والإياب (من كاملة إلى ميتة ومن الخلف إلى الكاملة) لبطارية حمض الرصاص المتوسطة حوالي 80٪. يمكن أن تكون الكيماويات الأخرى أسوأ. تزيد كفاءة الطاقة ذهابًا وإيابًا لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد بنسبة 95-98٪. يعد هذا وحده تحسينًا كبيرًا للأنظمة المتعطشة للطاقة الشمسية خلال فصل الشتاء ، ويمكن أن يكون توفير الوقود من شحن المولد هائلاً. تعتبر مرحلة شحن الامتصاص لبطاريات الرصاص الحمضية غير فعالة بشكل خاص ، مما يؤدي إلى كفاءات 50٪ أو حتى أقل. بالنظر إلى أن بطاريات الليثيوم لا تمتص الشحن ، فإن وقت الشحن من التفريغ الكامل إلى الشحن الكامل يمكن أن يكون أقل من ساعتين. من المهم أيضًا ملاحظة أن بطارية الليثيوم يمكن أن تخضع لتفريغ كامل تقريبًا كما تم تصنيفها دون آثار ضارة كبيرة. ومع ذلك ، من المهم التأكد من أن الخلايا الفردية لا تفرط في التفريغ. هذه هي وظيفة نظام إدارة البطارية المتكامل (BMS).
تعتبر سلامة وموثوقية بطاريات الليثيوم مصدر قلق كبير ، وبالتالي يجب أن يكون لدى جميع التجميعات نظام متكامل لإدارة البطارية (BMS). نظام BMS هو نظام يراقب الخلايا ويقيمها ويوازنها ويحميها من العمل خارج "منطقة التشغيل الآمنة". يعد نظام BMS مكونًا أساسيًا للسلامة في نظام بطارية الليثيوم ، حيث يقوم بمراقبة الخلايا داخل البطارية وحمايتها ضد التيار الزائد ، والجهد المنخفض / الزائد ، ودرجة الحرارة المنخفضة / الزائدة والمزيد. ستتضرر خلية LiFePO4 بشكل دائم إذا انخفض جهد الخلية إلى أقل من 2.5 فولت ، كما ستتضرر بشكل دائم إذا زاد جهد الخلية إلى أكثر من 4.2 فولت. يراقب نظام BMS كل خلية ويمنع تلف الخلايا في حالة انخفاض / زيادة الجهد.
تتمثل إحدى المسؤوليات الأساسية الأخرى لنظام إدارة المباني في موازنة العبوة أثناء الشحن ، مما يضمن حصول جميع الخلايا على شحن كامل دون زيادة الشحن. لن تتوازن خلايا بطارية LiFePO4 تلقائيًا في نهاية دورة الشحن. توجد اختلافات طفيفة في الممانعة عبر الخلايا وبالتالي لا توجد خلية متطابقة بنسبة 100٪. لذلك ، عند تدوير بعض الخلايا ، سيتم شحنها بالكامل أو تفريغها في وقت أبكر من الخلايا الأخرى. سيزداد التباين بين الخلايا بشكل ملحوظ بمرور الوقت إذا لم تكن الخلايا متوازنة.
في بطاريات الرصاص الحمضية ، سيستمر التيار في التدفق حتى عندما تكون واحدة أو أكثر من الخلايا مشحونة بالكامل. هذا هو نتيجة التحليل الكهربائي الذي يحدث داخل البطارية ، حيث ينقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يساعد هذا التيار على شحن الخلايا الأخرى بالكامل ، وبالتالي موازنة الشحنة بشكل طبيعي على جميع الخلايا. ومع ذلك ، فإن خلية الليثيوم المشحونة بالكامل ستتمتع بمقاومة عالية جدًا وسيتدفق تيار ضئيل جدًا. لذلك لن يتم شحن الخلايا المتأخرة بالكامل. أثناء موازنة BMS ، ستطبق حمولة صغيرة على الخلايا المشحونة بالكامل ، مما يمنعها من الشحن الزائد ويسمح للخلايا الأخرى باللحاق بالركب.
توفر بطاريات الليثيوم العديد من الفوائد مقارنة بكيمياء البطاريات الأخرى. إنها حل بطارية آمن وموثوق ، دون خوف من الهروب الحراري و / أو الانهيار الكارثي ، وهو احتمال كبير من أنواع بطاريات الليثيوم الأخرى. توفر هذه البطاريات دورة حياة طويلة للغاية ، حتى أن بعض الشركات المصنعة تضمن بطاريات تصل إلى 10000 دورة. مع معدلات تفريغ وإعادة شحن عالية تصل إلى C / 2 بشكل مستمر وكفاءة ذهاب وإياب تصل إلى 98٪ ، فلا عجب أن تكتسب هذه البطاريات قوة دفع داخل الصناعة. فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) هو حل مثالي لتخزين الطاقة.
100٪ دفع آمن
