تفقد بطاريات الليثيوم شحنتها حتى عندما لا تكون قيد الاستخدام النشط، وفهم هذه الظاهرة هو المفتاح لتحسين تخزين البطارية وطول عمرها. لقد أحدثت تقنية الليثيوم أيون ثورة في مجال تخزين الطاقة، حيث تعمل على تشغيل كل شيء بدءاً من الهواتف الذكية وحتى السيارات الكهربائية. ومع ذلك، إذا سبق لك أن لاحظت أن بطاريتك تبدو وكأنها تفقد شحنتها على الرغم من كونها في وضع الخمول، فهناك تفاعلات كيميائية وظروف تخزين أساسية تلعب دوراً في ذلك. في هذا المقال، نتعمق في هذا المقال في العلم وراء سبب فقدان بطاريات الليثيوم للشحن عند عدم استخدامها، ونستكشف تأثيرات تخزين البطاريات عند مستويات شحن مختلفة، ونقدم أفضل الممارسات للحفاظ على الأداء الأمثل للبطارية مع مرور الوقت.

التفاعلات الكيميائية في غير المستخدمة بطاريات الليثيوم 

عندما تُترك بطارية الليثيوم دون استخدام لفترة طويلة، تحدث عدة تفاعلات كيميائية بطيئة ولكنها مستمرة:

• التفريغ الذاتي وتحلل الإلكتروليت:
  تعاني جميع البطاريات من التفريغ الذاتي - وهي ظاهرة طبيعية حيث يتم فقدان الشحنة تدريجياً. في بطاريات الليثيوم، يمكن أن يتحلل الإلكتروليت بمرور الوقت، مما يؤدي إلى انخفاض في الشحنة المتاحة. ويتسارع هذا التحلل في درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء.

• تكوين طبقة SEI ونموها:
  تتشكل طبقة واجهة الإلكتروليت الصلبة (SEI) على الأنود أثناء الاستخدام الأولي للبطارية. وفي حين أن استقرار واجهة الإلكتروليت الصلبة (SEI) مفيد، إلا أن الطبقة غير المستقرة أو السميكة للغاية - غالباً ما تكون ناتجة عن فترات طويلة من عدم النشاط - يمكن أن تعيق تدفق أيونات الليثيوم، مما يقلل من قدرة البطارية وكفاءتها.

• طلاء الليثيوم:
  في بعض الظروف، خاصةً عندما يتم تخزين البطارية في حالة شحن عالية، يمكن أن يترسب الليثيوم أو "يتراكم" على أسطح القطب الكهربائي. لا تساهم هذه الظاهرة في فقدان السعة فحسب، بل يمكن أن تزيد أيضًا من المقاومة الداخلية، وفي الحالات الشديدة، يمكن أن تؤدي إلى مشاكل تتعلق بالسلامة.

تأثير عدم النشاط طويل الأمد على صحة البطارية

يمكن أن يؤدي ترك بطاريات الليثيوم دون استخدام لفترات طويلة إلى العديد من الآثار الضارة:

• تلاشي السعة:
  بمرور الوقت، تقلل التفاعلات الكيميائية الداخلية من السعة القصوى للبطارية. وحتى عندما لا تكون البطارية قيد الاستخدام النشط، فإن هذه التفاعلات تقلل ببطء من قدرة البطارية الكلية على الاحتفاظ بالشحن.

• زيادة المقاومة الداخلية:
  ومع تراكم المنتجات الكيميائية الثانوية غير المرغوب فيها، يمكن أن ترتفع المقاومة الداخلية للبطارية. وهذا يجعلها أقل كفاءة في توفير الطاقة عند إعادة تشغيلها في النهاية.

• مخاوف تتعلق بالسلامة:
  في الحالات القصوى، قد يؤدي عدم النشاط لفترات طويلة إلى جانب ظروف التخزين غير المناسبة (مثل درجات الحرارة المرتفعة) إلى زيادة خطر التورم أو حتى الهروب الحراري، على الرغم من أن مثل هذه الحالات نادرة عندما يتم تخزين البطاريات بشكل صحيح.

تأثيرات مستويات شحن التخزين: المشحونة مقابل غير المشحونة

تؤثر كيفية تخزين بطارية الليثيوم - سواء كانت مشحونة بالكامل أو مشحونة جزئياً أو مفرغة تماماً - تأثيراً كبيراً على طول عمرها:

• بطاريات مشحونة بالكامل:
  يمكن أن يؤدي تخزين البطاريات عند شحنة 100% إلى تسريع التدهور بسبب الجهد الداخلي الأعلى، مما يعزز التفاعلات الكيميائية مثل أكسدة الإلكتروليت. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة سماكة طبقة SEI وتلاشي السعة بشكل أسرع بمرور الوقت.

• بطاريات فارغة بالكامل:
  وعلى العكس، يمكن أن يؤدي ترك البطارية في حالة تفريغ شحنها بعمق إلى حالة تعرف باسم "الإفراط في التفريغ"، حيث ينخفض جهد البطارية إلى مستوى منخفض جداً بحيث لا يمكن استعادتها. يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تغيرات كيميائية لا رجعة فيها قد تجعل البطارية غير صالحة للاستخدام.

• شحنة التخزين الأمثل:
  يوصي الخبراء بشكل عام بتخزين بطاريات الليثيوم عند حوالي شحن من 40% إلى 60%. تقلل هذه الحالة متوسطة المدى من الضغط على كيمياء البطارية وتساعد على إطالة عمرها الافتراضي القابل للاستخدام.

تعرف على المزيد حول مستويات الشحن المثلى للبطارية من الموارد التي توفرها وزارة الطاقة الأمريكية: إرشادات تخزين البطاريات من وزارة الطاقة.

ظروف ومدة التخزين المثلى

إلى متى يمكن تخزين بطاريات الليثيوم؟

عند تخزين بطاريات الليثيوم بشكل صحيح، يمكن أن تحافظ بطاريات الليثيوم على أداء مقبول لمدة 2-3 سنوات. ومع ذلك، حتى في ظل الظروف المثالية، يحدث التدهور الطبيعي بسبب التفريغ الذاتي والشيخوخة الكيميائية.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تخزين البطاريات:

• درجة الحرارة:
  تؤدي درجات الحرارة المنخفضة بشكل عام إلى إبطاء التفاعلات الكيميائية. تخزين البطاريات في بيئة باردة ومستقرة أمر ضروري لتقليل معدل التدهور. ومع ذلك، قد تؤثر البرودة الشديدة على الأداء عند إعادة التنشيط.

• الرطوبة:
  يمكن أن تؤدي مستويات الرطوبة العالية إلى تآكل المكونات الداخلية. من الأفضل تخزين البطاريات في بيئة جافة ذات رطوبة مضبوطة.

• حالة التهمة
  كما تمت مناقشته، فإن الحفاظ على مستوى شحن 40-60% هو الأمثل لتقليل الإجهاد الكيميائي وإطالة عمر البطارية.

• بيئة التخزين:
  تجنب أشعة الشمس المباشرة ودرجات الحرارة المتقلبة والمناطق المعرضة للتكثيف. تعتبر منشأة التخزين المضبوطة المناخ مثالية للتخزين طويل الأجل.

للحصول على تفاصيل تقنية إضافية حول عوامل تخزين البطارية، يقدم ScienceDirect مراجعة شاملة حول طول عمر بطارية الليثيوم أيون: ScienceDirect على تقادم البطارية.

أفضل الممارسات لتخزين بطاريات الليثيوم غير المستخدمة

لزيادة العمر الافتراضي لبطاريات الليثيوم وأدائها إلى أقصى حد، ضع في اعتبارك الإرشادات التالية:

• الحفاظ على الشحن الأمثل:
  اشحن البطاريات إلى ما بين 40% و60% قبل التخزين. يقلل هذا التوازن من الضغط على البطارية ويخفف من مخاطر الشحن الزائد والتفريغ الزائد.

• يُحفظ في مكان بارد وجاف:
  تتراوح درجات حرارة التخزين المثالية عادةً بين 15 درجة مئوية و25 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت إلى 77 درجة فهرنهايت). تجنب درجات الحرارة المرتفعة، التي يمكن أن تسرّع من تدهور البطارية، ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية التي قد تؤثر على كيمياء البطارية.

• المراقبة والتجديد بانتظام:
  إذا تم تخزين البطاريات لعدة أشهر أو أكثر، افحص جهدها بشكل دوري. يمكن لإعادة الشحن إلى المستوى الأمثل عند الضرورة منع التفريغ العميق وإطالة عمر البطارية الكلي.

• استخدام العبوات الواقية:
  قم بتخزين البطاريات في حاويات مضادة للكهرباء الساكنة ومقاومة للرطوبة. هذا يحمي من العوامل البيئية ويقلل من خطر التلف العرضي.

• قم بالتسمية والتنظيم:
  بالنسبة للشركات التي تتعامل مع بطاريات متعددة، يمكن أن يساعد وضع ملصق على كل بطارية بتاريخ تخزينها ومستوى شحنها في تتبع عملية التقادم وإدارتها بكفاءة.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما الذي يتسبب في فقدان بطاريات الليثيوم للشحن عند عدم استخدامها؟
A1: تفقد بطاريات الليثيوم شحنتها بسبب التفريغ الذاتي والتفاعلات الكيميائية مثل تحلل الإلكتروليت وتكوين طبقة SEI. تحدث هذه العمليات بشكل طبيعي حتى عندما تكون البطارية في وضع الخمول.

س2: ما هي حالة الشحن الموصى بها لتخزين بطاريات الليثيوم؟
ج 2: من الأفضل تخزين بطاريات الليثيوم في شحنة 40-60%. يقلل هذا المستوى من الضغط على كيمياء البطارية ويساعد على تقليل التلف بمرور الوقت.

س3: ما هي المدة التي يمكن تخزين بطاريات الليثيوم فيها دون فقدان كبير في الأداء؟
ج3: في ظل الظروف المثلى - بيئات باردة وجافة مع مستويات شحن مناسبة - يمكن تخزين بطاريات الليثيوم لمدة 2-3 سنوات قبل أن يحدث فقدان ملحوظ في السعة.

س4: كيف تؤثر درجة الحرارة على تخزين بطارية الليثيوم؟
ج4: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى تدهور أسرع، بينما تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى إبطاء هذه التفاعلات. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر درجات الحرارة المنخفضة للغاية على أداء البطارية عند إعادة تنشيطها.

السؤال 5: هل يجب عليّ تخزين بطارية الليثيوم مشحونة بالكامل أم مفرغة بالكامل؟
ج5: لا يعتبر أي منهما مثالياً. تخزين بطارية مشحونة بالكامل يمكن أن يؤدي إلى إجهاد الشحن الزائد، بينما البطارية المفرغة بالكامل قد تؤدي إلى خطر الإفراط في التفريغ. الشحن الجزئي بحوالي 40-60% هو الأمثل للتخزين.

الخاتمة

باختصار، تفقد بطاريات الليثيوم شحنتها عند عدم استخدامها بسبب التفريغ الذاتي المتأصل والتفاعلات الكيميائية المستمرة. تتأثر عملية التدهور بعوامل مثل درجة حرارة التخزين والرطوبة وحالة شحن البطارية. من خلال الحفاظ على البطاريات عند مستوى شحن مثالي (40-60%) وتخزينها في بيئات خاضعة للرقابة، يمكنك إطالة عمرها الافتراضي بشكل كبير وضمان أداء موثوق عند الحاجة.