أحدثت البطاريات ثورة في مجال الهواتف الذكية و الحواسيب و السيارات الكهربائية، السبب الرئيسي الذي يجعلنا قادرين اليوم على حمل هاتف ذكي في الجيب هو صغر حجم البطارية و وزنها الخفيف، تتميز بهذه الميزة بطاريات أيون الليثيوم فهي تحتفظ بشحنتها لفترة أطول وتتكون من مواد أقل سمية. يمكن لهذا النوع من البطاريات خلق نقلة نوعية في مجال الطاقات المتجددة و ذالك باستخدامها في تخزين الطاقة الناتجة عنها.

يعد معدن الليثيوم الأخف في الجدول الدوري و الأكثر ميلا لتحرير الالكترونات رمزه  Li  و عدده الذري 3، من الواضح أن ميزة الليثيوم هو تحريره للإلكترونات لكنه يتأكسد بسرعة عند ملامسته للهواء ، ويتفاعل بشدة عند ملامسته للماء، اذ يمكننا القول أنه لم يكن من السهل تطوير بطاريات الليثيوم، التي نستخدمها اليوم و التي تعد الأن جزءا من حياتنا اليومية.

كيف تعمل بطارية أيون الليثيوم؟

البطارية في الأساس هي جهاز يسمح بتخزين الطاقة فهي تتكون من خلية كهروكميائية أو أكثر هذه الخلية تتكون من قطبين الأنود (السالب) و الكاتود (الموجب) والالكتروليت الذي الذي يسمح للأيونات بالتنقل بين القطبين و الذي يمكن أن يكون سائلا أو صلبا.

فبطاريات أيون الليثيوم تتكون من نفس االعناصر المذكورة فهي تستخدم مركب الليثيوم  على القطب الموجب وعادة ما يكون الجرافيت على القطب السالب،يتم شحن البطارية عن طريق توصيل البطارية بمصدر طاقة خارجي (تيار كهربائي)، حيث تنتقل الالكترونات عبر دارة كهربائية خارجية الى الأنود، مما يؤدي إلى تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب من خلال الإلكتروليت . عند تفريغها تعود أيونات الليثيوم إلى القطب الموجب. واعتمادًا على استخدامها النهائي ، هناك أنواع مختلفة: الخلايا الأسطوانية ، المستخدمة في معظم السيارات الكهربائية ، ، بينما تستخدم الخلايا المسطحة ، مثل تلك الموجودة في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

تطور بطارية أيون الليثيوم

البطاريات الأولى التي تم تصنيعها لم تكن قابلة للشحن استخدمت فيها مركبات الليثيوم أنتجت عنها مكونات ثانوية سامة في الالكتروليت، على عكس بطاريات أيون الليثيوم اللاحقة، حيث النماذج الأولية كانت بمثابة قنابل موقوتة. يمكن أن تتراكم الغازات المنبعثة من الإلكتروليت داخل البطارية وتشتعل فيها النيران بمجرد ملامستها للهواء. ينسب الفضل إلى جون جوديناف الحائز على جائزة نوبل للكمياء في ثلاثة من الإنجازات الأربعة الرئيسية التي أدت إلى النجاح الواسع النطاق لبطاريات  أيون الليثيوم القابلة للشحن. في أواخر السبعينيات ، قام بتطوير كاتود يحتوي على أكسيد كوبالت الليثيوم ، والتي لا تزال تستعمل في تشغيل معظم الأجهزة الإلكترونية حتى يومنا هذا. لاحقا قام بتطوير هذه البطاريات  الباحث أكيرا يوشينو الحائز ايضا على جائزة نوبل للكمياء، باستخدام كاتود أكسيد منغنيز الليثيوم ، التي تزود بها معظم السيارات الكهربائية اليوم بالإضافة إلى بعض الأجهزة الطبية. في التسعينيات ، واصل جون جوديناف العمل وطور كاتودًا أرخض و أكثر استقرارًا مصنوعًا من فوسفات حديد الليثيوم، والذي يستخدم الآن على نطاق واسع في الأدوات الكهربائية. هذه المواد تعد أكثر أمانًا من الجيل الأول من بطاريات الليثيوم لأن الأقطاب الكهربائية لا تحتوي على الليثيوم الحر.

في عام 1991 طور فريق في سوني أول بطارية ليثيوم أيون تجارية. أدى هذا العمل بشكل مشترك إلى تطوير أول بطارية ليثيوم قابلة لإعادة الشحن. منذ ذلك الحين ، استمرت بطاريات أيون الليثيوم في التطور من حيث التركيب الكيميائي وكثافة الطاقة وما إلى ذلك.

في عام 2019 ، حصل مطورو بطاريات  الليثيوم على جائزة نوبل في الكيمياء التي تم تقاسمها بالتساوي بين الألماني جون جودناف ، والبريطاني ستانلي ويتنجهام ، والياباني أكيرا يوشينو.

إن علماء ومهندسي البطاريات كانوا يصنعون البطاريات بنسبة 5٪ إلى 10٪ أكثر كفاءة كل عام على مدار الـ 25 عامًا الماضية.

بقدر ما وصلت إليه بطاريات الليثيوم ، لا تزال تكنولوجيا اليوم محدودة. لا تستطيع العديد من الهواتف المحمولة الاستمرار في اليوم دون إعادة الشحن. يمكن لمعظم السيارات الكهربائية السفر لمسافة 160 كيلومترًا فقط أو أقل قبل أن يتم توصيلها بالكهرباء لساعات لإعادة الشحن. تقدم Tesla Model S الرائدة في صناعة السيارات الكهربائية نموذجا في السوق يبلغ أكثر من 300 كيلومتر ، ولكن بتكلفة تبدأ  من 71000 دولار أمريكي.

تشمل مجالات البحث الخاصة ببطاريات الليثيوم أيون إطالة عمر الخدمة ، وزيادة كثافة الطاقة ، وتحسين السلامة ، وخفض التكاليف ، وزيادة سرعة الشحن.