أساسيات رقائق النحاس في بطاريات الليثيوم أيون

يُعدّ النحاس من أهم المعادن على كوكب الأرض. فبدونه، نعجز عن القيام بأمورٍ نعتبرها بديهية، كإضاءة الأنوار أو مشاهدة التلفاز. كما يُشبه النحاس الشرايين التي تُشغّل أجهزة الكمبيوتر. ولن نتمكن من السفر بالسيارات بدونه، وستتوقف الاتصالات تمامًا، ولن تعمل بطاريات الليثيوم أيون على الإطلاق.

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون معادن مثل النحاس والألومنيوم لتوليد الشحنة الكهربائية. تحتوي كل بطارية ليثيوم أيون على قطب موجب من الجرافيت، وقطب سالب من أكسيد معدني، وتستخدم إلكتروليتات محمية بفاصل. عند شحن البطارية، تتدفق أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليتات وتتجمع عند قطب الجرافيت الموجب، مصحوبةً بالإلكترونات التي تنتقل عبر الدائرة الكهربائية. عند فصل البطارية، تعود الأيونات إلى مصدرها، مما يجبر الإلكترونات على المرور عبر الدائرة لتوليد الكهرباء. تُستنفد البطارية بمجرد عودة جميع أيونات الليثيوم والإلكترونات إلى القطب السالب.

إذن، ما هو دور النحاس في بطاريات الليثيوم أيون؟ يُدمج الجرافيت مع النحاس عند تصنيع المصعد. يتميز النحاس بمقاومته للأكسدة، وهي عملية كيميائية يفقد فيها عنصر ما إلكتروناته لصالح عنصر آخر، مما يُسبب التآكل. تحدث الأكسدة عندما يتفاعل عنصر ما مع مادة كيميائية والأكسجين، كما يحدث عند ملامسة الحديد للماء والأكسجين مُسبباً الصدأ. وبالتالي، يُعتبر النحاس محصناً ضد التآكل.

رقائق النحاسيُستخدم النحاس بشكل أساسي في بطاريات الليثيوم أيون لعدم وجود قيود على حجمه. يمكنك الحصول عليه بطول وسمك غير محدودين. يتميز النحاس بطبيعته بقدرته العالية على تجميع التيار، كما أنه يسمح بتوزيع التيار بشكل متساوٍ وفعال.

يوجد نوعان من رقائق النحاس: الملفوفة والمطلية بالكهرباء. تُستخدم رقائق النحاس الملفوفة في جميع الحرف والتصاميم، وتُصنع من خلال تسخينها وضغطها باستخدام أسطوانات. أما رقائق النحاس المطلية بالكهرباء، والتي تُستخدم في التكنولوجيا، فهي أكثر تعقيدًا. تبدأ العملية بإذابة نحاس عالي الجودة في حمض، مما يُنتج محلولًا إلكتروليتيًا يُضاف إلى النحاس من خلال عملية تُسمى الطلاء الكهربائي. في هذه العملية، يُستخدم التيار الكهربائي لإضافة المحلول الإلكتروليتي إلى رقائق النحاس في أسطوانات دوارة مشحونة كهربائيًا.

لا يخلو ورق النحاس من العيوب. فهو قابل للتشوه، مما قد يؤثر سلبًا على جمع الطاقة وتوزيعها. علاوة على ذلك، يتأثر ورق النحاس بعوامل خارجية كالإشارات الكهرومغناطيسية، وطاقة الميكروويف، والحرارة الشديدة. هذه العوامل قد تُبطئ أو حتى تُدمر قدرة ورق النحاس على العمل بكفاءة. كما أن القلويات والأحماض الأخرى قد تُؤدي إلى تآكل ورق النحاس. لهذا السبب، تُقدم شركات مثل...معطىتُستخدم المعادن في صناعة مجموعة واسعة من منتجات رقائق النحاس.

لديهم رقائق نحاسية محمية تقاوم الحرارة وأنواع التداخل الأخرى. يصنعون رقائق نحاسية لمنتجات محددة مثل لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ولوحات الدوائر المرنة (FCBs). وبالطبع، يصنعون رقائق نحاسية لبطاريات الليثيوم أيون.

أصبحت بطاريات الليثيوم أيون أكثر شيوعًا، لا سيما في السيارات، حيث تُستخدم لتشغيل المحركات الحثية مثل تلك التي تنتجها شركة تسلا. تتميز المحركات الحثية بقلة أجزائها المتحركة وأدائها الأفضل. كان يُعتقد سابقًا أن المحركات الحثية غير قابلة للتصنيع نظرًا لمتطلبات الطاقة غير المتوفرة آنذاك. لكن تسلا تمكنت من تحقيق ذلك بفضل خلايا بطاريات الليثيوم أيون. تتكون كل خلية من بطاريات ليثيوم أيون فردية، جميعها مزودة برقائق نحاسية.

بلغ الطلب على رقائق النحاس مستويات قياسية. فقد حقق سوق رقائق النحاس أكثر من 7 مليارات دولار أمريكي في عام 2019، ومن المتوقع أن يتجاوز 8 مليارات دولار أمريكي في عام 2026. ويعود ذلك إلى التحولات في صناعة السيارات التي تتجه نحو استخدام بطاريات الليثيوم أيون بدلاً من محركات الاحتراق الداخلي. إلا أن السيارات لن تكون الصناعة الوحيدة المتأثرة، إذ تستخدم أجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات الأخرى رقائق النحاس أيضاً. وهذا بدوره سيضمن ارتفاع سعرها.رقائق نحاسيةسيستمر في الارتفاع خلال العقد القادم.

حصلت بطاريات الليثيوم أيون على براءة اختراع لأول مرة عام 1976، وبدأ إنتاجها التجاري بكميات كبيرة عام 1991. وفي السنوات اللاحقة، ازدادت شعبية هذه البطاريات وشهد تطويرها تحسينات كبيرة. ونظرًا لاستخدامها في السيارات، فمن المؤكد أنها ستجد استخدامات أخرى في عالم يعتمد بشكل كبير على الطاقة المتجددة، فهي قابلة لإعادة الشحن وأكثر كفاءة. تُعد بطاريات الليثيوم أيون مستقبل الطاقة، ولكنها لا تُجدي نفعًا بدون رقائق النحاس.