يُعد النحاس أحد أهم المعادن على كوكب الأرض. فبدونه، لا نستطيع القيام بالأشياء التي نعتبرها أمرًا مسلمًا به، مثل إضاءة الأنوار أو مشاهدة التلفزيون. فهو الشريان الذي يُشغّل أجهزة الكمبيوتر. ولن نتمكن من السفر بالسيارات بدونه، ولن تتمكن الاتصالات من العمل، ولن تعمل بطاريات الليثيوم أيون إطلاقًا بدونه.
تستخدم بطاريات أيونات الليثيوم معادن مثل النحاس والألومنيوم لتوليد شحنة كهربائية. تحتوي كل بطارية أيونات ليثيوم على أنود جرافيت وكاثود أكسيد معدني، وتستخدم إلكتروليتات محمية بفاصل. يؤدي شحن البطارية إلى تدفق أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليتات وتجمعها عند أنود الجرافيت مع الإلكترونات المرسلة عبر الوصلة. يؤدي فصل البطارية إلى إعادة الأيونات إلى حيث أتت، مما يُجبر الإلكترونات على المرور عبر الدائرة الكهربائية لتوليد الكهرباء. تُستنفد البطارية بمجرد عودة جميع أيونات الليثيوم والإلكترونات إلى الكاثود.
إذًا، ما دور النحاس في بطاريات أيونات الليثيوم؟ يندمج الجرافيت مع النحاس عند تكوين الأنود. النحاس مقاوم للأكسدة، وهي عملية كيميائية تُفقد فيها إلكترونات عنصر ما لعنصر آخر، مما يُسبب التآكل. تحدث الأكسدة عندما يتفاعل عنصر كيميائي مع الأكسجين، كما يحدث الصدأ عند تلامس الحديد مع الماء والأكسجين. النحاس مقاوم للتآكل بشكل أساسي.
رقائق النحاسيُستخدم بشكل أساسي في بطاريات أيونات الليثيوم نظرًا لعدم وجود قيود على حجمه. يمكنك الحصول عليه بالطول والسمك الذي تريده. يُعد النحاس بطبيعته جامعًا قويًا للتيار، ولكنه يسمح أيضًا بتشتيت التيار بشكل متساوٍ وكبير.
هناك نوعان من رقائق النحاس: الملفوفة والكهربائية. تُستخدم رقائق النحاس الملفوفة عادةً في جميع الحرف والتصميمات، وتُصنع من خلال عملية تسخينها مع الضغط عليها باستخدام دبابيس الرقاقة. أما رقائق النحاس الكهربية، والتي تُستخدم في التكنولوجيا، فهي أكثر تعقيدًا. تبدأ العملية بإذابة نحاس عالي الجودة في حمض، مما يُنتج إلكتروليتًا نحاسيًا يُمكن إضافته إلى النحاس من خلال عملية تُسمى الطلاء الكهربائي. في هذه العملية، تُستخدم الكهرباء لإضافة إلكتروليت النحاس إلى رقاقة النحاس في أسطوانات دوارة مشحونة كهربائيًا.
رقائق النحاس ليست خالية من العيوب. فهي قابلة للانحناء، مما يؤثر سلبًا على تجميع الطاقة وتوزيعها. والأهم من ذلك، أنها قد تتأثر بمصادر خارجية، مثل الإشارات الكهرومغناطيسية، وطاقة الموجات الدقيقة، والحرارة العالية. هذه العوامل قد تُبطئ أو حتى تُدمر قدرة رقائق النحاس على العمل بشكل صحيح. كما أن القلويات والأحماض الأخرى قد تُسبب تآكلًا في فعالية رقائق النحاس. ولهذا السبب، تُقدم شركات مثلسيفينتُنتج المعادن مجموعة واسعة من منتجات رقائق النحاس.
لديهم رقائق نحاسية محمية تقاوم الحرارة وأشكال التداخل الأخرى. يصنعون رقائق نحاسية لمنتجات محددة، مثل لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ولوحات الدوائر المرنة (FCBs). وبطبيعة الحال، يصنعون رقائق نحاسية لبطاريات أيونات الليثيوم.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون شائعة الاستخدام، خاصةً في السيارات، إذ تُشغّل محركات حثية مثل تلك التي تنتجها شركة تسلا. تتميز هذه المحركات بأجزاء متحركة أقل وأداء أفضل. كانت المحركات الحثية تُعتبر نادرة نظرًا لمتطلبات الطاقة التي لم تكن متوفرة آنذاك. استطاعت تسلا تحقيق ذلك من خلال خلايا بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بها. تتكون كل خلية من بطاريات ليثيوم أيون فردية، وكلها مغلفة برقائق نحاسية.
ارتفع الطلب على رقائق النحاس بشكل ملحوظ. وحقق 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 تُبشر بالتحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى بطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك، لن تكون صناعة السيارات هي الصناعة الوحيدة المتأثرة، إذ تستخدم أجهزة الكمبيوتر وغيرها من الأجهزة الإلكترونية رقائق النحاس أيضًا. وسيضمن هذا فقط استقرار سعر...رقائق النحاسوسوف تستمر في الارتفاع في العقد المقبل.
سُجِّلت براءة اختراع بطاريات أيون الليثيوم لأول مرة عام ١٩٧٦، وبدأ إنتاجها تجاريًا بكميات كبيرة عام ١٩٩١. في السنوات التي تلت ذلك، ازدادت شعبية بطاريات أيون الليثيوم وتطورت بشكل ملحوظ. ونظرًا لاستخدامها في السيارات، يُمكن القول إنها ستجد استخدامات أخرى في عالم يعتمد على الطاقة القابلة للاحتراق، نظرًا لقابليتها لإعادة الشحن وكفاءتها العالية. تُمثل بطاريات أيون الليثيوم مستقبل الطاقة، لكنها لا قيمة لها بدون رقائق النحاس.
وقت النشر: ٢٥ أغسطس ٢٠٢٢