أحد أهم المعادن على هذا الكوكب هو النحاس. وبدونها، لا يمكننا القيام بالأشياء التي نعتبرها أمرا مفروغا منه مثل تشغيل الأضواء أو مشاهدة التلفزيون. النحاس هو الشرايين التي تجعل أجهزة الكمبيوتر تعمل. لن نتمكن من السفر بالسيارات بدون النحاس. سوف تتوقف الاتصالات السلكية واللاسلكية ميتا. ولن تعمل بطاريات الليثيوم أيون على الإطلاق بدونها.
تستخدم بطاريات الليثيوم أيون معادن مثل النحاس والألومنيوم لإنشاء شحنة كهربائية. تحتوي كل بطارية ليثيوم أيون على أنود من الجرافيت، وكاثود أكسيد معدني، وتستخدم إلكتروليتات محمية بواسطة فاصل. يؤدي شحن البطارية إلى تدفق أيونات الليثيوم عبر الإلكتروليتات وتجمعها عند أنود الجرافيت مع الإلكترونات المرسلة عبر الاتصال. يؤدي فصل البطارية إلى إعادة الأيونات إلى حيث أتت ويجبر الإلكترونات على المرور عبر الدائرة لتوليد الكهرباء. سيتم استنفاد البطارية بمجرد عودة جميع أيونات الليثيوم والإلكترونات إلى الكاثود.
إذًا، ما هو الدور الذي يلعبه النحاس في بطاريات الليثيوم أيون؟ يتم دمج الجرافيت مع النحاس عند إنشاء الأنود. النحاس مقاوم للأكسدة، وهي عملية كيميائية يتم فيها فقدان إلكترونات أحد العناصر إلى عنصر آخر. وهذا يسبب التآكل. تحدث الأكسدة عندما تتفاعل مادة كيميائية وأكسجين مع عنصر ما، مثلما يتسبب تلامس الحديد مع الماء والأكسجين في حدوث الصدأ. النحاس محصن بشكل أساسي ضد التآكل.
احباط النحاسيستخدم بشكل أساسي في بطاريات الليثيوم أيون لأنه لا توجد قيود على حجمه. يمكنك الحصول عليه طالما أردت ورفيعًا كما تريد. يعتبر النحاس بطبيعته جامعًا قويًا للتيار، ولكنه يسمح أيضًا بتشتيت التيار بشكل متساوٍ وكبير.
هناك نوعان من رقائق النحاس: المدرفلة والتحليل الكهربائي. يتم استخدام رقائق النحاس الأساسية الملفوفة في كل الحرف والتصميمات. يتم إنشاؤه من خلال عملية إدخال الحرارة أثناء الضغط عليها باستخدام الدبابيس المتداول. يعد إنشاء رقائق النحاس التحليلية التي يمكن استخدامها في التكنولوجيا أكثر تعقيدًا بعض الشيء. يبدأ بإذابة النحاس عالي الجودة في الحمض. يؤدي هذا إلى إنشاء إلكتروليت نحاسي يمكن إضافته إلى النحاس من خلال عملية تسمى الطلاء الكهربائي. في هذه العملية، يتم استخدام الكهرباء لإضافة إلكتروليت النحاس إلى رقائق النحاس في براميل دوارة مشحونة كهربائيًا.
رقائق النحاس لا تخلو من العيوب. يمكن أن تشوه رقائق النحاس. إذا حدث ذلك فإن جمع الطاقة وانتشارها يمكن أن يتأثر بشكل كبير. والأكثر من ذلك هو أن رقائق النحاس يمكن أن تتأثر بمصادر خارجية مثل الإشارات الكهرومغناطيسية، وطاقة الميكروويف، والحرارة الشديدة. يمكن لهذه العوامل أن تبطئ أو حتى تدمر قدرة رقائق النحاس على العمل بشكل صحيح. يمكن للقلويات والأحماض الأخرى أن تؤدي إلى تآكل فعالية رقائق النحاس. ولهذا السبب شركات مثلسيفينتصنع المعادن مجموعة واسعة من منتجات رقائق النحاس.
لقد قاموا بحماية رقائق النحاس التي تقاوم الحرارة وأشكال التداخل الأخرى. إنهم يصنعون رقائق النحاس لمنتجات محددة مثل لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ولوحات الدوائر المرنة (FCBs). ومن الطبيعي أن يصنعوا رقائق النحاس لبطاريات الليثيوم أيون.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون شائعة بشكل متزايد، خاصة في السيارات لأنها تعمل على تشغيل المحركات الحثية مثل تلك التي تنتجها شركة تسلا. تحتوي المحركات الحثية على أجزاء متحركة أقل وأداء أفضل. اعتبرت المحركات الحثية غير قابلة للوصول نظرًا لمتطلبات الطاقة التي لم تكن متوفرة في ذلك الوقت. تمكنت شركة تسلا من تحقيق ذلك باستخدام خلايا بطاريات الليثيوم أيون الخاصة بها. وتتكون كل خلية من بطاريات ليثيوم أيون فردية، وجميعها تحتوي على رقائق النحاس.
لقد وصل الطلب على رقائق النحاس إلى ارتفاعات كبيرة. حقق سوق رقائق النحاس أكثر من 7 مليارات دولار أمريكي في عام 2019، ومن المتوقع أن يحقق أكثر من 8 مليارات دولار أمريكي في عام 2026. ويرجع ذلك إلى التحولات في صناعة السيارات التي تعد بالتحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى بطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك، لن تكون صناعة السيارات هي الصناعة الوحيدة التي ستتأثر، لأن أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى تستخدم أيضًا رقائق النحاس. هذا سيضمن فقط أن سعراحباط النحاسوسوف تستمر في الارتفاع في العقد المقبل.
تم تسجيل براءة اختراع بطاريات الليثيوم أيون لأول مرة في عام 1976، وتم إنتاجها تجاريًا بكميات كبيرة في عام 1991. وفي السنوات التي تلت ذلك، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون أكثر شعبية وسيتم تحسينها بشكل كبير. ونظرًا لاستخدامها في السيارات، فمن الآمن أن نقول إنها ستجد استخدامات أخرى في عالم يعتمد على الطاقة القابلة للاحتراق لأنها قابلة لإعادة الشحن وأكثر كفاءة. بطاريات الليثيوم أيون هي مستقبل الطاقة، لكنها لا شيء بدون رقائق النحاس.
وقت النشر: 25 أغسطس 2022